Солнечные батареи. Монокристалл или поликристалл?

Преимущества и недостатки

03.05.2018

Приобретая солнечные батареи, в первую очередь надо определиться изделия какого типа вы хотите купить. Важно учесть все достоинства и недостатки той или иной модификации, их характеристики. По большому счету практически все современные солнечные батареи изготавливаются из кремния. В кристаллической форме кремний имеет темно-серый цвет и немного блестит, в аморфной форме это порошок коричневого цвета. Именно из кремния производятся практически все солнечные батареи, это основное сырье. Сегодня можно встретить два основных типа солнечных батарей, это: батареи с монокристаллической структурой кремния и изделия с поликристаллической структурой. При этом основные производственные мощности направлены на изготовления панелей с монокристаллической структурой. К какому типу отнести панели зависит от степени чистоты используемого кремния. Степень чистоты – это степень упорядоченности молекул в кристаллической решетки кремния. Чем выше упорядоченность, тем более эффективно поглощается солнечная энергия, тем выше производительность самого устройства. Кристаллический кремний это основной материал для производства всех фотоэлектрических, а от того какая структура у панели, монокристаллическая или поликристаллическая зависит производительность батареи. Разберем более подробно, что собой представляет поли — и монокристаллический кремний, но для начала более подробно разберем производственные процессы.

Процесс производства кремния для солнечной энергетики

Панели состоят из фотоэлектрических ячеек. Процесс производства которых, начинается с извлечения кремния из песка или кварца. На первом этапе получают так называемый металлический кремний. Из кварца SiO2 путем плавления с использованием углерода в электродуговой печи получают металлический кремний с чистотой 99%. Для изготовления солнечных ячеек необходим кремний с чистотой 99.9999%.

Процесс очищения протекает внутри больших вакуумных камер, а кремний осаждается на тонкие поликремниевые стержни для получения высокочистых поликристаллических стержней диаметром 150-200 мм. Этот процесс был впервые разработан Siemens в 60-х годах и часто упоминается как процесс Siemens. Для достижения такой чистоты необходимо большое количество энергии, процесс также сопровождается большим количеством отходов, на каждую тонну чистого кремния приходится 4 тонны отходов. Заготовка из чистого кремния разбивается на отдельные кристаллы.

Что касается производства кремния с поликристаллической и монокристаллической структурой, то это два совершенно непохожих на себя процесса. Монокристаллический кремний выращивается из небольшого затравочного кристалла, который медленно вытягивается из расплава поликремния в цилиндрический слиток (ingot). Такой процесс требует больших энергетических и временных затрат. Однако, получаемый материал обладает целым рядом свойств и характеристик, которые никак не получить при производстве материала с поликристаллической структурой:

• Высокий КПД полученного материала.
• Низкая деградация за счет использования высококачественного кремния (high grade silicon).
• Более высокий температурный коэффициент.
• При рассеянном освещении выработка панели в среднем будет лучше.
• Полученный материал это более крепкие ячейки меньше трескаются при производстве.

Что касается производства поликристаллического кремния, то его получают путем плавления в прямоугольной форме, таким образом, заготовка состоит из отдельных кристаллов кремния. На следующем этапе заготовка разрезается с использованием многопроволочной пилы на тонкие пластины (wafers). После некоторой обработки и нанесения металлических проводников получается фотоэлектрическая ячейка (pv cell), после этого заготовки разрезаются.

Достоинства и недостатки поли- и монокристаллических моделей солнечных батарей

Основные достоинства монокристаллического кремния были описаны выше, кроме того солнечные панели из данного материала имеют максимальные эксплуатационные сроки (могут служить более 25 лет). Кроме того более высокое соотношение мощности к площади солнечной панели позволяет производить панели меньшего размера (чем у аналогов), но при этом они будут поддерживать заданное значение энергии. Что касается недостатков, то единственным их недостатком является только высокая стоимость.

Поликристаллические солнечные панели – это дешевизна, простота производства, меньшее количество отходов и брака при их изготовлении. Однако, недостатки тоже имеются, это:

• Более низкая производительность, в среднем они производят на 5% меньше энергии.
• Для производства одного и того же количества энергии (если сравнивать с монокристаллами) приходиться делать панели большего размера, а это дополнительные пространственные площади.
• Батареи такого типа хуже реагируют на высокие температуры. Повешенные температуры ухудшают производительность и снижают сроки эксплуатации батарей.
• Неоднородность внешнего вида также является, пусть и незначительным, но минусом. У таких панелей менее привлекательные эстетические свойства.

Как видите, и поли- и монокристаллические панели имеют как плюсы, так и минусы. Поэтому перед покупкой надо учесть все характеристики, свойства и факторы, исходить из требований и возможностей размещения на конкретном объекте.