Отримання електрики від світла сонця було відкрито 200 років тому. Однак лише в середині 20-го століття вдалося створити дійсно сонячну панель, що працює, яку можна використовувати на практиці. За минулі 70 років сонячна енергетика значно посунулася вперед, особливо в останнє десятиліття. Це свідчить про тенденцію стрімкого розвитку цієї галузі. Сьогодні сонячні електростанції є вже в багатьох населених пунктах, деякі новобудови зводяться з сонячними панелями, на дахах і у дворах приватних будинків з'являються повноцінні СЕС. Це відбувається завдяки розвитку технологій, який зробив сонячну енергетику доступною кожному. Вивчимо, що нового в сонячних батареях зробило їх такими доступними та поширеними, з якими проблемами стикається ця галузь і як вона може далі розвиватися.
Виробництво сонячних модулів – які є трудноші
Як і будь-яка технологія, виробництво та експлуатація сонячних панелей має певні нюанси. До основних проблем належать такі:
- Деградація. Купуючи сонячні панелі, потрібно знати про її деградацію – процес, від якого поступово знижується продуктивність. У сучасних панелей деградація настає протягом 20-25 років експлуатації. Це відбувається через вплив температур, вологості. Деградація виникає від того, що іони натрію із захисного скла поступово дрейфують у фотоелементи з нітрату кремнію. У результаті такої реакції фотоелементи втрачають свої здібності.
- Низький ККД. ККД сучасних сонячних панелей становить 18-25 %. Це значно нижче, ніж в інших джерел електрики. Тому для отримання адекватної кількості енергії сонячні панелі на даху або ділянці займають велику площу. Нові технології дають змогу боротися і з цією проблемою теж.
- Забруднення. Сонячні панелі дуже чутливі до затінення. Навіть якщо невелика ділянка опиняється в тіні через забруднення скла, продуктивність може значно впасти. Оскільки сонячні панелі великі за площею і перебувають просто неба, проблема забруднення стає серйозною.
- Крихкість. Фотоелементи крихкі. Це не відчувається під час експлуатації. Але під час тренування або монтажу на комірках можуть утворюватися мікротріщини, які призводять до втрат енергії.
З ними можна боротися, застосувавши сучасні технології, які якраз дають змогу розв'язувати ці проблеми, зменшувати їхній вплив і покращувати досвід експлуатації. Розглянемо, що нове в сонячних батареях зараз для цього використовується.
Сонячні батареї: нові рішення для кращого поглинання світла – технологія PERC (Passivated Emitter Rear Cell)
Кремнієві фотоелементи тонкі. Коли на них падає світло, його частина проходить наскрізь і в результаті втрачається, не перетворюється на електрику. У сучасних моно- і полікристалічних сонячних панелях для усунення цієї проблеми використовується технологія PERC (Passivated Emitter Rear Cell). Вона дуже проста – на задній стороні панелі встановлюється діелектричний непрозорий, пасиваційний (відбивний) шар, який запобігає проходженню світла наскрізь і покращує квантову ефективність осередків.
Технологія PERC допомагає підвищити ККД сонячних панелей. Завдяки їй з певної площі сонячних осередків можна отримати більше енергії.
Біфракційні сонячні панелі нового покоління
Класичні сонячні панелі можуть приймати світло і перетворювати його на електрику лише з одного боку. А задній бік для цього повністю марний. Сучасні досягнення дають змогу виготовляти біфракційні сонячні панелі (Bifacial), двосторонні. Вони приймають світло з двох боків.
Так само як і звичайні сонячні панелі, біфракційні встановлюються під кутом для оптимального освітлення сонячними променями. Передня сторона приймає світло від сонця, задня – відбите. Відбивну здатність має будь-яка поверхня. Це може бути земля, трава, поверхня даху. Однак найкраще світло відбиває сніг і вода. Тому виробництво сонячних електростанцій з біфракційних панелей ефективно на воді ("плавучі" електростанції). При монтажі СЕС на даху, її поверхня може бути пофарбована у світлий колір для кращого відбиття світла.
Технологія Bifacial також підвищує продуктивність сонячних панелей і збільшує їх ККД. За інших рівних характеристик для отримання однакової кількості енергії, біфракційні панелі займуть менше місця, ніж звичайні полі- або монокристалічні фотоелементи.
Multi Busbar – нова технологія сонячних батарей для зменшення втрат електрики
Зазвичай ми уявляємо собі електрику, як щось стрімке, вона рухається як світло і, здавалося б, нічого не може її зупинити. Але насправді, кожен елемент будь-якого електричного ланцюга чинить на електрику опір, внаслідок чого в міру руху її потужність знижується. Опір чинить все, де рухається електрика, зокрема дроти.
Усі комірки в полі- і монокристалічній сонячній панелі об'єднані між собою провідниками. Раніше для такого з'єднання застосовувалися плоскі й тонкі шини. Попри те, що вони плоскі, вони мали досить велику площу перетину, оскільки широкі. Що більша площа перерізу провідника, то вищий опір, що чиниться на електрику, і тим більше втрат. Сучасна технологія Multi Busba дає змогу використовувати круглі й тонкі провідники для об'єднання осередків. У результаті електрика відчуває менший опір і зберігає більше потужності. Multi Busba спрямована на збільшення ККД сонячної панелі.
Ефективна сонячна енергія: нові технології для кращої струмопровідності – Split panels
Технологія Split panels аналогічно Multi Busba запобігає втратам електрики на етапі її транспортування між комірками всередині панелі. Суть технології в тому, що комірка розділяється на дві половини. Обидві половини монтуються поруч і електрично об'єднані. Розподільник, який об'єднує кілька кремнієвих фотоелементів, розташовується в центрі фотоелемента.
Таким чином, електриці від найдальшого краю комірки потрібно пройти вдвічі менше шляху, лише половину комірки. Якби розподільник розміщувався на краю комірки, то електрика від найвіддаленішого її краю долала б шлях усієї ширини комірки. Оскільки панелі складаються з великої кількості комірок (наприклад, сонячна панель на 550 ват містить 140-150 комірок), кожна з них трохи економить електрику, і в результаті виходить значний приріст ККД.
Технології сонячних фотопанелей для запобігання забрудненням – Dual Glass
Коли сонячна електростанція масштабна, її складно очищати. Навіть якщо сонячні панелі для будинку встановлюються на земельній ділянці, а не на даху, видаляти з їхньої поверхні пил, бруд і опади буде важко.
Dual Glass – це технологія, яка дає змогу виготовити безрамкові панелі. Рама з алюмінію необхідна для додання міцності, оскільки самі фотоелементи крихкі. Для того, щоб без рами панель була також досить міцною, її покривають подвійним шаром скла.
Алюмінієва рама заважає швидкому очищенню панелі під впливом сили тяжіння, оскільки створює на нижньому краї невеликий бортик, на якому всі забруднення затримуються. Тому без рами очищення стає ефективнішим. Крім цього, відсутність рамки покращує естетичні якості панелей.
Супер провідні сонячні панелі: нові технології для зменшення втрат електрики – Shingled Cells
Як ми вже зрозуміли, електрика втрачає свою потужність під час проходження через провідники. Тому для збільшення ККД сонячних панелей необхідно зменшити кількість провідників у них.
Усі комірки об'єднуються одна з одною за допомогою провідників. Для того, щоб виключити їх, технологія Shingled Cells використовує нашарування однієї комірки на іншу. І так вони йдуть один за одним, створюючи одну смугу. Провідники не використовуються у цій смузі, вони застосовуються тільки для з'єднання декількох смуг. Якщо між осередками немає дротів, то опір електрика відчуває менший. Тестування СЕС з панелями Shingled Cells дало позитивні результати.
Якщо перекласти назву технології "shingled сells", то вийде значення "черепичні клітини". І насправді нашарування кремнієвих осередків один на одного нагадує покриття даху черепицею.
Що більша потужність панелі, то більше в ній осередків, тим більший приріст ККД дає Shingled Cells. Адже кожна комірка трохи збільшує продуктивність. Навіть у панелі на 330 Вт, де 70-80 осередків цей приріст ККД відчутний.
Технологія виробництва ФЕМ (фотоелементів) IBC
Технологія IBC (Interdigitated Back Contact cells) розв'язує одразу дві проблеми – збільшує фізичну стійкість осередку і підвищує його світлопоглинання. Працює вона просто. Раніше осередок сонячної панелі покривався металізованим провідником і зверху, і знизу. У результаті, лицьова частина комірки частково не отримувала світло, оскільки була прихована цим провідником.
Технологія IBC передбачає розміщення всіх провідників тільки знизу комірки. Звідси з'являється відразу два плюси:
- по-перше, лицьова частина комірки повністю відкрита для світла й приймає його більше;
- по-друге, всі провідники (а не тільки їхня половина), розміщені знизу, утворюють сітку, яка покращує фізичну стійкість комірки, створює мікрокаркас і знижує ймовірність мікротріщин.
Гетероструктурні сонячні модулі – HJT
Полі- і монокристалічні сонячні панелі складаються з одного типу кремнію. Гетероструктурні панелі складаються з двох типів кремнію. Якщо пояснити простими словами, то гетероструктурний осередок – це "гамбургер". "Начинка", внутрішня частина – це монокристалічний чистий кремній, який добре справляється з перетворенням світла на електрику. "Булочка", зверху і знизу моно-кременю – аморфний кремній, у завдання якого входить контроль і впорядкування руху електронів.
Такі інновації сонячні батареї зробили більш продуктивними. Хорошим варіантом буде використовувати ці панелі для квартири на балконі – там мало місця і кожен крок на користь приросту ККД має великий вплив.
Тенденція сонячних панелей – що буде в майбутньому
Сьогоднішня продуктивність сонячних панелей була досягнута за останнє десятиліття завдяки використанню описаних технологій. Тепер на ринку можна зустріти різні сонячні панелі у споживачів є великий вибір. А також деякі технології, такі як PERC, Multi Busbar і Split panels повністю замінили попередні, застарілі, оскільки беззастережно ефективніші за них. Також тенденцію до розвитку отримала технологія створення біфракіціонних сонячних панелей і використання перовскіту як провідника – мінералу, який має надпровідність.
З великою ймовірністю можна сказати, що найближчими роками з'являться нові методи, які здатні ще більше збільшити продуктивність сонячних електростанцій. Вчені прогнозують, що розвинена сонячна енергетика, нові технології та прагнення до збереження екології довкілля вже протягом найближчих 5 років призведе до того, що СЕС становитиме приблизно 30 % від енергетичних потужностей усього світу.
Тепер ви знаєте, які технології використовуються в сучасному виробництві сонячних батарей. Ці методи дають змогу увійти продукції в рейтинг найкращих сонячних панелей.
![Longi Solar 430W Hi-MO 6m Full Black Mono [LR5-54HTB-430M]](https://vencon.ua/uploads/goods/330169/main/longi-solar-430w-hi-mo-6m-full-black-mono-lr5-54htb-430w.jpg?utm_source=journal.vencon.ua&utm_medium=cpa&utm_campaign=[journal]_tehnologicheskie-innovacii-v-solnechnyh-batareyah&utm_id=tehnologicheskie-innovacii-v-solnechnyh-batareyah&utm_content=best-offers-sidebar-330169)
