Монокристаллические солнечные батареи

За последние годы, в соответствии с данными EPIA  (European Photovoltaic Industry  Association – союз производителей устройств для выработки энергии фотоэлементами)  в общем числе произведенных  солнечных батарей 52,9% - поликристаллические,  33,2% - монокристаллические, остальные – либо аморфные, либо с иным типом кремниевых элементов.  Таким образом, по объему производства пока доминируют солнечные батареи на поликристаллах. Хорошо ли это, и столь уж необходимо ратовать за более быстрые темпы внедрения именно монокристаллических панелей?

Чтобы ответить на этот вопрос, рассмотрим конструктивные особенности последних.

Материалы, функционирование и показатели эффективности

Монокристаллические солнечные батареи представляют собой  панель, собранную из нескольких отдельных силиконовых фотомодулей (обычно их не меньше десяти). Эти элементы монтируются в прочный корпус, который обеспечивает  соответствующую защиту фотомодулей, как от пыли, так и от атмосферных осадков.

Внешний вид монокристаллического фотомодуля представлен на рис. 1, а самой батареи – на рис.2.

В чём преимущества подобной компоновки?

1. Такая панельная конструкция допускает устойчивую эксплуатацию солнечных батарей при самых различных условиях: на суше, и на море, в горной, либо равнинной местности и т.д.
2. Монокристаллические солнечные батареи комплектуются из отдельных модулей с применением кремния сверхвысокой чистоты. После «выращивания» монокристалла, который получается методом вытяжки из жидкого кремнийсодержащего расплава, он разрезается на части толщиной, не превышающей 0,4 мм. Далее следует обработка этих кристаллов с целью придания им формы, которая требуется для встраивания в фотоэлектрическую панель.
3. Наличие единой фотоэлектрической панели резко увеличивает коэффициент полезного действия монокристаллических батарей, который достигает 22% (панели, используемые в космических технологических решениях, имеют ещё более высокий КПД – до 38%, но практическое применение космических технологий в практику сдерживается высокой себестоимостью производства). Для сравнения – поликристаллические панели имеют КПД не выше 17…18%.

В чём причина высокой эффективности монокристаллических солнечных батарей?

Поликристаллические панели проигрывают монокристаллическим благодаря тому, что при их производстве применяется не только первичный, более «чистый»  кремний, но также и его отходы, извлекаемые при утилизации отработанных солнечных батарей. Кроме того, недостаток поликристаллического кремния заключается в том, что, у него существуют зоны зернистых границ (см. рис. 3), на которых фотоэлектрическое преобразование энергии солнечного излучения в электрическую энергию происходит значительно хуже.

Таким образом,  при одинаковой заявленной мощности габаритные размеры монокристаллических солнечных батарей будет меньше, чем поликристаллических.

Почему же производство поликристаллических панелей по-прежнему происходит в значительных масштабах?

Всё пока определяется стоимостью таких панелей, ибо  монокристаллические солнечные батареи нуждаются в значительно более высококачественном кремнии.  Хотя, если пересчитать на удельную мощность (соотношение цены панели к вырабатываемой ею солнечной энергии), то монокристаллические панели проигрывают поликристаллическим не более 10%. Поэтому, с усовершенствованием технологии получения высокочистых монокристаллов кремния, перспективность использования именно монокристаллических солнечных батарей станет очевидной.

Ведущие производители монокристаллических солнечных батарей

Наибольшими показателями надёжности и эффективности обладают изделия, производимые следующими фирмами:

• Elkem A/S Silicon Metal Division (Норвегия);
• Sdad Espanola de Carburos Metalicos SA (Испания);
• Eckart GmbH and Co (Германия);
• Globe Metallurgical (США);
• Dow Chemical Corporation (Южная Корея).

На отечественном рынке имеются также панели, реализуемые  компанией

• "Солнечный ветер" (Краснодар), с монокремнием от Nitol Solar (Россия) и с комплектующими из Германии;
• Хевел ( Новочебоксарск);

Технические характеристики одной из лучших монокристаллических панелей SolGen 200 Вт/24 В (США) составляют:

• номинальная мощность 200 Вт;
• габаритные размеры (длина*ширина*высота) 1580*808*35 мм;
• диапазон температурной эксплуатации от -50°C до +90°C;
• гарантийный срок службы панелей не менее 30 лет;
• предоставляется 5-летняя гарантия на всю систему.