Типы солнечных панелей

Для преобразования энергии солнечного излучения в электричество нужны фотоэлементы. Наиболее распространенные технологии производства фотоэлементов:

Кристаллические фотоэлементы:
Монокристаллические кремниевые фотоэлементы;
Поликристаллические фотоэлементы;
Тонкопленочные фотоэлементы:
Фотоэлементы с использованием диселенида индия и меди (CIS технология);
Фотоэлементы с использованием теллурида кадмия (CdTe технология);
Фотоэлементы с использованием аморфного кремния;

Производство монокристаллических фотоэлементов происходит с применением метода Чхоральского. Для того чтобы получить кремниевый монокристалл, в расплав кремния с бором погружают затравочный кристалл и постепенно поднимают на несколько метров над поверхностью раствора, при этом за затравочным кристаллом вытягивается кристаллизирующийся раствор. Из полученной монокристаллической заготовки срезают кромки для того чтобы получить квадратные элементы и разрезают его на элементы толщиной примерно 0,3мм. После этого элементы легируют фосфором для добавления n-проводимости и создания p-n перехода, полируют, наносят антиотражающее покрытие и токопроводящие дорожки и получают готовый к использованию монокристаллический фотоэлемент.

Характеристики:

КПД от 15 до 18 процентов;
Форма квадратная или квадратная со скругленными или срезанными углами;
Толщина 0,2 – 0,3мм;
Цвет от темно-синего до черного с антиотражающим покрытием или серый без покрытия;
Внешний вид – однородный.

Поликристаллические фотоэлементы производятся с помощью равномерного направленного охлаждения емкости с расплавом кремния и бора. При этом в емкости формируются однонаправленные гомогенные кристаллы размером от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров. Полученный блок поликристаллов обрабатывается так же, как и монокристаллическая заготовка.

Характеристики:

КПД от 13 до 16 процентов;
Форма квадратная;
Толщина 0,24 – 0,3мм;
Цвет синий с антиотражающим покрытием, серебристо-серый без покрытия;
Внешний вид – блок кристаллов разного направления, некоторые кристаллы четко видны на срезе.

Активным полупроводниковым материалом в CIS фотоэлементах является диселенид индия и меди. CIS компаунд часто легируется галлием и (или) серой. При производстве элемента стекло покрывается слоем молибдена проводящим электрический ток, для фотоэлемента этот слой будет катодом. Слой CIS компаунда в фотоэлементе обладает p-проводимостью и наносится на слой молибдена. Оксид цинка с примесью алюминия ZnO:Al используется в качестве прозрачного проводящего электричество анода. Этот слой имеет n-тип проводимости и в нем распылен вспомогательный слой оксида цинка i-ZnO. Промежуточный слой сульфида кадмия CdS используется для уменьшения потерь, связанных с несоответствием кристаллических решеток CIS и ZnO слоев.

Характеристики:
КПД от 9 до 11 процентов;
Форма элемента соответствует форме модуля;
Толщина модуля в незакаленном стекле от 2 до 4мм;
Цвет от темно-серого до черного;
Внешний вид – однородный.

Фотоэлементы с использования теллурида кадмия CdTe производятся на подложке с прозрачным TCO проводником, который изготавливается из оксида индия и олова ITO и используется как передний контакт. Эта подложка покрывается слоем селенида кадмия CdS с n-типом проводимости. После этого наносится абсорбирующий слой теллурида кадмия CdTe с p-типом проводимости. После этого модуль закрывается металлической токопроводящей пластиной.

Характеристики:
КПД 8,5%;
Форма элемента соответствует форме модуля;
Толщина модуля в незакаленном стекле – 3мм;
Цвет от зеркального темно-зеленого до черного;
Внешний вид – однородный.

Аморфный кремний в фотоэлементах не образует однородную структуру, но образуют беспорядочную сеть. Как результат, через открытые границы кристаллов происходит поглощение водорода. Этот гидрогенизированный аморфный кремний a-Si:H создается в реакторе плазмы из газовой фазы гидрида кремния SiH4. Легирование кремния производится смешиванием газов, содержащих легирующий элемент – гидрид бора B2H6 для p-проводимости и гидрид фосфора PH3 для n-проводимости. В связи с небольшим расстоянием проникновения легирующих добавок в аморфный кремний, срок жизни носителей заряда не очень длинный, поэтому на слой кремния наносятся дополнительные слои с n- и p-проводимостями. В качестве переднего контакта используется прозрачный TCO проводник с оксидом олова SnO2, оксидом индия и олова ITO или оксидом цинка ZnO. В качестве заднего контакта используется металлическая токопроводящая пластина.

КПД от 5 до 7 процентов;
Форма соответствует форме модуля, максимальный размер 2х3м;
Толщина элемента в незакаленном стекле от 1 до 3мм;
Цвет от коричневого до синего или фиолетового;
Внешний вид – однородный.

Скорее всего, вы заметили, что порядок знакомства с технологиями производства фотоэлементов был выбран не случайно – мы начали элементами с наибольшим КПД и закончил элементами с наименьшим КПД. КПД для фотоэлементов — это эффективность преобразования солнечной энергии в электрическую, это значит, что чем меньше КПД тем больше площади фотоэлементов нам необходимо для обеспечения той же мощности по сравнению с элементами у которых КПД имеет более высокое значение.

Теперь неплохо бы опровергнуть распространенное заблуждение о том, что поликристаллические фотомодули более эффективно преобразовывают солнечное излучение по сравнению с монокристаллическими. А тонкопленочные по сравнению с кристаллическими. На самом деле преобразование энергии прямого солнечного излучения монокристаллических элементов происходит с наибольшей эффективностью, у поликристаллических модулей это преобразование происходит с меньшей эффективностью в связи с разной ориентацией кристаллов в элементе. Рассеянное излучение кристаллические фотоэлементы преобразовывают с одинаковой эффективностью. Поэтому доля выработки от рассеянного излучения в поликристаллических панелях выше чем в монокристаллических, а, значит и влияние ориентации на выработку ниже. У тонкопленочных элементов в связи с большей степенью беспорядочности ориентации светочувствительных элементов выработка с рассеянной части излучения составляет основную долю выработки. Поэтому и принято говорить, что на выработку тонкопленочных модулей не влияет ориентация. Но энергию солнечного излучения, не зависимо от его формы, эффективнее всего преобразовывают монокристаллические модули потому что у них КПД выше.

Фотопанели из кристаллических фотоэлементов чаще всего используются в строительстве солнечных электростанций. Обычно, срок службы фотомодулей из кристаллических элементов составляет 25 лет. Через 25 лет мощность фотоэлементов составит 80% от текущей мощности. Обычно кристаллические фотопанели производятся с непрозрачной подложкой из PVB-пластика или тефлона, покрытием из стекла или прозрачного EVA-пластика, или стекла и алюминиевой рамой.

CIS – фотомодули имеют наибольший КПД как для тонкопленочных модулей. Но эти модули подвержены коррозии от токов утечки в связи с применением электролиза в их производстве, поэтому, когда мы устанавливаем станцию на CIS фотомодулях нам необходимо обеспечить полную потенциальную развязку с AC сетью с помощью установки трансформаторного инвертора или специального разделительного трансформатора и установить по дифференциальному автомату на каждую из линий, подключенных к инвертору. CdTe – фотомодули не подвержены коррозии. Но кадмий является токсичным элементом, вызывающим острые и хронические отравления. Поэтому использованные или испорченные CdTe – фотопанели подлежат обязательной утилизации, что удорожает эксплуатацию станции. Фотопанели из аморфного кремния не подвержены коррозии и не токсичны, но имеют очень низкий КПД и их активные элементы выгорают на солнце. Обычно в течении 6 – 12 месяцев после установки происходит снижение мощности, потом эти модули выходят на установившуюся мощность. Срок службы таких модулей составляет около 10 лет. Срок службы CIS и CdTe модулей такой же, как и у кристаллических.

Тонкопленочные фотомодули чаще всего применяются в фасадных системах и дизайнерских решениях. Скорее всего, в будущем тонкопленочные модули заменят кристаллические потому что их производство дешевле и менее энергоемко. Ведь никто не заинтересован в фотопанелях на производство которых тратится больше энергии чем они способны выработать за срок службы.

по материалам http://atmosfera.ua/