Опрос

Выгодно ли использовать солнечные батареи в быту (например, установить их на крыше коттеджа)?:

Особенности тонкопленочных солнечных батарей

Сегодня тонкопленочные солнечные батареи распространены гораздо меньше, чем их кристаллические аналоги. Связано это, прежде всего, с их более низким КПД и, как следствие, с большими габаритами. Однако многие специалисты утверждают, что, несмотря на эти факторы, будущее гелиоэнергетики – как раз за тонкопленочными фотоэлементами. Дело в том, что себестоимость их производства существенно ниже, а особенности работы таковы, что разница в производительности не настолько велика, как кажется.

А кроме того, в условиях постоянного повышения цен на моно- и поликремний, некоторой ограниченности их оптических параметров и недостаточность захвата солнечного спектра вынуждают исследователей искать новые варианты. И наиболее надежными и эффективными зарекомендовали себя именно технологии тонких пленок. В настоящий момент разработано несколько разновидностей тонкопленочных (их еще называют «гибкими») батарей, выпускаемых на основе разных материалов.

солнечная батарея

Чаще всего используют аморфный кремний, сульфид/теллурид кадмия, медно-галлиевые и медно-индиевые диселениды.

Главные отличия батарей на тонких пленках

Очевидно, что у тонкопленочных солнечных батарей множество отличий от объемных кристаллических вариантов. Прежде всего это – их весьма скромная толщина (менее 1 мкм) и гибкость, что позволяет использовать их на любых криволинейных поверхностях (в том числе и цилиндрических).

Однако у тонких фотоэлементов есть и масса других достоинств:

  • Сохранение рабочих параметров при рассеянном свете, как следствие – повышение суммарной энерговыработки на 10-15% относительно кристаллических аналогов;
  • Низкая себестоимость производства, а значит, и более низкая цена;
  • Эффективная работа в высокомощных энергосистемах (свыше 10 кВт);
  • Высокая эффективность в условиях жаркого климата;
  • Более высокие показатели оптического поглощения солнечного спектра.

К некоторым недостаткам таких батарей можно отнести их более значительные габариты (при одинаковой мощности они занимают примерно в 2,5 раза больше места, чем кристаллические панели). Кроме того, для использования тонкопленочных батарей в электросистемах необходимы высоковольтные инверторы и контроллеры.

Где их применяют

Сфера применения гибких солнечных элементов весьма обширна. Их широко используют в регионах преобладания пасмурной погоды, в жарких странах и в мощных гелиостанциях. В последнее время все более востребованными становятся и тонкопленочные батареи, заключенные в стеклянные триплексы. Фотопленка помещается под закаленное стекло, отличающееся высокой прочностью, но при этом оптически прозрачное. Такие решения нашли свое применение в архитектуре, производстве светодиодных триплексов и автомобилестроении.

Немного о технологии

Тонкопленочная солнечная батарея образуется в результате напыления полупроводникового соединения на гибкую (обычно – полимерную) подложку. Изначально в качестве полупроводника применялся только аморфный кремний, но производительность полученных фотоэлементов была слишком низкой (всего 4-5%). Однако благодаря внедрению новых материалов (теллуриды, селениды), удалось добиться повышения КПД до 12%.

тонкопленочная солнечная батарея

Самыми перспективными на сегодняшний день являются пленки на основе меди-галлия-индия селенида. Получают их при напылении галлия, индия и меди с последующей обработкой фотоэлемента в парах селена. Вещества распыляются либо одновременно, либо поочередно (в зависимости от особенностей технологического процесса). Затем батарея обрабатывается парами селена.

Главной проблемой при таком производстве является обеспечение равномерного и однородного состава на всей (достаточно значительной) площади фотоэлемента. Осаждение пленок диселенидов из паровой фазы осуществляется при помощи электронных пушек и вакуум-камер. Можно использовать и другие приемы, например, высоковакуумное напыление или ионное распыление, но этот подход сопряжен с другими проблемами. В частности, пленка оседает не только на подложке, но и на всей внутренней поверхности камеры. Еще один аспект – возможный недостаток поставок индия, который широко востребован в производстве плоскопанельных дисплеев.

КПД медно-индий-галлиевых батарей может достигать 20%. Но пока доля подобных элементов на рынке тонких солнечных пленок невелика (порядка 2%). Более распространены пленки на базе кадмия теллурида (порядка 18%, КПД до 16%). Очень востребованы и аморфно-кремниевые батареи, КПД которых удалось повысить до 10%.

Метод суспензии

Некоторые ведущие производители тонкопленочных батарей используют для нанесения диселенидов метод печати, основанный на применении суспензированных частиц оксидов данных металлов. При изменении параметров суспензии (вязкости, концентрации и т.д.) можно получить своеобразные «чернила», которые, в свою очередь, корректируются для конкретной технологии нанесения (от струйного осаждения до трафаретной печати).

Материал подложки при этом может быть различным, к примеру, используют стекло, металлизированную фольгу и даже пластик. Коэффициенты полезного применения материалов при таком методе достигают 90%, а технологическое оборудование (и само производство) гораздо дешевле, чем при вакуумировании. Кроме того, данный способ позволяет получить более однородный и равномерный состав напыления.

КПД полученных этим методом батарей составляет порядка 14%, что ниже, чем у вакуумно напыленных панелей (порядка 18%). Однако и производство их обходится гораздо дешевле. Купить такие тонкопленочные гелиоэлементы можно в специализированных магазинах, их стоимость вполне демократична.

Комментарии

Очень хорошая статья! Спасибо за информацию!!!

Отправить комментарий

CAPTCHA
Проверка, что вы человек, а не спам-бот.
Image CAPTCHA
Напишите буквы и числа, которые вы видите на картинке.

калькулятор

Система Orphus