Достоинства, недостатки и перспектива аморфных солнечных батарей

Технологии, позволяющие изготавливать аморфные солнечные батареи, постоянно совершенствуются. Это может в ближайшем будущем рынок переориентировать в их направлении.

Описание

В данное время они представлены уже третьим поколением. Достоинством второго считают низкую стоимость при идентичной с модулями кристаллическими мощности. Поэтому именно они получили широкое распространение. Кремния для их получения необходимо меньше в 10 раз.

Модели, относящиеся к третьему поколению, характеризуется увеличенным периодом эксплуатации и КПД, доведенным до 12%.

Важно: фотоэлектрические модули тонкопленочные модули считаются главным кандидатом для массового производства, возможным уже в недалеком будущем, несмотря на недостатки и то, что сегодня лидерство удерживают кристаллические аналоги (80% рынка).

Поколения аморфных панелей

Очень скоро стремительное развитие пленочных аморфных модулей может изменить сложившуюся ситуацию на рынке.

Сегодня их представляют три поколения:

• к первому принадлежат однопереходные, минусом которых был короткий срок эксплуатации: после 10 лет работы они приходили в негодность. Помимо этого их КПД был чрезвычайно низким – 5%;
• они же, но с вдвое большим КПД (8%) и более продолжительным сроком действия;
• устройства третьего поколения могут вполне конкурировать с аналогами, поскольку имеют достаточно высокий КПД – порядка 12%. Они прослужат намного дольше предшественников.

Кроме них имеются варианты комбинированные, которые образуют как элементы кристаллические, так и аморфные. Однако их стоимость высока, поэтому широкого применения они не получили.

Второе поколение панелей аморфных

Как говорилось уже, они сегодня наиболее распространены. Объясняется это их невысокой стоимостью, объясняемой небольшим количеством используемого кремния, в сравнении с поли- и монокристаллическими батареями, и неплохими параметрами мощности.

Преимущества

Перед аналогами кристаллическими у тонкопленочных аморфных панелей немало преимуществ:

• лучшая производительность при высоких температурах эксплуатации. Благодаря меньшей зависимости от нагрева, они более эффективны, чем кристаллические в теплое время. Понятно, что мощность при нагреве они теряют, но не столь сильно, как привычные солнечные панели, у которых она может сокращаться на 20%.

Способны они вырабатывать электроэнергию при недостаточной освещенности, поэтому более эффективны, в сравнении с кристаллическими аналогами, в дождливую погоду, в сумерки и снегопады.

Аморфные системы продолжают вырабатывать электричество в то время, когда ее генерировать прекращают классические кристаллические конструкции. Они вырабатываю его больше на 20%, чем аналоги.

• допускают скрытую установку;
• стоят меньше, поскольку невысоки затраты на производство. Выгодная стоимость каждого Ватта также объясняется вливанием значительных инвестиций, что позволяет наращивать их выпуск и снижать цену;
• высокая гибкость и малая толщина делают проще монтаж, ремонт и обслуживание;
• менее зависимы от затенения и попадание грязи на лицевую поверхность, в то время как производительность кремниевых от этого снижается на 25%;
• Минимум дефектов. Процесс создания рассматриваемых модулей очень простой. Благодаря отсутствию необходимости в пайке для соединения модулей между собой (они формируются сразу в единую конструкцию), в готовых изделиях меньше дефектов.

Недостатки, как видно, с лихвой перекрываются достоинствами панелей.

Недостатки модулей аморфных

Главной негативной особенностью аморфных кремниевых солнечных батарей считают невысокий КПД, который вдвое меньше, чем у аналогов кремниевых (в условиях близких к идеальным).

Кроме того, у них есть и другие минусы:

• значительно большие, чем у аналогов, размеры;
• защищенные с двух сторон стеклом, они приобретают значительную итоговую массу. Недостаток, к слову, постепенно нивелируется благодаря развитию технологий.

У кремниевых панелей недостатков не меньше.

Недостатки кремниевых устройств

Материал этот очень дорого стоит, поскольку для нужной степени очистки ему необходимо пройти несколько стадий очистки. При его резке большое количество превращается в отходы – стружку.

К тому же, энергия не вся превращается в электрическую под воздействием света: она частично обратно отражается от поверхности, другая ее часть, не поглощаясь и не преобразуясь, проходит «наружу».

Кроме этого, она способна приводить к тепловым колебаниям в кристаллической решетке и тратиться на процесс рекомбинации, т.е. уничтожения электронов с «дырками», что сопровождается выделением тепла.

Все это негативно отражается на КПД ФЭП, снижает его до 15% (в редких случаях до 22%).

Область использования

Рекомендуется использовать эту разновидность солнечных модулей при:

• высокой облачности;
• жаркой погоде, когда разогреваются модули до 60 градусов;
• отсутствие ограничений по площади конструкции и ее весу;
• при необходимости интегрирования непосредственно в постройку.

Кроме этого, аморфные солнечные батареи можно устанавливать в проемы оконные (вместо стекол) и монтировать на фасады зданий, что открывает неограниченные возможности для дизайнеров. Но, элементы должны отличаться определенной степенью прозрачности (для стекол он составляет 5-20%, без потери процентной выработки электричества).

Дополнительное использование

Отличная гибкость открывает возможности использования их в легкой промышленности. Их применяют в качестве вспомогательного материала при эксклюзивном пошиве сумочек и предметов одежды.

Деградация

Она соответствует уровню этого показателя у панелей кристаллических, и снижается менее чем на 10% на протяжении 10 лет эксплуатации, на 20% – после 25 летней «службы».

Особенности конструкции

Для подложки этой разновидности солнечных панелей применяют:

• стекло особой очистки;
• специальных марок керамика;
• кристаллы сапфиров искусственных и иные гибкие материалы, способные пропускать лучи солнца.

Изготовление

Для изготовления полупроводникового преобразователя подходит только тщательно очищенный кремний. Форма его имеет, как правило, вид цилиндра с диаметром всего в десятки миллиметров.

Его режут на тончайшие диски, составляющие микроны по толщине, которые затем легируют, нанося на поверхность примеси металлические и иные.

В кремниевой пластине образуются области, насыщенные по-разному «дырками» и электронами. Другими словами, имеющие «дырочную» p-проводимость и n-проводимость электронную.

Под «дырками» понимают металл, из которого примесями частично удалены электроны, т.е. это «положительная» зона, или p-проводимость.

Комбинируя составом, очередность нанесенных слоев и их толщиной, получают гетеро – или p-n-переходы, т.е. у пластин появляется способность выдавать электричество при облучении светом.

По этому принципу созданы были первые ФЭТ – преобразователи фотоэлектрические, КПД которых достигали почти 30% при нормальных условиях и порядка 22% – при высокой температуре.

Изготовление ФЭП аморфных

Сырьем для главного слоя служит силан-крмнийводород (SiH4). После обработки кремния водородом, получают гидрогенизированный кремний.

В закрытой камере на силан воздействуют, перед нанесением на аморфный кремний, тлеющим электрическим разрядом. Испаряясь, кремневые пары осаждаются на подложку. Слой получается микронной толщины.

Поскольку производство безотходное, стоимость готовой продукции низкая. Модули изготавливать можно площадью в несколько метров квадратных.

Гидрогенизаций добиваются полупроводниковых свойств у тончайших пленок.

Купить

Недорого аморфные солнечные батареи купить можно в интернет-магазинах:

Видео: О технологии получения аморфного кремния