Сонячні батареї. Монокристал або полікристал?

Переваги і недоліки

Купуючи сонячні батареї, в першу чергу треба визначитися вироби якого типу ви хочете купити. Важливо врахувати всі переваги і недоліки тієї чи іншої модифікації, їх характеристики. За великим рахунком практично всі сучасні сонячні батареї виготовляються з кремнію. У кристалічній формі кремній має темно-сірий колір і трохи блищить, в аморфній формі це порошок коричневого кольору. Саме з кремнію виробляються практично всі сонячні батареї, це основна сировина. Сьогодні можна зустріти два основних типи сонячних батарей, це: батареї з монокристаллической структурою кремнію і вироби з полікристалічної структурою. При цьому основні виробничі потужності спрямовані на виготовлення панелей з монокристаллической структурою. До якого типу віднести панелі залежить від ступеня чистоти використовуваного кремнію. Ступінь чистоти – це ступінь впорядкованості молекул в кристалічної решітки кремнію. Чим вище впорядкованість, тим ефективніше поглинається сонячна енергія, тим вища продуктивність самого пристрою. Кристалічний кремній це основний матеріал для виробництва всіх фотоелектричних, а від того яка структура у панелі, монокристалічна або полікристалічна залежить продуктивність батареї. Розберемо більш докладно, що собою являє поли – і монокристалічний кремній, але для початку більш докладно розберемо виробничі процеси.

Процес виробництва кремнію для сонячної енергетики

Панелі складаються з фотоелектричних селів. Процес виробництва яких, починається з вилучення кремнію з піску або кварцу. На першому етапі отримують так званий металевий кремній. З кварцу SiO2 шляхом плавлення з використанням вуглецю в печі електродуги отримують металевий кремній з чистотою 99%. Для виготовлення сонячних осередків необхідний кремній з чистотою 99.9999%.

Процес очищення протікає всередині великих вакуумних камер, а кремній осідає на тонкі полікремнієві стрижні для отримання високочистих полікристалічних стрижнів діаметром 150-200 мм. Цей процес був вперше розроблений Siemens в 60-х роках і часто згадується як процес Siemens. Для досягнення такої чистоти необхідна велика кількість енергії, процес також супроводжується великою кількістю відходів, на кожну тонну чистого кремнію припадає 4 тонни відходів. Заготівля з чистого кремнію розбивається на окремі кристали.

Що стосується виробництва кремнію з полікристалічної і монокристаллической структурою, то це два абсолютно несхожих на себе процесу. Монокристалічний кремній вирощується з невеликого затравочного кристала, який повільно витягується з розплаву полікремнію в циліндричний злиток (ingot). Такий процес вимагає великих енергетичних і тимчасових витрат. Однак, одержуваний матеріал володіє цілим рядом властивостей і характеристик, які ніяк не отримати при виробництві матеріалу з полікристалічної структурою:

• Високий ККД отриманого матеріалу.
• Низька деградація за рахунок використання високоякісного кремнію (high grade silicon).
• Більш високий температурний коефіцієнт.
• При розсіяному освітленні вироблення панелі в середньому буде краще.
• Отриманий матеріал це більш міцні сели, які менше тріскаються при виробництві.

Що стосується виробництва полікристалічного кремнію, то його отримують шляхом плавлення в прямокутній формі, таким чином, заготівля складається з окремих кристалів кремнію. На наступному етапі заготовка розрізається з використанням багатопроволкової пилки на тонкі пластини (wafers). Після деякої обробки і нанесення металевих провідників виходить фотоелектрична осередок (pv cell), після цього заготовки розрізаються.

Переваги та недоліки полі- і монокристалічних моделей сонячних батарей

Основні переваги монокристалічного кремнію були описані вище, крім того сонячні панелі з даного матеріалу мають максимальні експлуатаційні терміни (можуть служити більше 25 років). Крім того більш високе співвідношення потужності до площі сонячної панелі дозволяє виробляти панелі меншого розміру (ніж у аналогів), але при цьому вони будуть підтримувати задане значення енергії. Що стосується недоліків, то єдиним їх недоліком є тільки висока вартість.

Полікристалічні сонячні панелі – це дешевизна, простота виробництва, менша кількість відходів і браку при їх виготовленні. Однак, недоліки теж є, це:

• Більш низька продуктивність, в середньому вони виробляють на 5% менше енергії.
• Для виробництва одного і того ж кількості енергії (якщо порівнювати з монокристалами) приходиться робити панелі більшого розміру, а це додаткові просторові площі.
• Батареї такого типу гірше реагують на високі температури. Повішені температури погіршують продуктивність і знижують терміни експлуатації батарей.
• Неоднорідність зовнішнього вигляду також є, нехай і незначним, але мінусом. У таких панелей менш привабливі естетичні властивості.

Як бачите, і полі-і монокристалічні панелі мають як плюси, так і мінуси. Тому перед покупкою треба врахувати всі характеристики, властивості і чинники, виходити з вимог і можливостей розміщення на конкретному об’єкті.