Солнечный гетероструктурный модуль – история технологии, предварительный обзор и сравнение с мировыми аналогами

Содержание

Солнечные батареи Hevel – Микроморфные и гетероструктурные солнечные модули

Российский завод “Хевел” (HEVEL) – крупнейший отечественный производитель солнечных батарей (солнечных панелей, солнечных модулей) на основе микроморфной (тонкопленочной технологии). Весной 2017 года запущено производство передовых гетероструктурных солнечных модулей по новейшей технологии, обладающей высоким КПД.

Преимуществами микроморфной тонкопленочной технологии являются низкая стоимость производства, экологичность, возможность улавливания рассеянного света, что существенно увеличивает выработку электроэнергии даже в условиях средней полосы России, а также возможность применять фотоэлектрические модули при строительстве и реконструкции объектов коммерческого, жилого строительства и объектов социального назначения в целях экономии электроэнергии, потребляемой из сети, а также автономного или резервного энергоснабжения.

Технология производства компании базируется на применении микроморфных покрытий – «тонких пленок» на основе кремния, являющихся следующим поколением технологии, уже зарекомендовавшей себя на рынке – фотоэлектрических модулей на основе аморфного кремния. Типичная конструкция гетероструктурного солнечного элемента на основе аморфного и микроморфного кремния отличается от технологии прошлого поколения – аморфного кремния наличием наноструктурированного «микроморфного слоя», позволяющего преобразовывать более широкий спектр длин волн излучения, падающего на фотоэлектрический модуль, увеличивая тем самым КПД модуля.

smartsystems21.ru

Микроморфные солнечные модули: подключить гетероэлектрик своими руками

Современные тенденции в развитии технологий направлены на сохранение природной среды, экономию ресурсов, безопасность для окружения. В условиях постоянно повышающихся цен на основные энергоносители как никогда остро стоит вопрос о поиске дешевой и эффективной альтернативы. На таких принципах как раз и созданы микроморфные солнечные модули. Энергия солнца – это бесплатный и мощный ресурс, опираясь на который разрабатываются современные энергетические технологии.

Как устроены батареи

Работа солнечных батарей основана на модифицировании энергии прямых солнечных лучей в электрическую. Главной составляющей являются фотоэлементы, которые и выполняют функцию преобразователя.

Для производства фотоэлементов пользуются кремнием. Это вещество находится в земных недрах и его там достаточно большое количество (около 30%). Кремний перерабатывает солнечный свет, позволяя применять его в энергоснабжении.

Гетероструктурные солнечные батареи – это технологии нового поколения. До того как стать такими, они прошли долгий путь и все продолжают совершенствоваться:

  1. Первоначально панели для получения энергии из солнечных лучей изготовляли, применяя кремний в чистом виде. Такие батареи получили название монокристаллических. Чтобы получить чистый химический элемент, требуются большие трудозатраты и материальные вложения. Эти факторы отразились и на стоимости изделий. После плавления жидкого кремния и дальнейшего его отвердения материал разрезали на тонкие листы, которые оборудовали тонкими электродами, расположенными на поверхности в виде сетки. Стоимость такой гелиевой батареи высока, но ее КПД достигает 22%, и поэтому расходы на изготовление окупают себя.
  2. Для поликристаллических батарей используется поликристаллический кремний. Расходы на производство их значительно меньше, но меньше и КПД таких панелей (18%).
  3. Более совершенные панели стали производить с аморфным кремнием, изготавливая тончайшие пленки. В данном случае кристаллический кремний заменили силаном или кремневодородом. Их КПД измеряется 6%, но производство стоит намного дешевле предыдущих вариантов. Также эти батареи очень гибкие и хорошо работают в облачных погодных условиях.
  4. Самая современная технология – это микроморфные разработки на солнечные модули. Толщина применяемого кремния составляет 1 нанометр. Он наделен редкими характеристиками прозрачности для инфракрасного и видимого спектра волн. Этого удалось достичь переменой направлений структурных элементов в кремниевой кристаллической решетке.

Читайте также:
О характеристиках солнечных батарей

Технологический процесс

Чтобы сделать гетеростуктурный солнечный модуль, используются тонкие пленочные пластины в несколько слоев. Для их получения берут разные полупроводники, у которых имеется разница по широте, там, где находится «запрещенная зона». В результате внутри двух близлежащих слоев возникают переходы. Возникновение гетеропереходов позволяет получать повышенное сосредоточение носителей, нежели это возможно в структурах с одним слоем.

Микроморфный тонкопленочный солнечный модуль состоит из двух слоев полупроводников. В этом и заключается основное отличие от предшествующих моделей, в которых был только аморфный кремний. Благодаря микроморфному кремнию появилась возможность задействовать для преобразования в электричество больший охват световых лучей, что повышает его КПД.

Другими словами, электричество будет вырабатываться солнечными батареями не только в ясную солнечную погоду, но и при рассеянных лучах при облачности неба. Это положительно сказывается на увеличении деятельности панелей. Из приятных моментов стоит отметить их небольшую стоимость и безопасность для окружающей среды. А еще эти солнечные модули являются красивым наружным элементом для отделки строений и при этом служат дополнительным источником энергии.

Выпускаются энергопреобразующие панели компанией Hevel Solar по швейцарским технологиям. При номинальной мощности в 125 Вт батарея выдает напряжение 96,2 В. Температурный режим, при котором она активна, от -40°С до +90°С. Весит модуль около 26 кг.

Как подключать батареи

При установке солнечных батарей своими руками для получения максимальной мощности нужно подготовить провод достаточной длины, чтобы соединить панели с контроллерами.

Соединение панелей друг с другом должно быть последовательным, при этом нужно следить, чтобы они были одной мощности и напряжения. Нельзя допускать скручивания и спаивания проводов, чтобы в данных точках не произошло потерь энергии. При таком виде подключения не применяют соединение панелей, имеющих разное напряжение и мощности.

При параллельном подсоединении нельзя использовать несколько панелей с разными напряжениями, но с разными мощностями разрешается.

Правильно подобранные солнечные батареи, контроллеры, аккумуляторные кислотные батареи (АКБ) для токов панелей, корректно соединенные, даже при небольшом входном напряжении (12 вольт) будут выдавать высокий КПД.

Гетероэлектрик – отечественная инновация

Российские ученые несколько лет назад сделали открытие – гетероэлектрик, который составляет основу «звездной батареи». В ней объединены гетероэлектрический конденсатор с гетероэлектрическим фотоэлементом, работают они в видимых и инфракрасных излучениях. Разница в их работе по сравнению с солнечными модулями в возможности преобразовывать энергию не только при солнечном и рассеянном свете, но и в ночной период.

Гетероэлектрик помогает при управлении магнитным полем, а также при его трансформировании для производства оборудования с различными физическими свойствами.

batteryk.com

Микроморфные солнечные модули Хевел | Солнечные батареи

Компания «Энергии солнца» является эксклюзивным поставщиком микроморфных фотоэлектрических солнечных модулей в Краснодарском крае, изготовленных по тонкоплёночной технологии.

Эти модули производятся компанией ООО «Хевел» на производственных мощностях безусловного лидера этой отрасли, фирмы «Oerlikon Solar» (Швейцария).

Изобретение и внедрение принципиально нового по своему строению фотоэлемента, стало возможным после изучения опыта эксплуатации солнечных элементов на основе аморфного кремния и разработке способа нанесения слоя кристаллического кремния нанометровой толщины. В результате инновационные фотоэлектрические модули представляют собой гетероструктурную конструкцию, в которой на базовый слой аморфного кремния, наносится слой кристаллического кремния, толщиной 25 нанометров. При этом, целенаправленное изменение ориентации атомов в структуре кристаллической решётки, приводит к уникальному эффекту прозрачности наноморфного кремния, для видимых лучей спектральной области света, но на порядок увеличивает его возможность преобразовывать инфракрасное излучение.

Всё вместе это приводит к повышению КПД на 30% по сравнению с моно- и поликристаллическими модулями, уменьшению нагрева самих модулей и расширению рабочих диапазонов температур.

Преимущества микроморфных солнечных модулей «Хевел»:

1. Ощутимое снижение стоимости. Фотоэлементы, созданные из аморфного кремния, по технологии «тонкой плёнки», в процессе производства используют революционные технологии 3D печати и их себестоимость при значительных объёмах существенно снижается.

2. Модули «Хевел»лишены производственного брака. Любой человек понимает, что делать такое заявление можно только имея веские аргументы. Но этот аргумент всего один. При производстве модулей «Хевел» была принципиально изменена технология самого процесса. Если остальные фотоэлементы производятся в условиях глубочайшего вакуума и космической стерильности, то для создания модулей «Хевел» применяется принципиально другая технология. Создать условия глубочайшего вакуума и идеальной стерильности крайне трудно. Но гораздо затратнее поддерживать их на должном уровне продолжительное время. Любое нарушение ведёт к браку в процессе производства. Поэтому при создании модулей «Хевел» прибегли к качественно иному методу, который можно сравнить с печатью на специальном принтере. Но вместе с принципиальным отсутствием производственного брака, революционно, на 3 (!) порядка, возросла скорость производства.

3. Растущая продолжительность эффективной эксплуатации. Дело в том, что технология, используемая при производстве модулей «Хевел» исключительно новая, прорывная. Самые первые образцы, созданные с использованием технологии «тонкой плёнки», были произведены в лабораториях НАСА 15 лет назад. По сведениям из официальных источников, эти элементы до сих пор работают в режиме повышенной эксплуатационной нагрузки и демонстрируют уникальные результаты.

4. Принципиальное изменение требований к условиям энергоэффективной эксплуатации. К этому привели новые свойства модулей созданных по технологии «тонкой плёнки»:

    • Увеличение диапазона температур работы панелей «Хевел» в энергоэффективном режиме более чем на 35%. Такой невиданный прорыв позволил повысить более чем на треть выработку электроэнергии в летний период при использовании фотоэлектрических модулей «Хевел» аналогичной площади.
    • Отличное поглощение крайних областей спектра видимого света повысило энергоэффективную работу модулей «Хевел» в условиях частичной и полной затенённости. По сравнению с моно- и поликристаллическими модулями, панели «Хевел» производят на 38% больше энергии при частичном затенении.
    • Поверхностное загрязнение не критично снижают эффективность работы модулей «Хевел». Производство солнечных элементов по технологии «тонкой плёнки», использует принципиально новые материалы, которые способные эффективно работать при рассеянном свете. И если снижение эффективности работы моно- и поликристаллических батарей даже при малой загрязнённости было катастрофичным, то для модулей «Хевел» заметить понижение мощности можно только на приборах.

5. Использование в дизайнерских решениях. Применение при производстве фотоэлектрических модулей «Хевел» новейших материалов обладающих удивительными эксплуатационными качествами, открывает широчайшую дорогу в мир наружной отделки и уличных композиций. Модули «Хевел» можно интегрировать в любой вид отделки дома или садового участка. Есть прекрасная возможность скрытого монтажа путём встраивания их в элементы отделки здания (замена окон, остекление стен, и т.п.).
 
6. Удобство при монтаже. По сравнению с моно- и поликристаллическими модулями, панели «Хевел» не требуют соблюдения определенного угла наклона (30-50 градусов) при монтаже и могут размещаться как в вертикальной так и в горизонтальной плоскости.

7. Большая эффективность — скорейший возврат инвестиций. 

Производитель гарантирует снижение мощности в течении первых 10 лет эксплуатации не более чем на 10%. И не более чем на 20% за 25 лет непрерывного использования. На все модули имеются сертификаты Евросоюза и России.

www.sunenergys.ru

Новые солнечные панели от Хевел – в числе мировых лидеров по эффективности. Гетероструктурные солнечные батареи


Солнечные батареи Hevel – Микроморфные и гетероструктурные солнечные модули

Российский завод “Хевел” (HEVEL) – крупнейший отечественный производитель солнечных батарей (солнечных панелей, солнечных модулей) на основе микроморфной (тонкопленочной технологии). Весной 2017 года запущено производство передовых гетероструктурных солнечных модулей по новейшей технологии, обладающей высоким КПД.

Преимуществами микроморфной тонкопленочной технологии являются низкая стоимость производства, экологичность, возможность улавливания рассеянного света, что существенно увеличивает выработку электроэнергии даже в условиях средней полосы России, а также возможность применять фотоэлектрические модули при строительстве и реконструкции объектов коммерческого, жилого строительства и объектов социального назначения в целях экономии электроэнергии, потребляемой из сети, а также автономного или резервного энергоснабжения.

Технология производства компании базируется на применении микроморфных покрытий – «тонких пленок» на основе кремния, являющихся следующим поколением технологии, уже зарекомендовавшей себя на рынке – фотоэлектрических модулей на основе аморфного кремния. Типичная конструкция гетероструктурного солнечного элемента на основе аморфного и микроморфного кремния отличается от технологии прошлого поколения – аморфного кремния наличием наноструктурированного «микроморфного слоя», позволяющего преобразовывать более широкий спектр длин волн излучения, падающего на фотоэлектрический модуль, увеличивая тем самым КПД модуля.

smartsystems21.ru

Микроморфные солнечные модули Хевел | Солнечные батареи

Компания «Энергии солнца» является эксклюзивным поставщиком микроморфных фотоэлектрических солнечных модулей в Краснодарском крае, изготовленных по тонкоплёночной технологии.

Эти модули производятся компанией ООО «Хевел» на производственных мощностях безусловного лидера этой отрасли, фирмы «Oerlikon Solar» (Швейцария).

Изобретение и внедрение принципиально нового по своему строению фотоэлемента, стало возможным после изучения опыта эксплуатации солнечных элементов на основе аморфного кремния и разработке способа нанесения слоя кристаллического кремния нанометровой толщины. В результате инновационные фотоэлектрические модули представляют собой гетероструктурную конструкцию, в которой на базовый слой аморфного кремния, наносится слой кристаллического кремния, толщиной 25 нанометров. При этом, целенаправленное изменение ориентации атомов в структуре кристаллической решётки, приводит к уникальному эффекту прозрачности наноморфного кремния, для видимых лучей спектральной области света, но на порядок увеличивает его возможность преобразовывать инфракрасное излучение.

Всё вместе это приводит к повышению КПД на 30% по сравнению с моно- и поликристаллическими модулями, уменьшению нагрева самих модулей и расширению рабочих диапазонов температур.

Преимущества микроморфных солнечных модулей «Хевел»:

1. Ощутимое снижение стоимости. Фотоэлементы, созданные из аморфного кремния, по технологии «тонкой плёнки», в процессе производства используют революционные технологии 3D печати и их себестоимость при значительных объёмах существенно снижается.

2. Модули «Хевел»лишены производственного брака. Любой человек понимает, что делать такое заявление можно только имея веские аргументы. Но этот аргумент всего один. При производстве модулей «Хевел» была принципиально изменена технология самого процесса. Если остальные фотоэлементы производятся в условиях глубочайшего вакуума и космической стерильности, то для создания модулей «Хевел» применяется принципиально другая технология. Создать условия глубочайшего вакуума и идеальной стерильности крайне трудно. Но гораздо затратнее поддерживать их на должном уровне продолжительное время. Любое нарушение ведёт к браку в процессе производства. Поэтому при создании модулей «Хевел» прибегли к качественно иному методу, который можно сравнить с печатью на специальном принтере. Но вместе с принципиальным отсутствием производственного брака, революционно, на 3 (!) порядка, возросла скорость производства.

3. Растущая продолжительность эффективной эксплуатации. Дело в том, что технология, используемая при производстве модулей «Хевел» исключительно новая, прорывная. Самые первые образцы, созданные с использованием технологии «тонкой плёнки», были произведены в лабораториях НАСА 15 лет назад. По сведениям из официальных источников, эти элементы до сих пор работают в режиме повышенной эксплуатационной нагрузки и демонстрируют уникальные результаты.

4. Принципиальное изменение требований к условиям энергоэффективной эксплуатации. К этому привели новые свойства модулей созданных по технологии «тонкой плёнки»:

    • Увеличение диапазона температур работы панелей «Хевел» в энергоэффективном режиме более чем на 35%. Такой невиданный прорыв позволил повысить более чем на треть выработку электроэнергии в летний период при использовании фотоэлектрических модулей «Хевел» ана

10i5.ru

«Изготовлены первые российские гетероструктурные солнечные модули на кремнии» в блоге «Перспективные разработки, НИОКРы, изобретения»

Изготовлены первые российские гетероструктурные солнечные модули на кремнии с повышенной эффективностью.

В конце 2014 года резидент Кластера энергоэффективных технологий Фонда «Сколково» НТЦ тонкопленочных технологий в энергетике при ФТИ им. А.Ф. Иоффе на опытной технологической линии изготовил промышленные прототипы гетероструктурных солнечных модулей на кристаллическом кремнии по технологии HIT (Heterojunction with Intrinsic Thin layer).

Полученные образцы показали эффективность преобразования в размере около 20% и хорошую воспроизводимость по всей площади реактора установки KAI 1200, на которой производился рост гетероструктурных солнечных элементов. Как сказано в официальном сообщении компании, с целью дальнейшего увеличения КПД запланированы исследовательские работы по отработке технологических процессов химической обработки поверхности пластин кристаллического кремния, режимов осаждения слоев аморфного кремния, изготовления контактной сетки.

«В последние годы наблюдается значительный прогресс в увеличении эффективности солнечных структур такого типа и в настоящее время для лабораторных образцов достиг значения 25,6%, что уже превышает результаты для p-n структур на кристаллическом кремнии», — приводит Sk.ru цитату из сообщения НТЦ тонкопленочных технологий в энергетике при ФТИ им. А.Ф. Иоффе.

«В настоящее время технология HIT является одним из наиболее актуальных векторов развития в солнечной энергетике, — комментирует руководитель направления „ВИЭ и новые материалы“ Кластера энергоэффективных технологий Фонда „Сколково“ Юрий Сибирский. — Лабораторная и научно-исследовательская база НТЦ, созданная при содействии Фонда „Сколково“, позволяют решать амбициозные научно-технические задачи, в том числе по созданию гетероструктурных солнечных элементов на кремнии».

На фото: прототип HIT модуля (фото НТЦ тонкопленочных технологий в энергетике при ФТИ им. А.Ф. Иоффе)

sdelanounas.ru

Новые солнечные панели от Хевел – в числе мировых лидеров по эффективности

Группа компаний «Хевел» (совместное предприятие Группы компаний «Ренова» и АО «РОСНАНО») завершила модернизацию технологической линии и увеличила мощность производственного комплекса по выпуску солнечных элементов и модулей до 160 МВт в год. Этот объём производства позволит на 50% обеспечить текущие (скромные) потребности российского рынка солнечной энергетики.

Особенно примечательно, что завод, ранее выпускавший панели на основе микроморфного кремния (a-Si), начал выпуск солнечных модулей по принципиально новой технологии – гетероструктурной (Heterojunction – HJT). Её отличает высокая эффективность выработки электроэнергии: средний КПД ячеек составляет более 22%, а эффективность модулей: 20%. При этом в настоящее время средний показатель эффективности качественных серийных солнечных панелей в мире находится на уровне примерно 16%.

Таким образом, солнечные модули «Хевел» с эффективностью 20% — это на несколько процентов выше среднего мирового уровня, что является весьма существенным преимуществом в солнечной энергетике. Это — высшая лига отрасли. Использование таких модулей позволяет вырабатывать существенно больше электроэнергии на единицу площади, что особенно важно на рынках с дефицитом свободной земли и высокой плотностью населения.

Если мы посмотрим на майский (текущего года) рейтинг эффективности солнечных панелей от EnergySage (таблица ниже), мы увидим, что только два производителя – Panasonic и SunPower — предлагают модули с более высокой эффективностью. Допускаю, что рейтинг может быть не полным, тем не менее, на первый взгляд, все основные имена в нем упомянуты.

Таким образом, новые гетероструктурные солнечные модули «Хевел» можно отнести к первой мировой тройке, (и уж, как минимум, к пятерке) производителей по показателю эффективности. Такое оборудование относится к премиальному сегменту рынка и обычно стоит существенно дороже менее эффективных «собратьев». Если компания сможет обеспечить конкурентоспособное ценовое предложение на свою продукцию, она имеет замечательные экспортные перспективы.

Кроме того, новые модули «Хевел» эффективнее работают в условиях рассеянного света, а также при высоких и низких температурах, что существенно расширяет географию их применения.

Одним из преимуществ завода стала гибкость производственного процесса: теперь технологическая линия выпускает не только солнечные модули, но и высокоэффективные ячейки, которые могут быть экспортированы для сборки модулей непосредственно в стране, где строятся солнечные электростанции.

renen.ru

Солнечное электричество. Фотоэлектрические (солнечные) модули.

Когда появились? Немного истории.

Трудно переоценить роль электричества в современном мире. С того времени, как человек научился производить его в промышленных масштабах, технический прогресс помчался вперед с космической скоростью. И в прямом, и в переносном смысле.

Получать электричество можно различными способами. Один из самых экологичных – преобразование солнечной энергии в электрическую с помощью фотоэлектрических модулей. Или, как их еще называют, солнечных батарей.

 

Чаще всего в различных источниках можно встретить информацию, что первые в мире солнечные батареи появились в 1954 году. Именно тогда ученые Дерилл Чапин, Кэл Фуллер и Гордон Пирсон создали солнечную батарею на основе кремния. Коэффициент полезного действия этой батареи равнялся всего лишь четырем процентам.

Но намного раньше выявить связь между светом и электричеством удалось немецкому физику Генриху Герцу. Во время своих исследований он пришел к выводу, что разряд между 2-мя электродами при ультрафиолетовом свете происходит быстро и легко. Доказал взаимосвязь между светом и электричеством Генрих Герц в 1887 году. Физик убедил всех в том, что световые волны во многом похожи на электромагнитные волны (распространение волн, наличие теней и т.д.). Все это он продемонстрировал на гигантской призме из 2-х тонн асфальта.

 

Через некоторое время этими данными заинтересовался профессор-физик МГУ Александр Столетов. С 1888 года ученый начал активно изучать это таинственное явление. Именно он и выработал 1-ый электрический ток, который появился под воздействием световых лучей. В тридцатые годы двадцатого века физик Борис Коломиец создал первый медный фотоэлемент с рекордным для тех времен КПД в один процент. Затем ученые начали создавать кремниевые фотоэлементы. В первых образцах КПД уже было значительно выше – около шести процентов. С тех пор изобретатели начали активно задумываться о преобразовании солнечного света в электроэнергию.

 

25 апреля 1954 года — дата, вошедшая в историю: специалисты компании «Bell Laboratories» сделали заявление о создании первых солнечных батарей на основе кремния для получения электрического тока. Это были сотрудники компании — Кельвин Фуллер, Дэрил Чапин и Геральд Пирсон. Прошло 4 года, и 17 марта 1958 года в США был запущен первый искусственный спутник с солнечными батареями. А через два месяца, 15 мая 1958 года в СССР запустили Спутник-3, также с солнечными батареями на борту.

 

Первые солнечные панели в середине 50-х годов казались лишь технологической игрушкой, не более. Ведь ячейка солнечной батареи, которая производила 1 ватт электроэнергии, стоила 250 долларов. А электроэнергия стоила в 100 раз дороже, чем электроэнергия с обычной ТЭЦ. КПД таких батарей был не более 6%. Долгое время солнечные батареи использовались только для космоса и для решения довольно небольшого перечня задач. Слишком дорогой была полученная таким путем энергия. Через 22 года, в 1977 году стоимость снизилась до 76 долларов за 1-ваттную ячейку.

Солнечная энергетика в мире сегодня. Общая ситуация, прогноз.

Постепенно исследования в области фотоэлектрических модулей позволили повысить КПД до 15% к середине 90-х годов прошлого века, а к началу 21 века КПД стал достигать значения 20%. За последнее десятилетие был сделан большой шаг вперед и были достигнуты значения КПД в 26%. Стоимость упала ниже 1 доллара и продолжает падать.

Воплощение оптимистических прогнозов в реальность во многом связано с уровнем технологического развития. В настоящий момент существует технологическая возможность извлечения из солнечного света только незначительной части энергии, но даже этот объем уже является существенным для европейской энергетической инфраструктуры, где возобновляемым источникам, включая солнечные электростанции, отводится не менее 20% уже к 2020 году.

Через пять лет солнечная энергетика в мире вырастет на 177%. А средний  ежегодный объем ввода новых мощностей на солнечной энергии составит около 64 ГВт, или 48% ежегодно.

Такие прогнозные данные обнародовало Международное энергетическое агентство (IEA).

По данным агентства уже к 2020 году суммарная установленная мощность солнечных электростанций в мире приблизится к 500 ГВт.

Как работает солнечный модуль? Основные принципы.

Принцип работы солнечного модуля, который является основой солнечной электростанции, довольно прост — поверхность модуля улавливает солнечный свет и за счёт проводниковых свойств кремния преобразует его в электрическую энергию.

Солнечные электростанции состоят из солнечных модулей, подключённых в единую цепь, инверторов и другого оборудования.

Инвертор или преобразователь напряжения — устройство, которое преобразует постоянный ток в переменный;

контроллер заряда (КЗ) аккумуляторной батареи — аппарат, который не допускает перезаряда аккумуляторов, а также их полного разряда;

аккумуляторная батарея (АКБ), накапливающая энергию для ее использования в темное время суток.

Существуют два основных типа солнечных электростанций:

сетевые — отпускающие всю вырабатываемую электроэнергию в сеть (здесь не нужны аккумуляторные батареи)

и автономные (включающие в себя непосредственно сами солнечные модули, преобразователь напряжения, контроллер заряда и АКБ). К автономным относятся и станции, где в качестве дополнительного источника энергии используется бензо- или дизель генератор.

 

 

 

На автономных станциях за счёт установки аккумуляторов есть возможность накапливать электроэнергию для использования, например, в тёмное время суток.

 

  1. Какие бывают солнечные модули? Виды солнечных панелей.

На данный момент типов солнечных батарей появилось огромное количество. И будет появляться ещё, потому что технологии не стоят на месте. Вот такая схема помогает наглядно продемонстрировать основные типы.

И всё же самыми распространенными на сегодняшний день являются: монокристаллические, поликристаллические и модули из микроморфного кремния.

  • ▬ Для производства солнечных батарей монокристаллического типа используют очищенный, самый чистый кремний. Такой вид солнечной панели выглядит как силиконовые соты, или ячейки, которые соединены в одну структуру. После того, как очищенный монокристалл затвердевает, его разделяют на супер тонкие пластины, толщиной до 300 мкм. Такие готовые пластины соединены тонкой сеткой из электродов. В сравнении с аморфными батареями, такие стоят дороже, ведь технология их производства в разы сложнее. При этом такие батареи стоит выбрать хотя бы за их высокий коэффициент полезного действия(КПД). На уровне 20%. Да, для солнечных батарей это хороший показатель.
  • ▬ Для того чтобы получить поликристаллы, кремниевую субстанцию медленно охлаждают. Такой подход к технологии производства значительно дешевле чем в предыдущем типе панелей, поэтому и стоит этот вид дешевле. При этом для изготовления требуется меньше энергии, а это ещё раз благотворно действует на цену. Но чем-то же нужно жертвовать? Поэтому у таких батарей КПД ниже — до 18%. Связано такое падение коэффициента с образованиями внутри поликристалла, которые снижают эффективность.
  • ▬ Тонкопленочные модули (микроморфная технология). Такая технология обеспечивает, в первую очередь, большую эффективность и скорейший возврат инвестиций: микроморфный модуль преобразовывает как видимый, так и инфракрасный спектр солнечного излучения.

Если с предыдущими видами модулей всё более или менее понятно, то с этой категорией фотовольтаических панелей нужно разобраться.

Преимущества тонкопленочных модулей (микроморфная технология)  по сравнению с кристаллическими модулями (моно- и поликристаллы):

  • • Меньший температурный коэффициент снижения мощности обеспечивает большую выработку энергии на ватт установленной мощности в летний период
  • Лучшая чувствительность к низкой освещенности. Обеспечивает большую выработку электроэнергии в пасмурную погоду
  • Высокое выходное напряжение позволяет уменьшить сечение провода от модуля до контроллера или инвертора
  • Меньшая стоимость за ватт вследствие в 10 раз меньшего расхода кремния при производстве тонкопленочных модулей
  • • Эстетичный внешний вид, возможность интеграции на фасады зданий
  • • Под заказ возможна поставка модулей с частичной (от 5% до 20%) прозрачностью, для более гибкого использования в архитектурных решениях
  • • При работе с контроллерами MPPT для заряда аккумуляторных батарей продолжительность обеспечения зарядного тока для аккумуляторов при низкой освещенности существенно возрастает, т.к. модуль имеет большой запас по входному напряжению (до 160В против 20-45В у кристаллических модулей). Это позволяет запасти больше электроэнергии в аккумуляторах утром, вечером и в пасмурную погоду.

Недостатки тонкопленочных модулей (микроморфная технология)  по сравнению с кристаллическими модулями (моно- и поликристаллы):

  • • Примерно в 1,5 раза меньший КПД (модули имеют почти в 2 раза большую удельную площадь и массу)
  • • Бóльшая деградация в первые месяцы работы. Этот недостаток компенсируется повышенной начальной мощностью (в начале эксплуатации мощность на 10% выше номинальной, и через 3 месяца снижается до ~100% от номинальной и остается на этом уровне). В дальнейшем стабильность параметров аналогична кристаллическим модулям. Сроки стабилизации параметров могут немного меняться в зависимости от места установки и от условий окружающей среды.
  • • Нестандартное выходное напряжение, для заряда аккумуляторов требуется MPPT контроллер с повышенным входным напряжением. Однако в настоящее время это вряд ли можно назвать недостатком, т.к. в большинстве случаев и для кристаллических модулей используются MPPT контроллеры для повышения выработки электроэнергии и для согласования напряжения модулей и аккумуляторов.
  • Готовятся к выходу этой весной на заводе в Новочебоксарске новые гетероструктурные солнечные модули (на основе гетероперехода HJT) . Модули нового поколения сочетают преимущества тонкопленочной и кристаллической технологий. КПД составит не менее 20%. Производители обещают очень высокую эффективность этих солнечных модулей при затенении и рассеянном освещении.

Их характеристики:

Длина 1656 мм
Ширина 991 мм
Вес 28 кг
Напряжение холостого хода 43.2 В
Напряжение при номинальной мощности 38.9 В
Номинальная пиковая мощность 260 Вт, 280 Вт, 300 Вт

 

  1. Насколько эффективны солнечные электростанции в Кемеровской области?

Россия обладает достаточно высоким уровнем инсоляции – у нас есть довольно много районов, где среднегодовой приход солнечной радиации составляет 4–5 кВт*ч на квадратный метр в день (этот показатель соизмерим с югом Германии и севером Испании – странах-лидерах по внедрению солнечных систем). При этом высокий уровень инсоляции в России не только на юге –  Краснодарском крае, Ростовской области, Кавказе, но также на Алтае, да и в целом на юге Сибири, Дальнем Востоке и в Забайкалье – в этих регионах количество солнечных дней в году доходит до 300.

Ниже – карта солнечной инсоляции РФ. Инсоляция — (от лат. in solo выставлено на солнце) количество электромагнитной энергии (солнечной радиации), падающей на поверхность земли. Инсоляция измеряется числом единиц энергии, падающей на единицу поверхности за единицу времени. Обычно инсоляцию измеряют в кВт*час/м2.

По условиям солнечной инсоляции Кемеровской области «достается» солнца чуть меньше (примерно на 10%), чем Краснодарскому краю. И дело даже не в том, что у нас холоднее. У нас-то как раз зимой солнечного света больше, чем в том же Краснодаре (из-за морозных ясных солнечных дней). Мороз абсолютно не страшен для солнечных модулей. Им не нужно тепло, только солнечный свет.

По поводу того, какие солнечные модули (моно-, поликристаллы или же микроморфные) наиболее эффективны именно у нас в Кузбассе, однозначного ответа просто нет. И категоричные рекомендации по этому поводу («только вот такие и никакие другие») мы давать не будем. Всё зависит от конкретной станции, её мощности, расположения оборудования, задач, которые она будет решать. Можем сказать лишь одно, чем мощнее будет станция, тем выгоднее становятся именно микроморфные модули: и по эффективности своей, и по стоимости. Для небольших по мощности станций самый простой и экономичный выбор – поликристаллические солнечные модули. Есть свои доводы и в пользу монокристаллов. У них выше КПД.

  1. Цели создания автономных солнечных электростанций.

Электрификация труднодоступных сельских посёлков и поселений Кузбасса, а также мест компактного проживания, находящихся вне зоны централизованного электроснабжения, с целью:

— улучшения социальной обстановки в отдалённых районах;

— создания условий для комфортного проживания и трудоустройства населения;

— развития фермерских хозяйств и традиционных промыслов;

— создания условий для притока и закрепления населения в отдалённых районах;

— гарантированного доступа в информационное пространство;

— сохранения экологической чистоты и ландшафтной целостности территорий;

— обеспечения заповедных, рекреационных курортных зон экологически чистой электроэнергией;

и т.д.

  1. Преимущества использования СЭС.
  • ▬ Солнечные модули (СМ) практически не изнашиваются, поскольку не содержат движущихся частей и крайне редко выходят из строя (это дает определенное преимущество Солнечной электростанции перед Солнечно-ветровой, т.е. с использованием ветрогенераторов).
  • Длительный срок службы СМ без ухудшения эксплуатационных характеристик — 25 лет и более, что подтверждено многолетней практикой использования. Ни один другой генератор не способен столько работать.
  • ▬ Функционирование СМ не зависит от технических неполадок энергопоставщиков.
  • ▬ Солнечным модулям не нужно топливо, что дает возможность не зависеть ни от цен на него, ни от проблем с транспортировкой.
  • Нет всплесков и отключений энергии. СЭС – источник высококачественного напряжения. Что положительно сказывается на сроке службы работающего от солнечной станции оборудования.
  • ▬ Совершенно исключается тщательное эксплуатационное обслуживание Солнечной электростанции. Установка работает самостоятельно долгие годы, практически не требуя ухода.

 

 

 

 

asenergy.ru

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.