МОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ ИЛИ ПОЛИКРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ СОЛНЕЧНЫЕ ПАНЕЛИ – ЧТО ЛУЧШЕ?

Принимая решение о покупке монокристаллических или поликристаллических солнечных панелей, необходимо определиться с целью их применения и характеристиками. В этой статье мы подробно расскажем о технологии изготовления кремния для поли и монокристаллических солнечных панелей, их особенностях, отличии, стоимости, преимуществах и недостатках. 

Содержание статьи:

• • • Монокристаллические и поликристаллические солнечные панели — сырье и технология изготовления 
      • Технология производства монокристаллического кремния
      • Технология производства поликристаллического кремния
    • Какие солнечные панели лучше: из поли или моно кристаллов?
    • Преимущества и недостатки монокристаллических солнечных панелей
    • Преимущества и недостатки поликристаллических солнечных панелей
      • Подводим итоги

Монокристаллические и поликристаллические солнечные панели — сырье и технология изготовления 

В настоящее время монокристаллические и поликристаллические солнечные панели составляют около 85% мирового рынка солнечной энергетики. Чем они отличаются? 

Сырьем для их изготовления является кремний. Различие заключается в том, как организованы атомы кремния в кристалле, в технологии изготовления кремния, его чистоте и размере.

Технология производства монокристаллического кремния

Монокристаллические солнечные панели производят из пластин высокочистого кристаллического кремния (с-Si), который в природе чистым не является. Для его изготовления, сырье — кварцитовый гравий или кварцевый песок, сначала помещается в электродуговую печь, где для высвобождения кислорода применяется электрическая дуга. Продукты — углекислый газ и расплавленный кремний. 

Этот простой процесс дает кремний с 1% содержанием примесей, который используется во многих отраслях промышленности, но не в производстве солнечных батарей. Полученный кремний с чистотой 99% дополнительно очищается с использованием технологии зонной плавки (перекристаллизации) или по методу Чохральского:

1. В технологии зонной перекристаллизации стержень нечистого кремния пропускают в печи через зону нагрева несколько раз в одном и том же направлении. В каждый момент времени расплавляется небольшая часть стержня — эта расплавленная зона двигается вдоль слитка, что приводит к перераспределению примесей. При многократном прохождении расплавленной зоны, примеси собираются в конце слитка, который впоследствии удаляется. 
2. При изготовлении монокристаллического кремния методом Чохральского, затравочный кристалл кремния погружается в расплавленный поликристаллический кремний. Когда затравочный кристалл вращается и извлекается, образуется цилиндрический слиток кремния. Извлеченный слиток необычайно чистый — 99,99%, потому что примеси остаются в жидкости.

Из слитка нарезаются пластины толщиной до 300 мкм с помощью многопроволочной пилы. Полученный чистый кремний легируют донорными и акцепторными примесями для образования p − n-переходов, чтобы сделать полупроводник способным проводить электричество.

Технология производства поликристаллического кремния

Поликристаллическая солнечная панель состоит из фотоэлектрических элементов, также известных как поликремниевые и мультикремниевые элементы (mc-Si). Поликремний состоит из мелких кристаллитов кремния, ориентированных в разных направлениях. Для нужд фотовольтаики применяют более дешевый и содержащий больше примесей Si. Его получают несколькими методами:

1. Получение поликремния в Сименс-процессе основывается на преобразовании технического кремния с помощью химической очистки. В этом процессе при высоких температурах осуществляется перегонка летучих соединений (силанов) и осаждение свободного кремния на подложке. Образующиеся побочные кремнийсодержащие вещества используются повторно, что снижает себестоимость.
2. Способ плавления. Куски кремния определенного размера плавятся и выливаются в контейнеры (тигли) прямоугольной формы — отсюда и квадратная форма слитка поликристалла. Затем прямоугольные заготовки режутся на пластины толщиной 300−500 мкм.

Поликристаллические и монокристаллические солнечные панели имеют передний и задний контакты. Передний состоит из линий сетки, соединенных шиной. Задний представляет собой серию серебряных полос, соединенных с передней шиной соседнего элемента. Передняя поверхность элемента текстурируется, на нее наносится антибликовое покрытие для уменьшения потерь света на отражение.

Какие солнечные панели лучше: из поли или моно кристаллов?

Описанные выше технологии получения солнечных панелей поли и моно структурой дают представление о том, что процесс производства монокристаллических элементов намного сложнее и требует большого расхода высокочистого кремния. Кроме того, для его изготовления необходима температура около 1400°C. 

Однако, получаемый в результате продукт обладает целым рядом отличных свойств и характеристик. Фотоэлемента из монокристалла имеет самый высокий КПД — в среднем около 22%, рекордный — свыше 24 %. Монокристаллическая солнечная панель является наиболее дорогим вариантом, потому что технология изготовления чистого кремния энергозатратная и длительная, а процесс четырехсторонней резки приводит к потере большого количества кремния, иногда более половины.

Солнечная поликристаллическая панель более доступна по цене из-за менее сложной и продолжительная технологии производства. При ее производстве практически отсутствуют расходы кремния. Температура изготовления фотоэлементов находится в пределах от 800 до 1000°C. С другой стороны, они менее эффективны — их КПД составляет в среднем около 18% и требуют больше площади для генерации одинаковой мощности.

Преимущества и недостатки монокристаллических солнечных панелей

К основным плюсам монокристаллических солнечных панелей относится:

• высокая эффективность (КПД);
• высокая стабильность характеристик;
• низкий температурный коэффициент — незначительное снижение мощности при нагревании панели;
• низкая скорость старения (деградации) и низкая потеря эффективности;
• срок службы 30 и более лет;
• быстрая окупаемость;
• надежность и долговечность.

Преимуществом также является более высокое соотношение мощности к площади поверхности модуля, что позволяет производить монокристаллические устройства меньшего размера, чем аналоги, для производства одного и того же количества электроэнергии. К недостаткам можно отнести более высокую цену.

Преимущества и недостатки поликристаллических солнечных панелей

Поликристаллические солнечные панели имеют достаточно хорошие характеристики эффективности, стабильности параметров, температурного коэффициента и скорости деградации. Однако они в большей или меньшей мере уступают монокристаллическим аналогам. Например, эффективность в среднем на 5% ниже, чем у моно панелей. Другие плюсы:

• оптимальное соотношение эффективности и стоимости;
• меньшее количество отходов кремния при их изготовлении;
• относительно невысокая цена — на 15- 20 % ниже, чем у высокоэффективных собратьев.

К недостаткам можно отнести более длительный срок окупаемости и меньший срок эксплуатации — в среднем они служат более 25 лет. Для обеспечения одинаковой мощности производят солнечные батареи большего размера, что требует дополнительной полезной площади.

Подводим итоги

Очевидно, что и те, и другие фотоэлектрические преобразователи имеют свои плюсы и минусы. Так какая лучше — монокристаллическая или поликристаллическая солнечная панель?

В конечном итоге все зависит от конкретных условий, цели применения, вашего бюджета, типа электростанции, ее суммарной мощности и наличия площади для ее установки. Имея большую площадь крыши, в некоторой мере можно пожертвовать высокой продуктивностью и купить больше панелей по более низкой стоимости, чтобы достичь планируемого производства э/э. 

Но если нужна мощная СЭС, а полезная площадь ограничена, то установить меньшее количество модулей с более высоким КПД — лучший способ обеспечить максимально возможную мощность в долгосрочной перспективе. Монокристаллические панели с аккумуляторными батареями применяют также, если приоритетом является надежность и автономность электроснабжения потребителей.

Наилучшие характеристики фотовольтаическим изделиям обеспечивают ведущие бренды, применяющие инновационные технологии, качественные материалы и автоматизированные процессы. Перед принятием решения хорошо проанализируйте все нюансы. А еще лучше — воспользуйтесь поддержкой специалистов профессиональных компаний.