Мифы и реальность тонкопленочных солнечных батарей
Солнечные электростанции пока не используются повсеместно, на то есть ряд причин, описанных в этой статье (откроется в новом окне). Тонкопленочные солнечные батареи в ряду новейших технологий пока не стали модными и не используются повсеместно, т.к. имеют больше недостатков, чем достоинств, но рассмотрим обе стороны.
В чем разница
Принципиальная разница состоит в используемых материалах. Для достижения отличительных параметров тонкопленочных солнечных батарей нужно использовать полупроводники из селенида меди-индия, а также теллурида кадмия. Принцип действия точно такой же, как в поликристаллических и монокристаллических фотоэлементах с той разницей, что наносить указанные полупроводники можно на пленку. Пленка гнется и скручивается в отличие от классических солнечных панелей.
Достоинства
- Полупрозрачность. Классические (поликристаллические и монокристаллические) солнечные панели полностью непрозрачные. Аморфные тонкопленочные батареи могут быть выполнены таким образом, чтобы заменить окно в доме, пропуская часть света, а часть преобразовывая в электричество.
- Легкость. Батареи выполненные на пленке легче классических в несколько раз, что дает больше свободы в монтаже, упрощает операции с ними.
- Гибкость. Тонкопленочные батареи теоретически можно изгибать в любой плоскости без потери работоспособности.
- Ударопрочность. Пленка не разбивается от падения при монтаже, от града и остается работоспособной в самых экстремальных условиях.
Недостатки
- Низкий КПД. Если не рассматривать лабораторные образцы, а оценивать реальные показатели выпускаемых моделей, то на выходе получим КПД не выше 4%, что в три раза меньше такого же у поликристаллического фотоэлемента.
Важно. При использовании полупрозрачных фотоэлементов коэффициент снижается до смешных 2% и от одного окна вы вряд ли сможете даже зарядить свой смартфон.
- Высокая стоимость. Если сравнивать с классическими солнечными батареями, то их цена за м.кв. сопоставима с такими же поликристаллическими моделями, но вот мощность будет в три раза ниже. Если же сравнивать панели одинаковой мощности, то картина получится такая (данные из Aliexpress.com):
Сравнение цен пленочной и кремниевой солнечной панели
Разница в цене – ровно в три раза, при одинаковой мощности - Снижение производительности при нагреве. Если в поли/монокристаллических батареях эта цифра достигает 12% от номинальной мощности, то в гибких фотоэлементах она доходит до 30-40%.
Мифы и реальность
Пока технология изготовления пленочных солнечных батарей не составляет реальной конкуренции поли/монокристаллическим аналогам. Прежде всего из-за дороговизны используемых материалов. Тем не менее, на ТВ, в сети и среди розничных продавцов бытует несколько мифов о чудо свойствах этой технологии.
- Тонкопленочные солнечные батареи могут работать в пасмурную погоду. Отчасти это правда, но правда и в том, что любые солнечные панели работают в пасмурную погоду, выдавая при этом меньшую силу тока или вольтаж, в зависимости от модели. Пленочные так же точно снижают свою производительность.
- Пленочные батареи не снижают производительность при нагреве. Это откровенное вранье. Снижение производительности гораздо сильнее поли/монокристаллических аналогов. Поэтому при монтаже таких панелей следует обязательно предусмотреть возможность вентиляции их задних стенок.
- Дешевле. На самом деле дороже (см. недостаток 2)
- Могут принимать любую форму. Здесь правда, только вот толку, как показывает практика, от этого никакого. Панели располагаются в плоскости для достижения максимального эффекта.
- Можно свернуть в трубочку и тогда свет будет поступать на них почти весь день. Действительно такое «сенсационное» изобретение приносит прирост в производительности меньше, чем использование той же площади аналогичных батарей в плоском виде.
Схема работы цилиндрического модуля
- Увеличенный срок службы. На самом деле нет. Срок службы пленочной панели – 10-12 лет, в то время как поликристаллические модели служат от 15 до 20 лет.
- Можно использовать вместо стекол в окнах. При этом улицы вы видеть практически не будете, а эффективность такой полупрозрачной панели позволит вам в течении дня от одного окна зарядить один мобильный телефон. Сомнительное преимущество.
- Экологичность. Т.к. в батареях применяются сплавы полупроводников из индия и кадмия, то кремния используется гораздо меньше. При этом продавцы уверяют, что кремний – это вещество по вредности между ураном и мышьяком, забывая, что 1/3 земной коры состоит из него.
- Время окупаемости. Реклама пленочных батарей говорит, что они окупаются на 2-3 год эксплуатации. На самом деле нет. Срок службы пленочных солнечных батарей (10-12 лет) и их стоимость, не позволяет им окупиться вообще при нынешних ценах на электроэнергию.
Область применения
Как показывает практика, использовать гибкие солнечные панели целесообразно только в походных условиях. Гораздо проще развернуть холст с пленочными солнечными панелями на крыше палатки или трейлера, чем возить с собой жесткую конструкцию, на сборку которой нужно время. Популярны также переносные электростанции для зарядки телефонов и фонарей во время путешествия.
Ввиду низкого КПД сфера применения солнечных батарей очень ограничена. Применение в качестве стационарной солнечной электростанции возможно, но только при наличии больших свободных площадей.
Видео о пленочных батареях
Типичный рекламный сюжет, где диктор рассказывает чудеса о пленочных солнечных батареях, предполагая КПД в 10%, забывая, что таких результатов пока смогли добиться только в лабораторных условиях, но никак не в промышленных образцах. Ролик будет интересен тем, кто хочет знать, как реклама пытается обмануть нас.
Виды контроллеров для солнечных батарей и как выбирать
Как выбрать солнечную панель — обзор важных параметров 
Power Bank с солнечной батареей — расчет на безграмотность 
Ветряк для частного дома — игрушка или реальная альтернатива electricadom.comКакие солнечные батареи лучше выбрать для дома
В наше время альтернативные способы обеспечения электричеством дачи или коттеджа неуклонно набирают популярность. Одним из самых востребованных источников автономного энергоснабжения является система солнечных батарей. Принцип действия солнечных батарей общий для всех существующих типов.Полупроводниковая пластина солнечной панели на атомном уровне состоит из двух слоев. Слой N содержит атомы с лишними электронами, а у атомов слоя P электронов не хватает. Солнечный свет катализирует отделение свободных электронов в первом слое и перетекание их во второй. В проводнике между слоями появляется электрический ток. Его сила зависит от типа полупроводников. Панели батарей могут быть сделаны из разных материалов и разными способами.
Итак, солнечные модули могут быть:
- кремниевыми;
- пленочными.
Каждый из этих видов можно разделить на подвиды, подробно о каждом подвиде и о том как правильно и по назначению выбрать солнечную батарею поговорим в статье.
Критерии выбора
Выбирая один из видов солнечных батарей для дома, покупатель всегда ориентируется по трем главным критериям:- цена комплекта солнечных батарей;
- их КПД;
- экологическая чистота.
Обратите внимание: цена и КПД зависит еще и от количества панелей, поэтому важно правильно его рассчитать.
Каждый пункт зависит од двух других, и конструктивных особенностей входящих в комплект панелей.
Цена определяется типом батарей и вспомогательного оборудования, входящего в комплект системы. Трудно назвать точную цифру, ведь видов много. Но можно привести пример среднего по параметрам и стоимости комплекта, который хорошо подойдет для энергоснабжения дачи.В комплект входят:
- четыре солнечные панели поликристаллического типа, которые стоят 900 долларов;
- контролер (нужен для автоматизации зарядных и разрядных процессов аккумуляторов), цена которого – 250 долларов;
- инвертор (преобразует постоянный ток от батарей в переменный) стоит 970 долларов;
- два аккумулятора обойдутся в 870 долларов.
Итого – 2990 долларов.
Полезно знать: самые дешевые солнечные батареи – тонкопленочные. Но пока их трудно найти в продаже.
Чем лучше солнечные панели, тем выше их КПД. Все виды солнечных панелей обеспечивают разный КПД. Функциональность каждого вида батарей будет детально рассмотрена в посвященном ему разделе статьи.
А сейчас в качестве примера посмотрим, насколько действенным является описанный выше комплект.
• Мощность входящих в него фотоэлектрических панелей достигает 1000 Вт.
• Месячная выработка энергии – 125 кВт/ч.
• Допустимая степень нагрузки – 2,8 кВт.
Возьмите на заметку: рекордный КПД солнечных батарей вывели немецкие инженеры. Он достиг 44,7%. Этой мощности более чем достаточно для питания энергией небольшой дачи.
Достаточно ли безопасны в экологическом плане солнечные панели, чтобы можно было использовать их дома? В публикации, посвященной данному вопросу, Северная Ассоциация США пишет примерно следующее:
«Единственный вредный эффект этих источников энергии заключается в выделении токсических веществ при их изготовлении. Речь идет о таких химикатах, как кадмий. Но этот вред можно свести к минимуму, если правильно подойти к процессу утилизации модулей».
С этой точки зрения самыми небезопасными являются элементы, сделанные на основе теллурида кадмия, о которых будет идти речь ниже. Но подобные батареи трудно найти в продаже, поэтому вряд ли эту проблему стоит рассматривать детальнее.
Кремниевые панели
Во введении было сказано, что солнечные батареи делятся на кремниевые и пленочные.Этот материал используется в качестве основы для нанесения слоев вещества N и P, между которыми образуется электричество.
Полезно знать: около 90% всех солнечных батарей в мире являются кремниевыми.
Кремниевые панели, в свою очередь, можно разделить на три основных подвида:
- Поликристаллические кремниевые панели.
- Монокристаллические панели.
- Аморфные модули.
Какой из них лучше, станет понятно после детального анализа каждого вида, который следует ниже.
Для изготовления панелей поликристаллического типа используется не самый чистый кремниевый кристалл. Он создается путем охлаждения расплавленного кремния.Внешне поликристалл можно отличить по неоднородной окраске его поверхности. В ней присутствуют разные оттенки синего цвета, от темно-синего до голубого. КПД таких пластин составляет около 15%.
Внимание совет: если вам нужны недорогие фотоэлектрические элементы для дома и дачи, то лучшего решения, чем поликристалл, вам не найти. Стоят они дешевле, чем панели из монокристаллического кремния, и способны обеспечивать дом достаточным количеством электричества.
Монокристаллу свойственна темно-синяя или черная цветовая гамма. Монокристалл пользуется наибольшей популярностью. Для его изготовления используют кремний самого высокого качества, получаемый литьевым способом.
Расплавленный кремний, контактируя с затравкой, отвердевает, образуя чистейший материал. Изделию придается цилиндрическая форма, из которой потом нарезаются тончайшие пластины.
Процесс изготовления пластин очень дорогостоящий, поэтому солнечные батареи стоят не мало. В подобных пластинах атомы кремния ориентированы таким образом, что их электронам легче покидать свои орбиты. Благодаря этому КПД батарей достигает 20%. Это отличный вариант, как для дачи, так и для жилого помещения.
Возьмите на заметку: если средства позволяют, то лучше монокристаллических батарей вам не найти. Они эффективно работают на протяжении 25 лет, постепенно снижая свой КПД не более чем на 20%.
Аморфным батареям хватает рассеянного солнечного света для того, чтобы вырабатывать на 10% больше электричества в год, чем поликристалл.
Батареи, сделанные на основе аморфного кремния, справляются со своей задачей даже в пасмурную погоду. Для батарей этого типа нормальными являются следующие условия:
- запыленный воздух;
- дождь;
- закат;
- рассвет.
В основе элементов лежит кремневодород (Sih5). Кремний подвергают действию электрического разряда. Он испаряется и оседает на подложку тонким слоем, не превышающим 1 мкм.
Подложка может быть выполнена из таких недорогих материалов, как:
- металл;
- полимерная пленка;
- керамика;
- качественное стекло.
Пленочные батареи
Пленочная батарея выпускается в рулонах, которые можно расстелить на больших площадях.В последнее время обретают популярность новые солнечные батареи, в основе которых лежит не твердая подложка из стекла или металла, а полимерная пленка.
Этот вид батарей обладает такими преимуществами:
- Ее можно резать на части.
- Подгонять под любой размер и форму.
- Ей можно устилать крышу с плавными изгибами.
- Она весит гораздо меньше, чем прочие виды солнечных батарей.
Но есть и недостатки:
- Батареи не столь мощные, как кремниевые.
- Они больше подвержены воздействиям окружающей среды.
- К сожалению, пока непросто найти в продаже подобную продукцию, но ее производство налаживается очень активно, и нет причин сомневаться, что в ближайшем будущем приобрести рулонную батарею сможет каждый желающий.
Пленочные батареи делятся на:
- модули, в качестве основы которых используется теллурид кадмия;
- панели с основой из селенида меди-индия;
- полимерные пленочные батареи.
Эти батареи создаются путем нанесения на пленку теплурида кадмия. Вещество наносят тончайшим слоем всего в несколько десятков микрометров. Следующим слоем накладывается сеть проводников, позволяющая снимать с батареи электричество.
Батарея, созданная таким способом, по мощности не может конкурировать с модулями из кремния. Ее КПД составляет всего 10%. Но она стоит намного меньше, поэтому, несомненно, найдет свою аудиторию потребителей.
Примите во внимание: не рекомендуется проводить много времени в соседстве с таким материалом, как кадмий. Впрочем, главное правильно его утилизировать после эксплуатации.
Панели с селенидом меди индием в основе в недалеком будущем имеют все шансы стать неизменным элементом практически любого устройства, от мобильного телефона до самолета.Технология, по которой создаются эти панели, называется CIGS (аббревиатура обозначает химическое соединение Cu(In,Ga)Se2). Полупроводники в них состоят из таких элементов, как:
- медь;
- галлий;
- селен;
- индий.
Существуют некоторые технические проблемы, не позволяющие достаточно удешевить производство пленочных модулей этого типа. Но, хотя они и стоят больше, чем батареи с использованием теллурида кадмия, они более эффективны. Их КПД достигает 15%.
Производство полимерных модулей налажено в Дании, вероятно, скоро пленка будет продаваться и в нашей стране.Еще одни сравнительно новые пленочные батареи называются «полимерными». Их начала производить компания Mekoprint A/S.
Активный слой пленки состоит из полимера. Его покрывает слой алюминиевых электродов. Эти слои расположены на органической пленке. Снаружи они покрыты защитным слоем.
Цена пленочного модуля не высокая, но и эффективность сильно уступает предыдущим вариантам.
Итоги обзора
Солнечные батареи однозначно окупятся за 25 лет своей службы. Это нетрудно проверить, посчитав, сколько вы платите за электроэнергию государству.Два основных вида солнечных батарей, дающих наибольший КПД, это поликристаллические и монокристаллические батареи. Из них можно выбирать по таким признакам:
- По виду: монокристаллическая батарея меньше поликристалличeской такой же мощности.
- По эффективности: в монокристаллах меньше потери энергии и выше КПД.
- По цене: монокристалл более дорогостоящий, разница в цене достигает примерно 10%.
Если приоритетнее низкая стоимость, то для дома можно выбрать аморфные батареи. К тому же, они эффективны в местах, где часто бывает пасмурная погода, потому что работают при рассеянном солнечном свете.
Еще дешевле стоят пленочные батареи, но они дают меньший КПД и их пока трудно найти в продаже, производство только началось. Их стоит использовать, если важен малый вес конструкции и возможность наклеивать панель на любую поверхность.
teplo.guru
Тонкопленочные солнечные батареи: обзор, плюсы и минусы
Сейчас солнечные электростанции не получили серьезную популярность, но это есть несколько причин, взять хотя бы их стоимость. Но, существуют еще современные тонкопленочные солнечные батареи, которые имеют гораздо меньше недостатков и более меньшую стоимость. В этой статье мы попробуем разобраться, а стоит их использовать и какие существует преимущества и недостатка.
В чем разница между тонкопленочными солнечными батареями и обычными
На самом деле здесь разница несущественная, только в материалах, из которых они изготовляются. Чтобы изготовить тонкую пленочную батарею используются специальные полупроводники из меди-индия, селенида и теллурида кадмия.
Принцип работы никак не отличается, есть только одна разница – наносить такие полупроводники можно непосредственно на пленку. Поэтому она не гнется и даже скручивается, чего нельзя сказать за классические солнечные батареи. Почитайте о современных батарейках с супер быстрым зарядом.
Тонкопленочные солнечные батареи преимущества
Батареи такого типа получили несколько серьезных преимуществ, которые смело можно назвать существенными. Итак, в какие плюсы и тонкопленочных батарей:
- Маленький вес. Такие батареи выполнены из очень легких материалов, поэтому устанавливать и работать с ними – это одно удовольствие.
- Полупрозрачность. Именно такое свойство позволяет устанавливать их даже на окна. В таком случае часть света будет идти в помещение, а другая часть, преобразовывая электричество.
- Гибкость. Такие панели можно устанавливать практически на любую плоскость, изогнутое состояние не нарушает работоспособности.
- Ударопрочность. Пленка остается работоспособной во время сильного града, падения на землю и т.д.
Недостатки тонкопленочной солнечной батареи
- Высокая стоимость, если сравнивать их с классическими батареями. Если стоимость одинаковая, тогда батареи такого типа выдают мощность в три раза меньше, что уже оптимальным назвать нельзя.
- Низкий КПД. Здесь можно даже привести простой пример, если установить такую пленку на окно, то телефон она зарядить вряд ли сможет. На выходе КПД составляет всего 4%, что в три раза меньше обычной.
- Сильно нагревается, при очень жаркой температуре 30-40%, обычные показывают результат всего 12%.
Область применения
Логично их использовать только в походных условиях, ведь тонкопленочные солнечные батареи легко развернуть и установить на крыше палатки, трейлера и т.д. В такой ситуации возить тяжелые конструкции не всегда удобно. Поэтому такие батареи смогут стать настоящим спасениям для всех людей во время путешествия. С помощью них можно будет зарядить телефон, фонарь.
В качестве больших электростанций применять их не всегда логично и удобно. Чтобы они показали хороший результат нужно устанавливать тонкопленочные солнечные батареи на большом периметре. Что в конечном результате будет стоить серьезных денег. Узнайте, стоит ли устанавливать ветровую электростацию дома.
Видео о современных пленочных батареях
Обратите внимание! В ролики рассказывают непонятные числа, к примеру, КПД 10% и т.д. Таких результатов удалось добиться только в лабораторных условиях, на самом деле они показали себя совсем с другой стороны. А этот ролик – это просто обман всех пользователей, не видитесь на это.
Мифы и реальность, как нас еще пытаются обмануть
Сейчас такие батареи стали серьезно рекламировать, но всерьез их воспринимать не стоит, ведь обмана слишком много. На самом деле тонкопленочные солнечные батареи мы использовать, не рекомендуем, не стоят ни этого. Давайте подробней разберем, где правда, а где ложь.
- Дешевые – это ложь.
- Могут принимать любую форму – правда. Однако, какой от этого смысл?
- Работают в пасмурную погоду – правда. Но, работаю также как и другие солнечные батареи.
- Можно свернуть в трубку, и они будут давать энергию целый день – правда.
- Можно использовать вместо стекол на окнах – относительная правда. Использовать можно, но улицу видно не будет, какой тогда смысл от окна?
- Долгий срок службы – откровенная ложь! Они служат 10-12 лет, классические 15-20 лет, разница существенна.
- Быстрая окупаемость – ложь. Чтобы отбить стоимость, они должны служить 12 лет!
Как видите, обманывают нас конкретно. Эта статья должна вам объяснить почему, надеемся, что вы на это не пойдете.
Похожая статья: Лучшие производители вакуумированных солнечных коллекторов.
vse-elektrichestvo.ru
Тонкопленочные солнечные батареи: гибкие, складные, цилиндрические
В настоящее время порядка 80-85% производства солнечных батарей приходится на кристаллические модули. Но по заверениям специалистов этой области, будущее все-таки за тонкопленочной технологией. Ее главное достоинство, способное обеспечить ей лидирующие позиции, это более низкая себестоимость. Модули, производимые с использованием тонкопленочной технологии, получили название гибкие солнечные батареи, благодаря тому, что их эластичность и малый вес позволяют монтировать солнечные модули на любой поверхности и даже вшивать их в одежду.
Для производства гибких модулей используют пленки из полимерных материалов, аморфного кремния, алюминия, теллурида кадмия и других полупроводников. Чаще всего их применяют в качестве переносных зарядных устройств, так называемых складных солнечных батарей, для ноутбуков, видеокамер, мобильных телефонов и другой электроники, не требующей большой мощности. Для выработки значительного количества энергии потребуется и большая площадь модулей.
Подробнее о тонкопленочной технологии
Первые тонкопленочные солнечные батареи изготавливались с использованием аморфного кремния, который наносили тонким слоем на поверхность подложки. Их КПД составлял всего 4-5%, да и срок службы оставлял желать лучшего. Второе поколение аморфных модулей уже имело КПД на 2-3% больше, а срок эксплуатации практически сравнялся со сроком службы кристаллических модулей. А вот КПД третьего поколения модулей увеличилось уже до 12%. Так что прогресс на лицо.
При производстве складных солнечных батарей и гибких модулей больших размеров, чаще всего применяют теллурид кадмия и селенид меди-индия. Использование этих полупроводников дает увеличение коэффициента полезного действия от 5 до 10%. А учитывая, что ученые-физики борются за каждый дополнительный процент, такая разница очень ощутима. Более подробно о производстве солнечных батарей по тонкопленочной технологии здесь.
Особенности тонкопленочных батарей:
- Хорошо работают даже при рассеянном свете, поэтому суммарная годовая выработка мощности на 10-15% больше, чем у кристаллических модулей.
- Более низкая стоимость производства, следовательно, данный вид солнечных батарей обойдется Вам дешевле.
- Большую эффективность показывают в системах с мощностью более 10кВт.
- При равном показателе вырабатываемой мощности, площадь тонкопленочных модулей примерно в 2,5 раза больше, чем у кристаллических.
- Требуют использование высоковольтных контроллеров и инверторов.
Случаи, когда применение тонкопленочных модулей обосновано:
- В регионах, где преобладает пасмурная погода. Модули, выполненные по тонкопленочной технологии, лучше поглощают рассеянный свет.
- В странах с жарким климатом. При высокой температуре тонкопленочные солнечные батареи показывают большую эффективность.
- Есть необходимость монтирования панелей в здание либо требуется их использование в качестве дизайнерских задумок или конструкторских решений, например, для отделки фасада.
- Потребность в модулях с частичной прозрачностью до 20%.
От плоской формы к цилиндрической
Цилиндрические солнечные батареи впервые разработала небольшая американская компания с запоминающимся названием Solyndra (от слов «солнечный» и «цилиндр»). Свое достижение они представили в 2008 году и сразу же получили несколько крупных заказов от европейских и американских фирм. По их заверениям, эта цифра составляла более 1 млрд. $.
До 2008 года солнечные элементы имели плоскую форму. Solyndra же предложила устанавливать в солнечные батареи элементы-цилиндры. Тонкий слой фотоэлемента наносится на поверхность стеклянной трубки, после чего она помещается в еще одну такую же трубку, но уже с электрическими контактами. В качестве полупроводников для элементов используют уже знакомые нам медь, галлий, селен и индий. Цилиндрические солнечные батареи за счет своей формы поглощают большее количество света, и, как следствие, имеют больший показатель производительности. Каждая панель состоит из 40 цилиндров и имеет размеры 1 на 2 метра.
Многопереходные солнечные элементы
В большинстве производимых в настоящее время солнечных элементах реализован один p-n-переход. То есть свободные электроны в таком элементе создают только те фотоны, которые обладают энергией больше или равной ширине запрещенной зоны. Чтобы преодолеть это ограничение учеными был разработан новый вид солнечных элементов, получивших название каскадные элементы. Они имеют многослойную структуру, состоящую из солнечных элементов, ширина запрещенной зоны которых различна.
Самые перспективные гибкие солнечные батареи, изготовленные с использованием каскадных элементов, имеют 3 p-n-перехода. Верхний слой формируют из сплава на основе a-Si:H, для второго используют сплав a-SiGe:H, содержащий 10-15% германия, для третьего слоя процентное содержание германия в сплаве увеличивают до 40-50%. С каждым последующим слоем ширина запрещенной зоны уменьшается, поэтому каждый следующий слой поглощает те фотоны, которые прошли через предыдущий. В таблице ниже представлены значения КПД каскадных СЭ. Стоит отметить, что столь высокие показатели КПД позволяют уменьшить стоимость получаемой солнечной энергии почти в 2 раза в сравнении с солнечными батареями на основе кристаллического кремния.
| Теоретическое значение КПД | Ожидаемое значение КПД | Реализованное значение КПД | |
| 1 p-n-переход | 30 | 27 | 25,1 |
| 2 p-n-перехода | 36 | 33 | 30,3 |
| 3 p-n-перехода | 42 | 38 | 31,0 |
| 4 p-n-перехода | 47 | 42 | — |
| 5 p-n-переходов | 49 | 44 | — |
Самые интересные достижения в мире тонкопленочных модулей
2 года назад специалисты лаборатории МГУ разработали рулонные органические солнечные батареи на основе полимера в качестве активного слоя и гибкой органической подложки. Их КПД составлял всего 4%, зато они могли эффективно работать при температуре 80°С в течение 10 тысяч часов. На этом их деятельность не закончилась, исследования ведутся постоянно, основным направлением выбраны солнечные элементы на основе полимерных материалов.
Специалисты федеральной лаборатории технологий и материаловедения в Швейцарии создали солнечный элемент на полимерной подложке с КПД 20,4%. В качестве полупроводника использовались 4 элемента: селен, индий, галлий и медь. На сегодняшний день это рекордный показатель для СЭ, выполненных на основе перечисленных элементов. Предыдущий рекорд составлял 18,7%.
Для тонкопленочных фотоэлементов на основе индия, селена и меди, максимальное значение КПД на сегодня оставляет 19,7%. Такого показателя смогла добиться японская компания Solar Frontier. Поглощающие пленки на фотоэлементы наносили методом напыления, используя термическую обработку в парах селена.
Компания ICP Solar Technologies представила оригинальную складную солнечную батарею. Ее достаточно раскатать в солнечном месте и можно подключать устройство, которое необходимо зарядить. Мощность батареи 5 Вт при напряжении питания 12 В. Согласитесь, незаменимый вариант для всех туристов, хотя и не единственный. Разработкой подобных переносных СБ занимаются различные фирмы. Так не меньшей популярностью пользуется складная солнечная батарея Foldable Solar Chargers, максимальная мощность которой составляет 190 Вт.
Ну и самой интересной разработкой можно назвать «тканевые» солнечные панели. Японские ученые решили соединить крошечные цилиндрические солнечные элементы размером всего 1,2 мм и тканевое полотно. Такое необычное решение позволит создавать высокотехнологичные материалы для одежды и переносные тенты. Промышленное производство «солнечной» ткани намечено на март 2015 года.
Займет ли тонкопленочная технология первое место при производстве солнечных элементов, покажет будущее. Но судя по активным исследованиям, ведущимся в данной области, и по неплохим результатам, вполне возможно, что в ближайшем будущем ученые все-таки смогут создать не просто эффективные солнечные батареи, но еще и доступные при этом широким слоям населения.
Статью подготовила Абдуллина Регина
В этом ролике рассказано о солнечных модулях на базе тонкопленочной технологии, которые позволяют преобразовать в электроэнергию до 10% солнечного излучения и при этом в полтора раза повысить эффективность фотоэлементов, а расход кремния при производстве сократить в 200 раз!
altenergiya.ru
Тонкопленочные солнечные батареи: мифы и реальность
Сейчас солнечные электростанции не получили серьезную популярность, но это есть несколько причин, взять хотя бы их стоимость. Но, существуют еще современные тонкопленочные солнечные батареи, которые имеют гораздо меньше недостатков и более меньшую стоимость. В этой статье мы попробуем разобраться, а стоит их использовать и какие существует преимущества и недостатка.
В чем разница между тонкопленочными солнечными батареями и обычными
На самом деле здесь разница несущественная, только в материалах, из которых они изготовляются. Чтобы изготовить тонкую пленочную батарею используются специальные полупроводники из меди-индия, селенида и теллурида кадмия.
Принцип работы никак не отличается, есть только одна разница – наносить такие полупроводники можно непосредственно на пленку. Поэтому она не гнется и даже скручивается, чего нельзя сказать за классические солнечные батареи. Почитайте о современных батарейках с супер быстрым зарядом.
Тонкопленочные солнечные батареи преимущества
Батареи такого типа получили несколько серьезных преимуществ, которые смело можно назвать существенными. Итак, в какие плюсы и тонкопленочных батарей:
- Маленький вес. Такие батареи выполнены из очень легких материалов, поэтому устанавливать и работать с ними – это одно удовольствие.
- Полупрозрачность. Именно такое свойство позволяет устанавливать их даже на окна. В таком случае часть света будет идти в помещение, а другая часть, преобразовывая электричество.
- Гибкость. Такие панели можно устанавливать практически на любую плоскость, изогнутое состояние не нарушает работоспособности.
- Ударопрочность. Пленка остается работоспособной во время сильного града, падения на землю и т.д.
Недостатки тонкопленочной солнечной батареи
- Высокая стоимость, если сравнивать их с классическими батареями. Если стоимость одинаковая, тогда батареи такого типа выдают мощность в три раза меньше, что уже оптимальным назвать нельзя.
- Низкий КПД. Здесь можно даже привести простой пример, если установить такую пленку на окно, то телефон она зарядить вряд ли сможет. На выходе КПД составляет всего 4%, что в три раза меньше обычной.
- Сильно нагревается, при очень жаркой температуре 30-40%, обычные показывают результат всего 12%.
Область применения
Логично их использовать только в походных условиях, ведь тонкопленочные солнечные батареи легко развернуть и установить на крыше палатки, трейлера и т.д. В такой ситуации возить тяжелые конструкции не всегда удобно. Поэтому такие батареи смогут стать настоящим спасениям для всех людей во время путешествия. С помощью них можно будет зарядить телефон, фонарь.
В качестве больших электростанций применять их не всегда логично и удобно. Чтобы они показали хороший результат нужно устанавливать тонкопленочные солнечные батареи на большом периметре. Что в конечном результате будет стоить серьезных денег. Узнайте, стоит ли устанавливать ветровую электростацию дома.
Видео о современных пленочных батареях
Обратите внимание! В ролики рассказывают непонятные числа, к примеру, КПД 10% и т.д. Таких результатов удалось добиться только в лабораторных условиях, на самом деле они показали себя совсем с другой стороны. А этот ролик – это просто обман всех пользователей, не видитесь на это.
Мифы и реальность, как нас еще пытаются обмануть
Сейчас такие батареи стали серьезно рекламировать, но всерьез их воспринимать не стоит, ведь обмана слишком много. На самом деле тонкопленочные солнечные батареи мы использовать, не рекомендуем, не стоят ни этого. Давайте подробней разберем, где правда, а где ложь.
- Дешевые – это ложь.
- Могут принимать любую форму – правда. Однако, какой от этого смысл?
- Работают в пасмурную погоду – правда. Но, работаю также как и другие солнечные батареи.
- Можно свернуть в трубку, и они будут давать энергию целый день – правда.
- Можно использовать вместо стекол на окнах – относительная правда. Использовать можно, но улицу видно не будет, какой тогда смысл от окна?
- Долгий срок службы – откровенная ложь! Они служат 10-12 лет, классические 15-20 лет, разница существенна.
- Быстрая окупаемость – ложь. Чтобы отбить стоимость, они должны служить 12 лет!
Как видите, обманывают нас конкретно. Эта статья должна вам объяснить почему, надеемся, что вы на это не пойдете.
Похожая статья: Лучшие производители вакуумированных солнечных коллекторов.
dekormyhome.ru
Какие бывают типы, виды солнечных батарей и панелей
Содержание:
- Кремниевые солнечные батареи
- Плёночные солнечные батареи
- Что такое концентрационные солнечные модули
- Фотосенсибилизированные батареи
Сегодня различные типы солнечных панелей набирают всё больше и больше популярности. И не зря, ведь помимо того, что население планеты Земля начинает задумываться об экологических источниках энергии, солнечные панели ещё и становятся всё более и более энергоэффективными. Конечно, самое основное что входит в любую солнечную систему энергообеспечения — это панели или батареи, поэтому важно разбираться что к чему. Конечно, система намного сложнее и в неё входят всякие стабилизаторы, инверторы и прочее, однако это не основной момент.
Какие бывают виды солнечных батарей или панелей?На данный момент типы солнечных батарей составляют такое разнообразие и их такое великое множество, что каждый потребитель желающий обзавестись подобным источником энергии задаётся вопросом: “А как выбрать солнечную батарею? Какие есть солнечные батареи?” Об этом наша статья: мы постараемся особо не влезая в дебри технологий разобраться на какие типы делятся батареи или панели, питающиеся от энергии солнца, ведь рынок пестрит выгодными предложениями и желаем продать Вам ту или иную систему. В первую очередь различаются солнечные модули материалами, принципом работы и принципом производства. Так давайте же разбираться что и почему.
Кремниевые солнечные батареи
Такой тип солнечных панелей отличается в первую очередь своим материалом, который, как можно догадаться из названия, представлен кремнием. Сегодня это самые популярные батареи на рынке. Это связано с тем, что кремний сравнительно легкодоступный материал, он недорогой и при этом обладает хорошими показателями производительности, по сравнению с конкурентными видами солнечных модулей. Производят их не только из кремния, но и в том числе из моно, поликристаллов в также аморфного кремния. В чём разница?
Монокристаллические солнечные батареи
Для производства солнечных батарей монокристаллического типа используют очищенный, самый чистый кремний. Такой вид солнечной панели выглядит как силиконовые соты, или ячейки, которые соединены в одну структуру. После того, как очищенный монокристалл затвердевает, его разделяют на супер тонкие пластины, толщиной до 300 мкм. Такие готовые пластины соединены тонкой сеткой из электродов. В сравнении с аморфными батареями, такие стоят дороже, ведь технология их производства в разы сложнее. При этом такие батареи стоит выбрать хотя бы за их высокий коэффициент полезного действия(КПД). На уровне 20%. Да, для солнечных батарей это хороший показатель.
Поликристаллические солнечные панели
Для того чтобы получить поликристаллы, кремниевую субстанцию медленно охлаждают. Такой подход к технологии производства значительно дешевле чем в предыдущем типе панелей, поэтому и стоит этот вид дешевле. При этом для изготовления требуется меньше энергии, а это ещё раз благотворно действует на цену. Но чем-то же нужно жертвовать? Поэтому у таких батарей КПД ниже — до 18%. Связано такое падение коэффициента с образованиями внутри поликристалла, которые снижают эффективность. Для того ещё лучше разобраться в различиях между первым и вторым типом батарей, взгляните на таблицу:
Сравнительная таблица монокристаллических и поликристаллических солнечных панелей:
| Фактор | Монокристаллы | Поликристаллы |
| Разница в структуре | Кристаллы направлены в одну сторону, зёрна параллельны | Кристаллы направлены в разную стороны, не параллельны |
| Стабильность работы | Высокая | Меньше |
| Стоимость | Дорогостоящие батареи | Также дорогостоящие, но дешевле |
| Окупаемость | 2 года | до 3х лет |
| КПД | до 22% | до 18% |
| Технология производства | Совершеннее, сложнее, точнее | Проще, отсюда и низкая стоимость |
Аморфные солнечные панели или батареи из аморфного кремния
- Данный вид солнечных батарей можно отнести как к кремниевым (потому что материал изготовления — кремний) так и к плёночным, ведь изготовлены они по принципу производства плёночных батарей. Но всё же отличия есть.
- Здесь используются не кристаллы кремния, а так называемый силан (кремневодород). Его наносят на подложку, внутри батарей. КПД у такого вида солнечных батарей намного ниже — около 5%. Но всё не так плохо! Есть и преимущества, среди которых можно назвать: намного лучшее поглощение (в 20 раз лучше), лучше работает при отсутствии прямого солнца, когда пасмурно, эластичность панелей.
- Также бывают сочетания моно и поликристаллических панелей с аморфными. Такое сочетание позволяет соединить преимущества двух различных типов. Например, батареи лучше работают, когда солнца недостаточно для обычных кристаллических батарей.
Плёночные солнечные батареи
Плёночные панели — это следующий шаг развития источников питания на солнечной энергии. Шаг, который продиктован в первую очередь необходимостью снижения цен на производство батарей и стремлением к повышению энергоэффективности.
Плёночные батареи на основе теллурида кадмия
- Кадмий — это материал, который обладает высоким уровнем светопоглощения, открытый как материал для солнечных батарей в 70-х годах. На сегодняшний день, этот материал применяется уже не только в космосе, на околоземной орбите, но и активно используется в качестве материала для солнечных панелей обычного, домашнего пользования.
- Самой главной проблемой в использовании такого материала является его ядовитость. Однако исследования говорят о том, что уровень кадмия. который уходит в атмосферу, слишком мал, чтобы наносить вред здоровью человека. Также, несмотря на низкий КПД в районе 10%, стоит единица мощности в таких батареях меньше, чем у аналогов.
Плёночные панели на основе селенида меди-индия
Тип солнечных батарей из таких материалов используют медь, индий, селен, как полупроводник. Кстати, индий — это основной, очень необходимый материал, который используется в производстве жидкокристаллических мониторов. Поэтому, оставляя такой материал для этих целей, часто используют галлий, который замещает индий по своим функциям. КПД здесь выше, чем у батарей из теллурида кадмия — около 20%.
Полимерные солнечные панели
Вид солнечных батарей, который не так давно был изобретён и начал производиться. Здесь проводниками выступают полифенилен, фуреллены, фталоцианин меди. При этом такая плёнка очень тонкая — около 100 нм. Несмотря на низкий уровень КПД, около 5%, всё же можно выделить причины, почему стоит выбирать этот тип солнечных батарей: Доступность материалов, дешевизна, отсутствие вредных выделений в атмосферу. Так что такие батареи отлично подходят потребителям, ведь обладают отличной эластичностью и экологичностью.
Сравнительная таблица: виды солнечных батарей и уровень КПД
Напоследок, хотелось бы сравнить коэффициенты полезного действия каждого типа солнечных батарей, но не забывайте, что помимо КПД есть много других факторов, которые могут охарактеризовать каждый тип как с хорошей, так и плохой стороны.
| КПД | в процентах |
| Монокристаллические | 17-22% |
| Поликристаллические | 12-18% |
| Аморфные | 5-6% |
| Теллурид кадмия | 10-12% |
| Селенид меди-индия | 15-20% |
| Полимерные | 5-6% |
Что такое концентрационные солнечные модули?
Концентрационные модули помогают более эффективно использовать площадь солнечных панелей, получая экономию площади почти в два раза. Однако такая система осложнена необходимостью инсталляции механического модуля, который бы поворачивал линзы в сторону солнца. Особенно такие установки необходимы в местах, где прямое излучение солнца есть в достатке на протяжении всего года.
Фотосенсибилизированные батареи
Фотосенсибилизирующий краситель опять-таки помогает оптимизировать приём солнечной энергии, но при этом солнечные панели работающие по этому принципу, скорее напоминают процесс фотосинтеза в природе. Впрочем, пока что это только концептуальная идея, не имеющая воплощения. Кто знает, может пока Вы соберётесь покупать солнечные панели, она уже будут вовсю продаваться на рынке.
Ну что, разобрались какие бывают солнечные батареи? Надеемся, эта статья поможет Вам определиться, какую батарею поставить для дома, но если после прочтения у Вас возникло ещё больше вопросов — милости просим на наш сайт, где Вы найдёте всю информацию про солнечные батареи и источники питания, работающие на солнечной энергии а также про различные виды солнечных панелей.
www.solnpanels.com
Солнечные батареи в виде самоклеящейся пленки
Экология потребления.Наука и техника:Чжен с единомышленниками разработали и воспроизвели настоящие солнечные батареи-наклейки, ставшие результатом экспериментов с пленками оксида кремния и никеля нанометровой толщины.
Объединение тонкопленочной электроники с новыми солнечными батареями откроет возможности для создания новых технических устройств, и это только первый этап в развитии данной технологии. Технологию «оторви и наклей» можно будет использовать совершенно разносторонне, уверена руководитель коллектива физиков Стэнфордского университета Сяолинь Чжен.
Чжен с единомышленниками разработали и воспроизвели настоящие солнечные батареи-наклейки, ставшие результатом экспериментов с пленками оксида кремния и никеля нанометровой толщины. Ученые поясняют, что солнечные батареи традиционно могут нормально работать лишь на очень-очень ровных поверхностях, на особых подложках, например — из стекла или кремния.
Проблема в том, что если использовать другие подложки, то они не подойдут по причине плохой плоскостности поверхности, низкой устойчивости к воздействию высоких температур и к химической обработке. Такая традиция очень ограничивает сферы применения солнечных источников питания с одновременным ростом их себестоимости.
ПОДПИСЫВАЙТЕСЬ на НАШ youtube канал Эконет.ру, что позволяет смотреть онлайн, скачать с ютуб бесплатно видео об оздоровлении, омоложении человека. Любовь к окружающим и к себе, как чувство высоких вибраций — важный фактор оздоровления — econet.ru.
Ставьте ЛАЙКИ, делитесь с ДРУЗЬЯМИ!
https://www.youtube.com/channel/UCXd71u0w04qcwk32c8kY2BA/videos
Разработчикам удалось избавиться от этих недостатков в своих тонкопленочных батареях благодаря оригинальному подходу. Главной идеей стало отделить готовую батарею от кремниевой пластины, чтобы затем можно было бы использовать любую подложку, независимо от ее плоскостности и жесткости.
На решение ученых натолкнула технология получения графена его первооткрывателями Геймом и Новоселовым. По аналогичной методике Сяолинь Чжен с коллегами нанесли тончайшую пленку никеля (300 нм) на пластинку из смеси оксида кремния и чистого кремния методом электронно-лучевого испарения.
Следующим шагом на полученную двухслойную структуру нанесли активную часть тонкопленочной солнечной батареи и защитный полимерный слой для предотвращения контакта активной части с водой. Затем к одному краю приклеили термоскотч, и поместили пластинку на водяную баню при комнатной температуре.
Спустя несколько минут ученые отделили краешек скотча, чтобы молекулы воды проникли между никелем и пластинкой, затем поднимая полоску термоскотча, физики полностью отделили всю пленку полученной солнечной батареи от кремниевой пластины. На этапе полного отделения пленки ученые предварительно нагрели всю структуру до 90 градусов для ослабления адгезии.
После отделения от пластины, пленка может быть наклеена на целевую поверхность при помощи клея, а сама пластина может быть использована вновь для формирования следующей батареи-наклейки.
Важно отметить, что полученные пленочные солнечные батареи показывают практически одинаковую эффективность до и после отделения пленки от подложки. Измерения показали, что ток и напряжение до и после процесса переклейки на лист из нержавеющей стали или на натриево-кальциевое стекло неразличимы, подразумевается, что никаких повреждений не возникает во время переноса наклейки на любую поверхность.
Средние измерения показателей производительности более 20 солнечных батарей площадью 0,05 кв.см и 0,28 кв.см соответственно, показали КПД = 7,4 ± 0,5% и 5,2 ± 0,1% до процесса переклейки и КПД = 7,6 ± 0,5% и п = 5,3 ± 0,1% после переклейки. Разница эффективности у элементов различной площади обусловлена большим сопротивлением последовательно соединенных батарей.
Тем не менее, более важным является то, что обе солнечные батареи имеют почти идентичные показатели эффективности до и после процесса переклейки, а отклонение составляет всего 5%, что находится в пределах погрешности измерений. Эти результаты иллюстрируют несколько ключевых преимуществ данной технологии: универсальность в выборе подложки, высокое качество оригинального исполнения, простота и масштабируемость технологического процесса, а также дополнительная экономия на многоразовом использовании оригинальных кремниевых подложек.
Чжен утверждает, что подобные пленочные солнечные батареи можно будет наклеивать на любые поверхности: на стекло, на ткань, на бумагу, или на любой другой нетипичный для фотоэлектроники материал, даже на стены домов. И в каждом случае батарея будет генерировать такое же количество электричества, что и традиционные солнечные батареи предшествующей технологии, сохраняя эффективность 7,5%.
Плюс ко всему, батарея-наклейка легко гнется, и это не приводит ни к поломкам, ни к снижению эффективности. Ученые предвидят, что это замечательное свойство при невысокой себестоимости позволит применять новые солнечные батареи — наклейки в качестве источников питания для умной одежды и прочих электронных устройств, где важна гибкость. опубликовано econet.ru
econet.ru