Получение электричества от света солнца было открыто 200 лет назад. Однако лишь в середине 20-го столетия удалось создать действительно работающую солнечную панель, которую можно использовать на практике. За прошедшие 70 лет солнечная энергетика значительно продвинулась вперед, особенно в последнее десятилетие. Это говорит о тенденции стремительного развития данной отрасли. Сегодня солнечные электростанции есть уже во многих населенных пунктах, некоторые новостройки возводятся с солнечными панелями, на крышах и во дворах частных домов появляются полноценные СЭС. Это происходит благодаря развитию технологий, которые сделали солнечную энергетику доступной каждому. Изучим, что нового в солнечных батареях сделало их такими доступными и распространенными, с какими проблемами сталкивается эта отрасль и как она может дальше развиваться.
Производство солнечных модулей – какие есть сложности
Как и любая технология, производство и эксплуатация солнечных панелей имеет определенные нюансы. К основным проблемам относятся следующие:
- Деградация. Покупая солнечные панели нужно знать о ее деградации – процессе, от которого постепенно снижается производительность. У современных панелей деградация наступает в течение 20-25 лет эксплуатации. Это происходит из-за воздействия температур, влажности. Деградация возникает от того, что ионы натрия из защитного стекла постепенно дрейфуют в фотоэлементы из нитрата кремния. В результате такой реакции фотоэлементы теряют свои способности.
- Низкий КПД. КПД современных солнечных панелей составляет 18-25 %. Это значительно ниже, чем у других источников электричества. Поэтому для получения адекватного количества энергии солнечные панели на крыше или участке занимают большую площадь. Новые технологии позволяют бороться и с этой проблемой тоже.
- Загрязнения. Солнечные панели очень чувствительны к затенению. Даже если небольшой участок оказывается в тени по причине загрязнения стекла, производительность может значительно упасть. Так как солнечные панели большие по площади и находятся под открытым небом, проблема загрязнения становится серьезной.
- Хрупкость. Фотоэлементы хрупки. Это не ощущается во время эксплуатации. Но при тренировке или монтаже на ячейках могут образовываться микротрещины, которые приводят к потерям энергии.
С ними можно бороться, применив современные технологии, которые и позволяют решать все эти проблемы, уменьшать их влияние и улучшать опыт эксплуатации. Рассмотрим, что новое в солнечных батареях сейчас для этого используется.
Солнечные батареи: новые решения для лучшего поглощения света – технология PERC (Passivated Emitter Rear Cell)
Кремниевые фотоэлементы тонкие. Когда на них падает свет, его часть проходит насквозь и в результате теряется, не превращается в электричество. В современных моно- и поликристаллических солнечных панелях для устранения этой проблемы используется технология PERC (Passivated Emitter Rear Cell). Она очень проста – на задней стороне панели устанавливается диэлектрический не прозрачный, пассивационный (отражающий) слой, который предотвращает прохождения света насквозь и улучшает квантовую эффективность ячеек.
Технология PERC помогает повысить КПД солнечных панелей. Благодаря ей из определенной площади солнечных ячеек можно получить больше энергии.
Бифракционные солнечные панели нового поколения
Классические солнечные панели могут принимать свет и превращать его в электричество лишь с одной стороны. А задняя сторона для этого полностью бесполезна. Современные достижения позволяют изготавливать бифракцинные солнечные панели (Bifacial), двухсторонние. Они принимают свет с двух сторон.
Так же как и обычные солнечные панели, бифракционные устанавливаются под углом для оптимального освещения солнечными лучами. Передняя сторона принимает свет от солнца, задняя – отраженный. Отражающей способностью обладает любая поверхность. Это может быть земля, трава, поверхность крыши. Однако, лучше всего свет отражает снег и вода. Поэтому производство солнечных электростанций из бифракционных панелей эффективно на воде (“плавучие” электростанции). При монтаже СЭС на крыше, ее поверхность может быть окрашена в светлый цвет для лучшего отражения света.
Технология Bifacial также повышает производительность солнечных панелей и увеличивает их КПД. При других равных характеристиках для получения одинакового количества энергии, бифракционные панели займут меньше места, чем обычные поли- или монокристаллические фотоэлементы.
Multi Busbar – новая технология солнечных батарей для уменьшения потерь электричества
Обычно мы представляем себе электричество, как что-то стремительное, оно движется как свет и, казалось бы, ничего не может его остановить. Но на самом деле, каждый элемент любой электрической цепи оказывает на электричество сопротивление, в результате по мере движения его мощность снижается. Сопротивление оказывает все, где движется электричество, в том числе провода.
Все ячейки в поли- и монокристаллической солнечной панели объединены между собой проводниками. Ранее для такого соединения применялись плоские и тонкие шины. Несмотря на то, что они плоские, они имели достаточно большую площадь сечения, так как широкие. Чем больше площадь сечения проводника, тем выше оказываемое сопротивление на электричество и тем больше потерь. Современная технология Multi Busba позволяет использовать круглые и тонкие проводники для объединения ячеек. В результате электричество испытывает меньшее сопротивление и сохраняет больше мощности. Multi Busba направлена на увеличение КПД солнечной панели.
Эффективная солнечная энергия: новые технологии для лучшей токопроводимости – Split panels
Технология Split panels аналогично Multi Busba предотвращает потери электричества на этапе его транспортировки между ячейками внутри панели. Суть технологии в том, что ячейка разделяется на две половины. Обе половины монтируются рядом и электрически объединены. Распределитель, который объединяет несколько кремниевых фотоэлементов, располагается в центре фотоэлемента.
Таким образом, электричеству от самого дальнего края ячейки нужно пройти в два раза меньше пути, всего половину ячейки. Если бы распределитель размещался на краю ячейки, то электричество от самого дальнего ее края преодолевало бы путь всей ширины ячейки. Так как панели состоят из большого количества ячеек (например, солнечная панель на 550 ватт содержит 140-150 ячеек), каждая из них немного экономит электричество и в результате получается значимый прирост КПД.
Технологии солнечных фотопанелей для предотвращения загрязнений – Dual Glass
Когда солнечная электростанция масштабная, ее сложно очищать. Даже если солнечные панели для дома устанавливаются на земельном участке, а не крыше, удалять с их поверхности пыль, грязь и осадки будет затруднительно.
Dual Glass – это технология, которая позволяет изготовить безрамочные панели. Рама из алюминия необходима для придания прочности, так как сами фотоэлементы хрупки. Для того чтобы без рамы панель была также достаточно прочной, она покрывается двойным слоем стекла.
Алюминиевая рама мешает быстрой очистки панели под воздействием силы тяготения, так как создает на нижнем крае небольшой бортик, на котором все загрязнения задерживаются. Поэтому без рамы очистка становится эффективнее. Кроме этого, отсутствие рамки улучшает эстетические качества панелей.
Супер проводимые солнечные панели: новые технологии для уменьшения потерь электричества – Shingled Cells
Как мы уже поняли, электричество теряет свою мощность при прохождении через проводники. Поэтому для увеличения КПД солнечных панелей необходимо уменьшить количество проводников в них.
Все ячейки объединяются друг с другом с помощью проводников. Для того чтобы исключить их, технология Shingled Cells использует наслаивание одной ячейки на другую. И так они идут друг за другом, создавая одну полосу. Проводники не используются в этой полосе, они применяются только для соединения нескольких полос. Если между ячейками нет проводов, то сопротивление электричество испытывает меньше. Тестирование СЭС с панелями Shingled Cells дало положительные результаты.
Если перевести название технологии “shingled сells”, то получится значение “черепичные клетки”. И в действительности наслаивание кремниевых ячеек друг на друга напоминает покрытие крыши черепицей.
Чем больше мощность панели, тем больше в ней ячеек, тем больший прирост КПД дает Shingled Cells. Ведь каждая ячейка немного увеличивает производительность. Даже в панели на 330 Вт, где 70-80 ячеек этот прирост КПД ощутим.
Технология производства ФЭМ (фотоэлементов) IBC
Технология IBC (Interdigitated Back Contact cells) решает сразу две проблемы – увеличивает физическую устойчивость ячейки и повышает ее светопоглощение. Работает она просто. Ранее ячейка солнечной панели покрывалась металлизированным проводником и сверху, и снизу. В результате, лицевая часть ячейки частично не получала свет, так как была скрыта этим проводником.
Технология IBC подразумевает размещение всех проводников только снизу ячейки. Отсюда появляется сразу два плюса:
- во-первых, лицевая часть ячейки полностью открыта для света и принимает его больше;
- во-вторых, все проводники (а не только их половина), размещенные снизу, образуют сетку, которая улучшает физическую устойчивость ячейки, создает микрокаркас и снижает вероятность микротрещин.
Гетероструктурные солнечные модули – HJT
Поли- и монокристаллические солнечные панели состоят из одного типа кремния. Гетероструктурные панели состоят из двух типов кремния. Если объяснять простыми словами, то гетероструктурная ячейка – это “гамбургер”. “Начинка”, внутренняя часть – это монокристаллический чистый кремний, который хорошо справляется с превращением света в электричество. “Булочка”, сверху и снизу моно-кремения – аморфный кремний, в задачу которого входит контроль и упорядочивание движения электронов.
Такие инновации солнечные батареи сделали более производительными. Хорошим вариантом будет использовать данные панели для квартиры на балконе – там мало места и каждый шаг в пользу прироста КПД оказывает большое влияние.
Тенденция солнечных панелей – что будет в будущем
Сегодняшняя производительность солнечных панелей была достигнута за последнее десятилетие благодаря использованию описанных технологий. Теперь на рынке можно встретить различные солнечные панели, у потребителей есть большой выбор. А также некоторые технологии, такие как PERC, Multi Busbar и Split panels полностью заменили предыдущие, устаревшие, так как безоговорочно эффективнее них. Также тенденцию к развитию получила технология создания бифракицонных солнечных панелей и использование перовскита в качестве проводника – минерала, который имеет сверхпроводимость.
С большой вероятностью можно сказать, что в ближайшие годы появятся новые методы, которые способны еще больше увеличить производительность солнечных электростанций. Ученые прогнозируют, что развитая солнечная энергетика, новые технологии и стремление к сохранению экологии окружающей среды уже в течение ближайших 5 лет приведет к тому, что СЭС составит около 30 % от энергетических мощностей всего мира.
Теперь вы знаете, какие технологии используются в современном производстве солнечных батарей. Эти методы позволяют войти продукции в рейтинг лучших солнечных панелей.
