Получить возможность максимально использовать неиссякаемый источник экологически чистой энергии солнца – давняя мечта человечества. Первые солнечные батареи были созданы в далеком 1948 году. С тех пор солнечная энергетика постоянно развивается, ученые ищут новые варианты изготовления батарей, способных превращать лучи солнца в электроэнергию.
Физические процессы, протекающие в солнечных батареях при выработке электроэнергии, остаются неизменными. Усилия ученых и инженеров направлены на создание максимально чувствительных типов покрытий панелей с высоким коэффициентом полезного действия. Пока солнечная энергия остается дорогой, станции требуют больших площадей для установки, их производительность сильно зависит от внешних факторов. Люди уже могут с помощью электроэнергии, полученной от солнца, обеспечивать работу многих электроприборов, но, например, на полноценное отопление дома зимой домашней солнечной электростанции пока не хватит мощности.
В зависимости от целей работы специалистов, исследования и разработки могут идти по пути повышения эффективности оборудования или снижения стоимости получения электроэнергии от солнца. Стремление улучшить характеристики солнечных батарей, важные для покупателей, заставляет ученых предлагать новые виды панелей для производства электроэнергии из солнца.
С каждым новым поколением растет эффективность и мощность солнечных станций. Достаточно четко прослеживается тенденция к повышению доступности солнечной энергии для снабжения частных домов. Однако у ранее разработанных панелей есть свои преимущества: технологии их производства часто настолько отлажены, что у отдельных производителей качество и эффективность продукции опережает «новые технологии».
Монокристаллические
Основу монокристаллической солнечной батареи составляет кристалл чистого кремния. Производители берут маленький натуральный кристалл и, пользуясь расплавом минерала, наращивают его до нужных размеров. Потом из кремния нарезают панели. Именно так были изготовлены самые первые солнечные батареи.
Технология производства батарей монокристаллического типа хорошо отлажена. Заводы-изготовители добиваются кпд продукции до 25% и срока службы от 25 лет. Характеристики таких панелей на всем сроке службы практически не снижаются, «стареет» только обвязка, которая нужна для проводки получаемой энергии.
Структура такой панели однородна. Выработка электроэнергии получается максимальной при правильном угле попадания солнечного луча, близком к перпендикуляру. Поэтому монокристаллические панели часто делают подвижными так, чтобы их ориентация всегда оставалась оптимальной.
За счет высокой эффективности для получения одной и той же мощности, площадь монокристаллических панелей минимальна по сравнению с другими типами батарей массовых серий. Из-за необходимости выращивать кристалл кремния, срок и трудоемкость изготовления одной панели достаточно большие, что не позволяет снижать стоимость. Несмотря на высокую цену и самую старую технологию изготовления, монокристаллические солнечные батареи пользуются неснижаемым спросом.
Поликристаллические или мультикристаллические
В попытке снизить стоимость солнечных станций за счет ускорения срока и упрощения технологии производства, были разработаны поликристаллические или мультикристаллические батареи. Из названия очевидно, что они сделаны не из одного, а из множества кристаллов кремния.
При изготовлении панели используют тот же расплавленный кремний, но не ждут, пока кристаллы вырастут сами, а наносят расплав на специальную заготовку. После остывания и затвердевания кремния дальнейшее изготовление батареи аналогично монокристаллической, то есть отличаются эти два типа только внутренней структурой.
Кристаллы получаются разнонаправленными, поэтому с одной стороны, кпд панели ниже, с другой – поверхность лучше улавливает рассеянный свет. В результате поликристаллическую батарею можно просто закрепить на крыше дома с солнечной стороны, один раз задав ориентацию. В дальнейшем производительность будет меняться в течение дня из-за изменения угла падения лучей солнца, но не критично.
Изначально получались батареи с более низкой себестоимостью, чем монокристаллические, но с меньшим сроком службы и низкой эффективностью. Однако производители совершенствуют технологии и современные поликристаллические батареи по характеристикам ненамного уступают монокристалическим, их эффективность достигает 15-18%. К сожалению, в этом случае с ценой дело обстоит аналогично – чем выше кпд изделия, тем выше стоимость. При покупке поликристаллических батарей нужно предусматривать большую площадь для их установки, чем это было бы с монокристаллическими.
Тонкопленочные или аморфные
Для изготовления последнего поколения солнечных батарей вообще не применяют кристаллы. Кремний в них используется в виде соединения с водородом – гидрида, пары которого осаждаются на подложке и формируют панель. Основа для панели этого типа может быть не только жесткой, но и гибкой.
Затраты такого производства значительно меньше, чем при выращивании кристаллов, однако и эффективность панелей невелика. Ученые и инженеры постоянно работают над повышением кпд выработки энергии тонкопленочными панелями. К третьему поколению изделий удалось достичь 12%, однако такие изделия пока достаточно дорого стоят.
Благодаря особой структуре аморфного кремния поглощение фотонов происходит даже при рассеянном свете, что позволяет применять батареи тонкопленочного типа в северных регионах с коротким зимним световым днем.
Бескремниевые
Для производства солнечных батарей используют не только кремний, но и другие материалы:
- Сплавы редких металлов: теллурид кадмия, селенид индия-меди-галлия и селенид индия-меди позволяют использовать солнечные батареи одноименного типа в экстремальных условиях, например, в космосе, тепловых электростанциях. Несмотря на то, что кпд подобных типов панелей может достигать 40%, их использование ограничено из-за редкости элементов и высокой стоимости.
- Полимерные и другие органические соединения позволяют получать панели, толщина которых не превышает одного миллиметра. Пока кпд элементов такого типа держится на уровне 14-15%, но их разработкой занимаются только в последнее десятилетие, поэтому перспективы заманчивы. Кроме того, цена их производства в разы меньше, чем кристаллических. Пока не до конца исследован срок службы, так как в эксплуатации они находятся слишком мало времени.
Выбор солнечной батареи не ограничивается ее типом. Нужно еще решить, какая станция больше подойдет для дома, а также подобрать остальное оборудование. Если подбором занимается человек, далекий от техники, лучше доверить профессионалам и взять готовый комплект оборудования, ориентированный на решение определенных задач и питание приборов заданной мощности.
Впереди еще много разговоров о солнечных батареях, станциях, энергии.
Подписывайтесь на канал, чтобы ничего не пропустить!