Солнечные панели и их виды

Солнечная панель (она же солнечная батарея) – это устройство для выработки электричества, работающее только от солнечной энергии. Конструктивно она представляет собой несколько соединенных между собой определенным образом фотоячеек, помещенных в защитный корпус со стеклянной передней панелью. Фотоячейки являются ничем иным, как полупроводниковыми модулями, в которых под действием лучей солнца генерируется электроток.

Солнечная панель (она же солнечная батарея) – это устройство для выработки электричества, работающее только от солнечной энергии. Конструктивно она представляет собой несколько соединенных между собой определенным образом фотоячеек, помещенных в защитный корпус со стеклянной передней панелью. Фотоячейки являются ничем иным, как полупроводниковыми модулями, в которых под действием лучей солнца генерируется электроток.

Сфера применения солнечных батарей очень широка:

• Микроэлектроника (для обеспечения автономной работы разного рода приборов, самый распространенный пример – калькуляторы на фотоячейках).
• Бытовая электроника (для подзарядки аккумуляторов мелкой техники, от смартфонов до ноутбуков).
• Энергообеспечение зданий (экономия электричества и обеспечение автономного энергоснабжения частных домов и иных объектов).
• Энергообеспечение отдаленных районов (обеспечение электричеством регионов, где невозможна или затруднена прокладка центральных энергосетей).
• Энергообеспечение мобильных объектов (передвижных станций, комплексов разного назначения).
• Космическая отрасль (энергообеспечение различных космических аппаратов).
• Автопромышленность (снабжение энергией электромобилей и электрокатеров).

Причем по мере совершенствования технологий и удешевления конечного продукта расширяется и сфера использования гелиопанелей.

Преимущества солнечных батарей

Достоинств у гелиопанелей очень много.

Во-первых, это энергонезависимость: им не нужно никакое дополнительное топливо. Также не требуется замена рабочих узлов или иное «техобслуживание». Все, что нужно, – периодическая очистка рабочей поверхности от загрязнений.

Во-вторых, это автоматическая и бесшумная работа. Солнечные батареи не надо включать или выключать и поддерживать их в рабочем состоянии. Простои в работе на них никак не сказываются. Кроме того, такие батареи не производят абсолютно никакого шума, в отличие от тех же дизельных или бензиновых генераторов.

В-третьих, это надежность и долговечность. Расчетный срок работы солнечных батарей составляет минимум 25 лет. Причем производитель гарантирует практически полное сохранение первоначальной выходной мощности на протяжении всего срока. Падения выходной мощности достаточно незначительны (порядка 5%). Они указываются в документации на солнечную батарею.

В-четвертых, это возможность конфигурировать гелиосистему по своему усмотрению. Солнечные модули можно объединять в системы, получая нужные выходные параметры мощности и напряжения. У топливных же и ветряных систем мощность фиксирована.

Виды фотоячеек

Солнечные батареи изготавливаются из фотоячеек нескольких типов:

• На основе монокристаллов кремния. Ячейки, изготовленные из монокристаллического кремния, отличаются равномерной структурой и высокой производительностью.
• На основе поликристаллов кремния. Ячейки из поликристаллов имеют неоднородную структуру и меньшую, чем у моноячеек, энерговыработку. При одинаковой выходной мощности площадь их будет несколько больше, чем у ячеек из монокристаллов. При этом стоимость их также ниже.
• На основе тонких пленок. Батареи на основе тонкопленочных структур (обычно аморфного кремния, хотя в последние годы используются и новые разработки) имеют КПД примерно в 1,5 раза меньше, чем у кристаллических аналогов, однако обладают большей (на 10-15%) среднегодовой выработкой, особенно в условиях пасмурной погоды или сильно запыленного воздуха.
• На основе двух- и трехслойных структур полупроводников (галлия/индия/селена, теллурида кадмия, арсенида галлия и т.д). Это новые разработки в области производства фотоячеек. КПД их выше, чем у ячеек на основе кремния, но выше также и стоимость, поэтому в бытовых солнечных панелях они почти не используются.

Каждый тип солнечных батарей имеет свои преимущества и недостатки, которые определяют особенности его использования.

Производительность солнечных батарей

КПД солнечных панелей изначально был невысоким, порядка нескольких процентов. Однако в настоящее время их производительность достигла довольно значительного уровня. Так, КПД батарей, собранных из фотоячеек на основе монокристаллического кремния, составляет около 24%. КПД ячеек на основе поликристаллов несколько ниже – примерно 20%, но эти панели стоят несколько дешевле монокристаллических.

Производительность тонкопленочных батарей составляет примерно 10-15% для кремниевых структур и около 24% для структур на основе галлия арсенида (20% для индия/палладия). Многослойные же ячейки (например, GaInP/GaAs/Ge) имеют производительность порядка 30%.