Приймаючи рішення щодо купівлі монокристалічних або полікристалічних сонячних панелей, необхідно визначитися з метою їх застосування та характеристиками. У цій статті ми докладно розповімо про технологію виготовлення кремнію для полі та монокристалічних сонячних панелей, їх особливості, відмінність, вартість, переваги та недоліки.
Зміст статті:
Монокристалічні та полікристалічні сонячні панелі - сировина та технологія виготовлення
В даний час монокристалічні та полікристалічні сонячні панелі становлять близько 85% світового ринку сонячної енергетики. Чим вони відрізняються?
Сировиною для виготовлення є кремній. Відмінність полягає в тому, як організовані атоми кремнію в кристалі, технології виготовлення кремнію, його чистоті і розмірі.
Технологія виробництва монокристалічного кремнію
Монокристалічні сонячні панелі виготовляють із пластин високочистого кристалічного кремнію (с-Si), який у природі чистим не є. Для його виготовлення сировина - кварцитовий гравій або кварцовий пісок, спочатку поміщається в електродугову піч, де для вивільнення кисню застосовується електрична дуга. Продукти - вуглекислий газ та розплавлений кремній.
Цей простий процес дає кремній з 1% вмістом домішок, що використовується у багатьох галузях промисловості, але не у виробництві сонячних батарей. Отриманий кремній з чистотою 99% додатково очищається з використанням технології зонної плавки (перекристалізації) або методом Чохральського:
- У технології зонної перекристалізації стержень нечистого кремнію пропускають у печі через зону нагрівання кілька разів в тому самому напрямку. У кожен час розплавляється невелика частина стрижня — ця розплавлена зона рухається вздовж злитку, що призводить до перерозподілу домішок. При багаторазовому проходженні розплавленої зони домішки збираються в кінці злитка, який згодом видаляється.
- При виготовленні монокристалічного кремнію методом Чохральського затравальний кристал кремнію занурюється в розплавлений полікристалічний кремній. Коли затравний кристал обертається та витягується, утворюється циліндричний злиток кремнію. Вилучений злиток надзвичайно чистий - 99,99%, тому що домішки залишаються в рідині.
Зі злитку нарізають пластини товщиною до 300 мкм за допомогою багатодротової пилки. Отриманий чистий кремній легують донорними та акцепторними домішками для утворення p-n-переходів, щоб зробити напівпровідник здатним проводити електрику.
Технологія виробництва полікристалічного кремнію
Полікристалічна сонячна панель складається з фотоелектричних елементів, також відомих як полікремнієві та мультикремнієві елементи (mc-Si). Полікремний складається з дрібних кристалітів кремнію, орієнтованих у різних напрямках. Для потреб фотовольтаїки застосовують більш дешевий, який містить більше домішок Si. Його одержують кількома методами:
- Отримання полікремнію в Сіменс-процесі ґрунтується на перетворенні технічного кремнію за допомогою хімічної очистки. У цьому процесі при високих температурах здійснюється перегонка летких сполук (силанів) та осадження вільного кремнію на підкладці. Побічні кремнійвмісні речовини, що утворилися, використовуються повторно, що знижує собівартість.
- Спосіб плавлення. Шматки кремнію певного розміру плавляться і виливаються в контейнери прямокутної форми - звідси і квадратна форма зливка полікристалу. Потім прямокутні заготовки ріжуться на пластини завтовшки 300-500 мкм.
Полікристалічні та монокристалічні сонячні панелі мають передній та задній контакти. Передній складається з ліній сітки, з'єднаних шиною. Задній є серією срібних смуг, з'єднаних з передньою шиною сусіднього елемента. Передня поверхня елемента текстурується, на неї наноситься покриття антивідблиску для зменшення втрат світла на відображення.
Які сонячні панелі краще: з полі чи моно кристалів?
Описані вище технології отримання сонячних панелей полі та моно структурою дають уявлення про те, що процес виробництва монокристалічних елементів набагато складніший і потребує великої витрати високочистого кремнію. Крім того, для виготовлення необхідна температура близько 1400°C.
Однак, одержуваний в результаті продукт має цілу низку відмінних властивостей і характеристик. Фотоелемент з монокристалу має найвищий ККД — в середньому близько 22%, рекордний — понад 24%. Монокристалічна сонячна панель є найбільш дорогим варіантом, тому що технологія виготовлення чистого кремнію енерговитратна і тривала, а процес чотиристороннього різання призводить до втрати великої кількості кремнію, іноді більше половини.
Сонячна полікристалічна панель доступніша за ціною через менш складну і тривалу технологію виробництва. При її виробництві практично відсутні витрати кремнію. Температура виготовлення фотоелементів знаходиться від 800 до 1000°C. З іншого боку, вони менш ефективні — їхній ККД становить у середньому близько 18% і потребує більшої площі для генерації однакової потужності.
Переваги та недоліки монокристалічних сонячних панелей
До основних плюсів монокристалічних сонячних панелей належить:
- висока ефективність (ККД);
- висока стабільність показників;
- низький температурний коефіцієнт – незначне зниження потужності при нагріванні панелі;
- низька швидкість старіння (деградації) та низька втрата ефективності;
- термін служби 30 років і більше;
- швидка окупність;
- надійність та довговічність.
Перевагою є більш високе співвідношення потужності до площі поверхні модуля, що дозволяє виробляти монокристалічні пристрої меншого розміру, ніж аналоги, для виробництва однієї і тієї ж кількості електроенергії. До недоліків можна віднести вищу ціну.
Переваги та недоліки полікристалічних сонячних панелей
Полікристалічні сонячні панелі мають досить хороші характеристики ефективності, стабільності параметрів, температурного коефіцієнта та швидкості деградації. Однак вони більшою чи меншою мірою поступаються монокристалічним аналогам. Наприклад, ефективність у середньому на 5% нижча, ніж у моно панелей. Інші плюси:
- оптимальне співвідношення ефективності та вартості;
- менша кількість відходів кремнію під час їх виготовлення;
- відносно невисока ціна - на 15-20% нижче, ніж у високоефективних побратимів.
До недоліків можна віднести більш тривалий термін окупності та менший термін експлуатації – у середньому вони служать понад 25 років. Для забезпечення однакової потужності виробляють сонячні батареї більшого розміру, що потребує додаткової корисної площі.
Підбиваємо підсумки
Очевидно, що й ті, й інші фотоелектричні перетворювачі мають свої плюси та мінуси. То яка краще — монокристалічна чи полікристалічна сонячна панель?
Зрештою, все залежить від конкретних умов, мети застосування, вашого бюджету, типу електростанції, її сумарної потужності та наявності площі для її встановлення. Маючи велику площу даху, певною мірою можна пожертвувати високою продуктивністю та купити більше панелей за нижчою вартістю, щоб досягти запланованого виробництва е/е.
Але якщо потрібна потужна СЕС, а корисна площа обмежена, то встановити меншу кількість модулів із вищим ККД — найкращий спосіб забезпечити максимально можливу потужність у довгостроковій перспективі. Монокристалічні панелі з акумуляторними батареями застосовують також, якщо пріоритетом є надійність та автономність електропостачання споживачів.
Найкращі характеристики фотовольтаїчним виробам забезпечують провідні бренди, які використовують інноваційні технології, якісні матеріали та автоматизовані процеси. Перед ухваленням рішення добре проаналізуйте всі нюанси. А ще краще – скористайтеся підтримкою фахівців професійних компаній.
