Типи сонячних елементів та їх характеристики

Батареї на сонячних елементах починають набирати популярність серед населення. Їх встановлюють на дахи будинків, транспортних засобів. Деякі з них навіть пристосували для електроніки, в наручний годинник. На даний момент вони стали повноцінною альтернативою електричної енергії або виступають в якості доповнення.

Як працюють?

Сонячні модулі є самим головним елементом у фотоелектричної системи. Вони являють собою панель, в яку входять сонячні елементи, виготовлені з кремнію.

Для отримання електрики усі ці компоненти збираються в блоки, які після цього обтягуються ламінованої плівкою – це необхідно для герметизації. Після чого все поміщається в каркас. Пристрій досить просте, але зібрати в домашніх умовах буде проблематично. Самостійно неможливо зібрати фотоелектричний елемент, чого не можна сказати про панелі.

Види

Батареї на сонячних елементах діляться на кілька видів. Серед них можна виділити три:

• Монокристалічний. В процесі його виготовлення використовується матеріал у вигляді чистого кремнію. Така основа дозволяє отримувати більше ефективності від роботи. ККД в даному випадку варіюється від 15 до 20 %.
• Аморфно-кремнієвий. У момент виробництва використовується система – випарна фаза. Кремній при цьому покривають захисним шаром. До ряду переваг кремнієвих сонячних елементів можна віднести прийнятну вартість, яка виходить з-за простій технології, що застосовується у виробництві. Такі системи мають великі розміри по площі. ККД змінюється в межах від 5 % до 8 %.
• Полікристалічний. Даний сонячний елемент проводиться на аморфно-кремнієвій основі. В процесі виготовлення не піддається витягуванню. Має невисоку вартість. Може використовуватися не тільки в побуті, але і в промисловості. ККД становить від 10 до 14 %.

Плюси і мінуси сонячної батареї

Панелі сонячних елементів складаються з фотоелементів, які в процесі роботи перетворюють енергію сонця в електрику.

До ряду переваг можна віднести наступні моменти:

Вся конструкція батареї досить проста, в ній повністю відсутні рухомі деталі. Робота здійснюється стабільно і без перебоїв, високий рівень надійності.

Монтажні роботи не викликають складності. Не потрібно використовувати дорогого обслуговування системи.

Енергія від сонця відразу ж перетвориться в електрику, додаткового часу для цього не потрібно.

Енергія виробляється на протязі всього дня, поки присутній сонце. В деяких випадках можна отримувати електрику в похмурий час, але при цьому ефективність роботи зменшується.

Термін експлуатації великий, він вимірюється не роками, а десятками років.

У процесі виробництва використовуються екологічно чисті матеріали, що вважається дуже важливим у сучасному суспільстві, де присутня складна ситуація з екологією.

Незважаючи на всі переваги, в роботі можуть зустрічатися й негативні моменти:

Напівпровідники, які виготовляються з кремнію, мають високу вартість. Даний матеріал вважається основним елементів у всій системі. Він впливає як на вартість самої панелі, так і на вартість одержуваної енергії.

ККД низький. На сьогоднішній день потужність від роботи батареї на 1 квадрат становить приблизно 120 Ватт. Даний показник настільки незначний, що повністю відсутня можливість використовувати отримане електрику для освітлювальних приладів невеликого приміщення.

Отримання електрики залежить від тривалості світлового дня, погодних умов і сезонів. Наприклад, взимку рівень одержуваної енергії значно зменшується. Це обумовлено похмурим небом, туманами і коротким світловим днем.

Де можна використовувати?

Дані панелі широко використовуються не тільки в побуті, в процесі життєдіяльності, але і в промисловості, і у виробництві:

• від них заряджають акумулятори побутових електричних приладів;
• підзарядка здійснюється електричного автомобіля;
• з їх допомогою можна забезпечити електричною енергією цілі будівлі;
• у деяких випадках можливе використання в окремих населених пунктах;
• від них можна отримувати енергію навіть у космосі.

Вся енергія, яка виробляється протягом світлового дня, зберігається в батареях, після чого прилади можуть працювати навіть в темний час доби.

Який принцип роботи пристрою?

Елементи сонячних батарей працюють за тим же принципом, що і в момент першої розробки. Даний принцип знайомий кожному, так як його вивчали у шкільній програмі, проводячи фізичні досліди. Транзистор, у якого відсутня верхня кришка, сприяв проникненню світла на переходи p і n.

Після того, як підключався вольтметр, можна було побачити, що в момент попадання сонячних променів виділялося невелику кількість енергії. Раніше вчені проводили експерименти в роботі, збільшували площу для переходів. В результаті цього з’явилися сонячні батареї.

Конструкція сонячної системи елементів містить в собі:

• Поверхня, виготовлену з прозорого скла. Саме на неї потрапляють промені сонця.
• Скла прикріплюються до жорстких ребер панелі. Вони являють собою пластини, зроблені з металу, при цьому одночасно виконують функцію позитивних електродів.
• Сонячний хімічний елемент. Тип кремнію p.
• Тип кремнію n.
• Нижня основа з металу, яка призначена виконувати функцію негативних електродів.

Варто знати, що енергію від сонця неможливо одержувати на протязі всього дня. Батареї не здатні функціонувати в нічний час. У зимовий час світловий день зменшується. В такі моменти основного пристрою потрібно доповнення у вигляді накопичувача енергії.

У більшості випадків використовують електричний акумулятор. Він під’єднується до панелі і накопичує вироблювану енергію, у результаті чого здійснюється робота у вечірній час.

Рівень ККД повністю залежить від використовуваного матеріалу. Наприклад, при використанні монокристалічного кремнію він дорівнює майже 20 %, полікристалічний кремній зменшує цей показник на 10 %. На рівень ККД може впливати гладкість поверхні, температурний режим повітря, розташування батарей до сонця.

У чому полягає актуальність використання?

На сьогоднішній день використання екологічно чистих матеріалів найбільш актуально. Електрика, яке виходить на електростанціях – атомних, водних, теплових, постійно дорожчає. Це обумовлено дорогим виробництвом. В той момент, коли використовується сонячна батарея, людина по праву може вважати себе незалежним, навіть від держави, яка пропонує електрику до використання за завищеною вартістю.

Якщо один раз витратити певну суму коштів, то можна повністю забути про комунальних рахунках, про лічильники, комунальних службах. В момент, коли встановлюються дані панелі, здійснюється переведення всього будинку. Сюди входить не тільки світло, але і опалення, водопровід – гаряча вода.

Випромінювання сонячних променів – це відмінне джерело для отримання електрики. А найголовніше – це джерело є безкоштовним, екологічно чистим і невичерпним.

Етапи виробництва елементів на основі монокристалу

Велика частина сонячних елементів проводиться з використанням полікристалічного й монокристалічного кремнію. Процес виробництва вимагає багато часу, сил і коштів.

До основним етапам виробництва на основі монокристалічного кремнію відноситься:

Виробництво кремнію. Для того щоб отримати кремній, використовують кварцовий пісок, який містить велику кількість кремнієвої діоксиду. Такий пісок проходить кілька ступенів очищення, що дозволяє повністю виключити кисень. Це відбувається завдяки плавленню при високій температурі з використанням хімічних речовин.

Отримання кристала. Після очищення кремній стає прозорим. Кристали починають вирощувати для впорядкування структури. Процес виглядає наступним чином: кремнієві шматки поміщають в тигель, раскаляют і піддають плавленню. В розплавлену масу додають кристальні зразки, які рівномірно розподіляються по всій поверхні і починають наростати шарами. Цей процес вимагає багато часу, в результаті чого виходить однорідний кристал великого розміру.

Процес обробки. Цей процес починається з вимірювання і подальшої обробки кристала для додання необхідної форми. При виході з тигля кристал має круглу форму, яка незручна для подальшого використання. Для використання він повинен мати форму квадрата. Після того, як готовий матеріал обробили сталевими нитками, з допомогою дроту його ріжуть на однакові пластини. Розмір пластин варіюється від 0,25 до 0,3 сантиметрів. Після цього вони підлягають очищенню, перевірки на брак та рівень енергії, яка може вироблятися.

Розробка фотоелектричного елемента. Для того щоб кремній мав можливість виробляти електричну енергію, в нього додають бор з фосфором. Після обробки фосфор – вільний електрон типу n, а сторона з бором містить ці електрони і має тип p. Таким чином, між двома сторонами з’являється перехід.

Процес складання. Спочатку пластинки з’єднуються в ланцюг, а після – в блок. Одна пластина в середньому має потужність в 2 V і 0,6 W напруги. Потужність батареї повністю залежить від кількості клітинок. Рівень напруги отримують від послідовності підключень. Всі елементи та модулі підключаються паралельно один до одного. Усі клітинки покриваються спеціальною плівкою, переносяться на поверхню скла і поміщаються у рамку з прямокутною формою. Після того, як модуль готовий, він проходить перевірку. Після повної перевірки він готовий до використання.

Сонячні батареї можуть з’єднуватися між собою паралельно, послідовно або паралельно-послідовно. Вибір повністю залежить від того, який рівень напруги необхідно отримати в процесі роботи.

Процес виробництва полікристалічного кремнію

Процес виробництва модуля на основі полікристалічного кремнію здійснюється таким же способом, що і при монокристалічному кремнії. Відмінність присутня тільки у вирощуванні кристалів. Для цього передбачено декілька методів, але на даний момент популярності набув лише один – Сіменс-процес. Вся суть способу полягає в тому, що спочатку відновлюють силану і осаджують вільний кремній. Це здійснюється при взаємодії зі спеціальною сумішшю, яка містить в складі елементи водню, силану з використанням температурного режиму, коливного від 600 до 1350 градусів тепла.

Саме таким чином відбувається процес виробництва сонячних батарей.

Як виготовити сонячну батарею в домашніх умовах?

Багато схильні припускати, що батареї з сонячними елементами своїми руками збираються досить складно, навіть практично неможливо. На ділі все інакше. Докласти зусиль знадобиться багато, але сам процес не важкий, як здається спочатку. Основна складність, з якою можна зіткнутися в процесі роботи – це збір сонячного елемента своїми руками. Якщо вдасться створити подібний механізм самостійно, то можна буде задуматися не тільки про відмову від сплати за комунальні послуги, але і за реалізацію власного бізнесу. На даний момент сонячні батареї дуже актуальні для продажу енергії, що відтворюється ними. Найголовніше – оплата проводиться в одній з найбільш стабільних валют – євро. Невже виробництво сонячних елементів не варто уваги?

Для того щоб працювати з фотоячейками, потрібно мати навички і досвід у даній сфері. Насамперед це стосується пайки, а також дбайливого ставлення до всіх елементів. Для роботи потрібно мати хороший паяльний інструмент, який підходить для тонких робіт. Створити самостійно моно – і полікристали не вийде. Для цього можна використати готові заготовки.

Фотоячейки

Першим етапом у роботі є вибір необхідних фотоячеек. Для роботи батареї можна використовувати кремній з полі – та моноячейками. Найголовніше – врахувати рівень продуктивності і нюанс при роботі. Наприклад, в моноячейках ККД вище, а ось в полиячейках втрачається значна енергія в похмурий час.

Усі клітинки поділяються на класи. Всього їх виділяють чотири. Клас А має найкраще якість з відсутністю дефектів. Такий клас використовують в роботі солідні і великі організації, компанії. Характеристики при роботі високі, але і вартість буде відповідною.

Коли виробництво батареї здійснюється самостійно, то можна вибрати клас Ст. Ефективність нижче, ніж у попередніх елементів, при цьому його вартість значно відрізняється. Деякі організації використовують даний клас при виготовленні батарей на реалізацію, що пояснює низьку ефективність роботи.

Деякі люди купують все необхідне через інтернет магазини. Якщо звернутися в спеціалізований магазин, то можна придбати відразу всі складові. Тоді не доведеться чекати доставки.

Набори

Для збору сонячного елемента буде недостатньо тільки осередків, так як вони повинні якимось чином з’єднуватися один з одним за схемою. Для цього знадобиться використання провідників та додаткових матеріалів. Саме тому деякі виробники пропонують до купівлі готовий набір, де вже присутній весь матеріал, який знадобиться при роботі.

У такий набір може входити до 72 елементів, провідники, шини, діоди для схеми, а також олівець, до складу якого входить спеціальна кислота для спайки.

Деякі набори можуть містити готові фотоячейки, до яких припаяні провідники. Для збору достатньо буде тільки зібрати всі згідно зі схемою і з’єднати. Цей варіант найоптимальніший, коли сонячні елементи для складання сонячних батарей з’єднуються вручну. Матеріал дуже маленький і крихкий, що викликає ряд проблем у процесі роботи.

Пайка

У тому випадку, якщо весь матеріал – елементи і провідники – купувалися окремо, то весь процес пайки сонячних елементів буде виглядати по наступній схемі:

Провідники розрізаються на потрібну довжину. Найкраще цю роботу робити за шаблоном.

Провідники акуратно накладаються на фотоелемент.

На місце припаивания наносять кислоту і припій. Для уникнення зсуву можна один кінець покласти важкий предмет.

Провідник потрібно пропоїти ретельно. Так як осередки досить крихкі, то не рекомендується на них впливати силою.

Така робота дуже копітка, не факт, що вдасться зробити все правильно з першого разу, може знадобитися повторити весь процес кілька разів. Якщо вивчити норми, то можна зрозуміти, що напилення провідників зі срібла розраховано на три цикли пайки. Бувають випадки, коли на провідниках заздалегідь нанесений припой, про що виробник попереджає відразу. Але найкраще нанести його додатково. У процесі роботи заборонено ставити сонячні елементи живлення один на одного, так можна пошкодити їх з-за великого тиску.

Герметизація

Заключним етапом роботи є герметизація всіх елементів. Але перед тим як приступити потрібно звернути увагу на надійність спайки. Для цього використовується мультиметр. Перевірку можна проводити після закінчення всіх робіт або протягом всього процесу, після припаивания кожного окремого елемента.

Для процесу герметизації найчастіше використовується силіконовий герметик. Першим ділом він наноситься на стики елементів, а після цього на всю панельну поверхню. Для такої роботи можна використовувати кисть, але застосовувати її потрібно тільки для стиків, так як можливо легко зрушити комірки з місця. Після того, як все висохло, можна закривати кришку.

Вибір батареї в будинок

На даний момент можна зустріти батареї з двома типами сонячних елементів: монокристалічні, полікристалічні.

Кожен тип має плюси і мінуси в роботі, про які потрібно знати заздалегідь, до моменту здійснення покупки.

Можливості ринку і виробництва не стоять на місці, регулярно з’являються новинки, в процесі виготовлення яких використовуються різні технології. Перед тим як зробити вибір, слід звернути увагу на характеристики сонячних елементів на рівень ККД, на наявність акумулятора, який здатний накопичувати енергію протягом світлового дня і виробляти її в темний час доби. Всі ці дані заздалегідь надає виробник, з ними можна ознайомитися в спеціалізованому магазині. Краще всього заздалегідь знайти в Інтернеті інформацію або обговорити з фахівцями, який варіант буде найкращим.