В условиях постоянного повышения цен на энергоресурсы, все больше внимания уделяется альтернативным источникам электроэнергии. Таким путем снижается зависимость от централизованных поставок, улучшается экологическая обстановка. Одним из направлений является производство солнечных батарей, которое к настоящему времени в целом обеспечивает растущие потребности населения.
Широким спросом пользуется продукция не только зарубежных изготовителей, но и российского производства. Технологические процессы уже достаточно отработаны, они постоянно развиваются и совершенствуются, способствуя повышению эффективности и качества изделий.
Что такое солнечная батарея
Первые эксперименты в области солнечной энергетики начались в середине прошлого века. Ведущие индустриальные страны попытались использовать термальные станции для получения электрической энергии. Данная технология предполагала нагревание воды концентрированными солнечными лучами, после чего она превращалась в пар. Затем этот пар под давлением подавался на турбины генератора, заставлял их вращаться, в результате чего начинала вырабатываться электроэнергия.
В этих установках солнечная энергия неоднократно трансформировалась, поэтому их эффективность была на очень низком уровне. Постепенно, с развитием производства полупроводников, появились устройства, напрямую преобразующие солнечные лучи в электрический ток. Это стало возможно, благодаря фотоэлектрическому эффекту, открытому еще в 19-м веке. Но вплотную приблизиться к созданию настоящей солнечной батареи удалось только благодаря полупроводникам. Постепенно началось их массовое производство, в том числе и в РФ.
Наиболее эффективным полупроводником оказался кремний, применяющийся в большинстве современных солнечных панелей. Под действием солнечных лучей верхняя пластина нагревается и атомы кремния начинают испускать электроны, занимающие места дырок в нижней пластине. Поскольку электроны стремятся занять свое исходное положение, они начинают двигаться снизу в сторону верхней пластины. Но, на свое место они сразу не попадают, а по соединительным проводникам поступают в аккумулятор и отдают часть энергии на его зарядку. После этого они занимают свое место и весь процесс начинается вновь. Он прекращается с наступлением темноты и значительно снижается в пасмурную погоду.
Наибольший эффект получается от фотоэлементов, созданных на основе монокристаллического кремния, в том числе и российского производства. В таких кристаллах минимальное количество граней, что обеспечивает прямолинейное движение электронов.
Как устроена солнечная панель
В конструкцию панели входит определенное количество элементов, являющихся фотоэлектрическими преобразователями. С их помощью солнечная энергия превращается непосредственно в электрическую. Основным материалом для изготовления служит , выращенный искусственным путем. Они производятся по разным технологиям и отличаются коэффициентом полезного действия.
Эффективность фотоэлементов определяется их полезной мощностью, которая зависит от напряжения и выходного тока. На состояние этих параметров оказывает влияние интенсивность солнечного излучения, попадающего на поверхность панели. Значение выходного тока зависит еще и от размеров фотоэлементов: чем ярче свет, тем сильнее генерация тока. При пасмурной погоде происходит резкое снижение зарядного тока и отдаваемой мощности.
Соединение фотоэлементов между собой осуществляется с помощью . В первом случае это способствует увеличению выходного напряжения, а во втором - выходного тока. Обычно используется комбинированный способ, позволяющий улучшить оба показателя и сделать их наиболее оптимальными. Данное соединение обеспечивает надежную работу всей панели, даже, если какой-то из элементов вышел из строя.
При попадании одного из фотоэлементов в тень, он на этот период сам становится потребителем тока из-за разрядки аккумулятора. В подобной ситуации возможен его перегрев и выход из строя. Чтобы этого не произошло, выполняется шунтирование диодами по 4 штуки на каждый элемент. При частичном попадании панели в тень, ток начинает проходить через диоды, что и спасает затененные места от перегревания.
Весь набор фотоэлементов размещается в общем корпусе, соединяющем и скрепляющем всю конструкцию. Каркас изготавливается из алюминиевого профиля, а для защиты используется специальное закаленное стекло, покрытое отражающей пленкой. Шунтирующие диоды размещаются в распределительной коробке.
Солнечная батарея не может отдавать выработанный ток непосредственно потребителю. Для этой цели используется специальное оборудование - , соединительные провода и другие детали.
Разновидности кремниевых установок
Прежде чем рассматривать изготовление солнечных батарей, необходимо изучить материалы, используемые в фотоэлектрическом слое элементов. Это связано с тем, что каждый материал требует собственной технологии производства и в конечном итоге влияет на характеристики и стоимость конкретного изделия.
В большинстве солнечных панелей применяются кремниевые кристаллы. Разрабатываются батареи с другими материалами, однако, несмотря на их высокий , они не нашли широкого применения из-за своей высокой стоимости. В настоящее время производители солнечных батарей не изготовляют таких устройств, поскольку это неэффективно и нецелесообразно.
Элементы на основе кремния обладают повышенной чувствительностью к нагреву. Для замеров электрической генерации используется базовая температура в 25 градусов. С каждым повышением ее на 1 градус происходит снижение эффективности панелей до 0,5%. Основой кремния служат размолотые кристаллы кварцевого песка, превращенного в порошок.
В зависимости от способа производства, все панели разделяются на следующие виды.
Монокристаллические
Отличаются темно-синим цветом, равномерно распределенным по всей поверхности. Изготавливаются из наиболее чистого кремния, что позволяет получить лучший КПД, хотя и за высокую цену. Такая повышенная стоимость получается за счет сложности технологических процессов, ориентирующих кристаллы в одном направлении. В этом случае для максимального КПД требуется строго перпендикулярное падение лучей солнца на поверхность фотоэлементов.
В связи с этим, монокристаллическим панелям необходимо дополнительное оборудование, обеспечивающее их вращение и приведение в нужное положение в течение дня. Среди них широким спросом пользуются российские солнечные панели.
Поликристаллические
Обладают неравномерным синим окрасом различной интенсивности по причине хаотичной ориентации кристаллов. В фотоэлементах используется кремний, не такой чистый как в монокристаллическом варианте, однако, из-за различной направленности кристаллов обеспечиваются хорошие показатели КПД даже в пасмурную погоду.
Более низкие требования и неоднородная структура кремния существенно удешевляет его производство, что влияет и на конечную стоимость таких панелей. Им не требуется постоянная ориентация относительно солнца, поэтому они чаще всего устанавливаются на крышах частных домов и промышленных объектов.
Панели с аморфным кремнием
Технология изготовления совсем другая по сравнению с предыдущими вариантами. В данном случае применяется не чистый кремний, а гидрид кремния, разогреваемый до состояния пара и осаждаемый на специальную подложку. У таких панелей сравнительно низкий КПД - всего 8-9%, но и цена у них небольшая.
Сегодня показатель КПД удалось поднять до 12%, но таких изделий на рынке еще очень мало, и они дорогие. На эффективность аморфных панелей не оказывает влияния даже значительное повышение температуры.
Изготовление фотоэлементов
На всех специализированных предприятиях производство солнечных батарей начинается с изготовления фотоэлементов. Для каждого типа кристаллов существует собственная технология производства.
Монокристаллический кремний получается в результате термической обработки исходного сырья. На выходе получается слиток материала в виде прямоугольного бруска с однородной кристаллической решеткой и высокой степенью чистоты. Углы бруска обрезаются, а сам он разрезается на тонкие пластинки. В результате получаются квадраты с закругленными углами, которые используются в качестве фотоэлементов.
Производство поликристаллических элементов более простое, поскольку не требуется выращивание кристаллов с однородной структурой. Здесь также используется термическая обработка сырья. После разрезания брусков получаются тонкие пластинки с видимой разнородной структурой и хаотичным расположением частичек. Свет, попадая на них, отражается на соседние частички, в результате чего, общая отражающая способность снижается примерно на 25%.
Для улучшения поглощающих свойств поверхность пластинок последовательно обрабатывается щелочами и кислотами. Данную технологию применяет практически каждый завод по производству солнечных батарей.
Аморфные панели изготавливаются методом напыления гидрида кремния на жесткую или гибкую поверхность. С целью придания определенных свойств, в распыленный материал добавляются различные наночастицы и микроэлементы.
Готовые пластины покрываются специальным материалом, снижающим отражающие свойства. В противном случае, примерно 10% излучения отразится назад и выпадет из процесса генерации электрического тока. За счет покрытия, свет проникает максимально глубоко и не отражается обратно.
Производство солнечных панелей
Для сбора заряда на лицевую сторону пластины наносится металлизированная сетка с оптимальной толщиной линий и их расположением относительно друг друга. Как правило, используется специальная паста, содержащая серебро. Высокая проводимость серебра позволяет увеличить КПД фотоэлементов на 15%. Далее, из полученных фотоэлементов собираются солнечные батареи в общую конструкцию.
Все производство готовых изделий можно условно разделить на несколько этапов:
- В первую очередь выполняется тестирование, замеряют электрические характеристики. Для этот используют ксеноновые лампы, способные производить мощные вспышки. По итогам испытаний элементы сортируются и переходят на следующий этап.
- Из готовых элементов выполняется формирование секций, укладываемых на стеклянную подложку. Для укладки используются специальные вакуумные захваты, чтобы исключить любое воздействие на пластины. Один блок состоит из 4-6 секций, а каждая секция включает в себя 9-10 фотоэлектрических пластин. Соединение блоков между собой осуществляется методом пайки, поэтому каждый собранный таким образом компонент, служит дольше.
- Далее выполняется ламинирование соединенных блоков этиленвинилацетатной пленкой, после чего на поверхность наносится защитное покрытие. Все операции производятся на оборудовании с ЧПУ, а параметры ламинирования контролируются в течение всего процесса.
- На последнем этапе готовая конструкция помещается в рамку из алюминиевого профиля. Все соединения выполняются клеем-герметиком. По окончании сборки готовые солнечные панели вновь тестируются на соответствие выдаваемых параметров нормативным показателям. Такие меры позволяют снизить процент брака и увеличить срок службы солнечных батарей.
Производители солнечных батарей
Солнечные батареи уже давно перешли из стадии экспериментов в широкое промышленное производство. Хорошую и качественную продукцию выпускают отечественные заводы. Вниманию потребителей предлагаются следующие российские производители солнечных панелей.
Зеленоградская компания ЗАО «Телеком-СТВ» (Москва и Подмосковье)
Их продукция примерно на 30% дешевле зарубежных аналогов. Панель, мощностью 100 Вт, стоит примерно 6000 рублей, при заявленном КПД 20%. Предприятие специализируется на выпуске монокристаллических панелей.
Рязанский завод металлокерамических приборов (ЗМКП)
Один из популярных в России завод. Основной упор также делается на монокристаллы. Налажен выпуск дополнительного оборудования - инверторов, контроллеров и других компонентов. Производятся панели небольшой мощности для зарядки мобильных устройств.
Краснодарский завод «Сатурн»
В технологиях применяются металлические, струнные, сетчатые и другие типы каркасов. Продукция компании «Сатурн» отличается высокими эксплуатационными характеристиками не только в обычных условиях, но и в космосе. Предприятие «Сатурн» выполняет полный цикл работ по проектированию, изготовлению и испытанию солнечных панелей, считается одним из лучших предприятий.
НПП «Квант»
Специализируются на выпуске солнечных панелей с двухсторонней чувствительностью. Кроме традиционных материалов, используют арсенид галлия. Самой популярной моделью является Квант КСМ-180П, мощностью 185 Вт, с напряжением 36 В. Срок эксплуатации, заявленный изготовителем, составляет 40 лет, ориентировочная стоимость - 20000 рублей.
Россия сравнительно мало выпускает солнечных панелей, и доля производства энергии за счёт солнца, в России также мала. Тем не менее, производство панелей существует и, вероятно, следует ждать его увеличения в связи с санкциями.
Россия экспортирует свою продукцию (солнечные панели) в Германию и Чехию. Это несколько странно, поскольку Россия также импортирует аналогичную продукцию из стран: Германия, Китай, Тайвань, Таиланд. Можно было бы подумать, что более всего импорт из Китая, но источник утверждает, что это не так, больше всего импорт из Германии.
Перечислим российские компании, выпускающие солнечные батареи (данная информация взята из разных источников, возможно предприятия переименовались или закрылись):
- Москва, Зеленоград: ЗАО «Телеком-СТВ».
- Москва, Зеленоград: ООО «СоларИннТех».
- Краснодар: ООО «Солнечный ветер».
- Москва: московское предприятие ОАО «Всероссийский НИИ электрификации хозяйства» (ОАО «ВИЭСХ»).
- Краснодар: ОАО «Сатурн».
- Рязань: ООО «Солэкс».
- Рязань: ОАО «Рязанский завод металлокерамических изделий».
- Москва: НПП «Квант».
Производство технического кремния:
- Усолье-Сибирское Иркутской области: Nitol Solar (компания Нитол), проект Сибирский кремний (РУСАЛ и РосНано).
- Новочебоксарск, Чувашия: Химпром.
- Волгоград: Волгоградское ОАО Химпром.
- Абакан, Хакасия: Абаканский завод полупроводниковых материалов (АЗПМ).
- Железногорск, Красноярский край: Железногорский завод полупроводникового кремния на базе ФГУП «Горно-химический комбинат».
- Ленинградская область: ПОЛИСИЛ, международный проект Балтийская Кремниевая долина.
Кое-что сохранилось на Украине и в Казахстане.
Фирмы-производители
Солнечная батарея от фирмы “Квант”
«Квант» (Москва) . Эта фирма выпускает солнечные панели, в том числе и для космоса.
Данная фирма производит солнечные панели на основе трёхкаскадного аморфного кремния. Её изделия могут работать при температурах от -40 до +75 градусов Цельсия.
Это важный показатель, поскольку с повышением температуры производительность солнечных панелей уменьшается. Поэтому обычно верхний предел большинство производителей указывает в 60 градусов.
«Квант» выпускает модели солнечных батарей серии: БСА (складные), ЭПС.
Мощность батарей БСА: от о.642 Вт, при напряжении 3.4 В до 15.408 Вт, при напряжении 20.4 В. Напряжение холостого хода несколько выше. Кроме того, чем мощнее панель, тем сильнее ток она выдаёт.
Мощность панелей ЭПС: 50 и 100 Вт при напряжении 12.5 В. На основе этих батарей созданы различные устройства.
Коэффициент полезного действия панелей у данной фирмы превышает девятнадцать процентов. А на некоторых моделях достигнут коэффициент полезного действия в двадцать пять – тридцать процентов.
Стоимость – порядка 90 рублей за ватт.
«Солнечный ветер» (Краснодар) . Фирма производит солнечные батареи на основе монокристаллического кремния.
Выпускаются модули мощностью от 5 до 160 Ватт, но можно заказать модуль и на 200 Ватт. Коэффициент полезного действия у данных моделей невелик – от 12 до 20 процентов, в зависимости от покрытия. Производятся также двухсторонние панели.
Напряжение на панелях для серии ФЭМ (двухсторонние) составляет 12, 20 и 24 вольта, но это не на любую мощность. Серия ТСМ (выпускается в Зеленограде) выдаёт напряжения 17, 19 и 34 вольта.
Солнечная батарея от фирмы “Сатурн”
«Телеком-СТВ» (Зеленоград) . Фирма выпускает солнечные панели мощностью от 30 до 250 ватт серии ТСМ (напряжения: 16.6; 17; 19; 17.5; 30; 31; 34; 36; 38 вольт). Коэффициент полезного действия у них составляет от 24 до 26 процентов, что неплохо. Они могут быть также гибкими и двухсторонними.
Солнечные батареи серии ФСМ могут иметь мощность 300 ватт. Максимальное напряжение у таких панелей: 18; 19; 24; 30; 36; 37; 38 вольт.
«Рязанский ЗМКП» (Рязань) . На сайте компании представлены два модуля с коэффициентами полезного действия от 12 до 70% (сравнительно мало). Мощность от 200 до 240 ватт для напряжений 28-29 вольт. Вторая панель выдаёт мощность от 105 до 145 ватт и напряжение от 20 до 22 вольт.
«Хевел» (Новочебоксарск) . Компания занимается как производством солнечных панелей, так и строительством солнечных электростанций. Мощность выпускаемых солнечных панелей 120 ватт, а выдаваемое напряжение 100 вольт.
«Сатурн» (Краснодар) . Предприятие готовить солнечные панели, в том числе и для космоса. Для геостационарной орбиты выпускаются панели с коэффициентом полезного действия 15,5 и 28%. Удельная мощность 180 и 310 ватт на квадратный метр (соответственно).
«СоларИннТех» (Зеленоград) . Данная фирма выпускает солнечные модули марки Sunways для домов.
Панели выдают мощность в 30 ватт и напряжением 18 вольт. Стоит 2200 рублей. Температура эксплуатации от минус сорока до плюс восьмидесяти пяти градусов Цельсия.
Самая дорога панель стоит двадцать три тысячи, выдаёт мощность сто девяносто пять ватт и напряжение 33 вольта.
Коэффициент представленных панелей, в зависимости от модели, составляет пятнадцать и двадцать процентов.
Обзор батарей, выпускаемых в России
В России выпускается довольно широкий спектр солнечных батарей. Они могут иметь различное назначение, в том числе, выпускаются они и для космоса.
Модули выдают довольно широкий спектр напряжения и мощностей, что позволяет их использовать для питания многих бытовых приборов и ламп. Если этого будет недостаточно, то их можно соединять параллельно и последовательно, повышая, тем самым либо мощность, либо напряжение.
Конструктивно модули могут быть односторонними, двухсторонними, гибкими, складными, тонкоплёночными.
Солнечные батареи, выпускаемые в России, имеют сравнительно низкий коэффициент полезного действия. Как правило, он ниже двадцати процентов, но существуют фирмы, которые выпускают солнечные панели с более высоким КПД. Следует однако отметить, что в стационарном варианте КПД не столь критический параметр.
Если взять наихудший КПД в 12%, и рекордный КПД на данный момент в 46%, то линейные размеры панелей будут отличаться менее чем в два раза. В промышленном исполнении, то, что можно купить за одинаковую цену, линейные размеры будут отличаться слабо, если КПД солнечной панели будет хотя бы 17%.
Рынок солнечной энергетики
Как говорит статистика, рынок солнечной энергетики развивается весьма быстро. Начиная с 1990 года, за двадцать лет производство солнечных элементов увеличилось в пятьсот раз. Согласно прогнозам, за десять лет, начиная с 2008 года, производство солнечных элементов возрастёт в два с половиной раза, а суммарная мощность используемой солнечной энергии возрастёт в пять раз.
Наиболее мощными из них и широко распространёнными сегодня являются гидроэлектростанции. Помимо описанных разрабатываются принципиально иные способы добычи возобновляемой энергии: получение энергии с использованием водорослей (где-то свет, а где-то электричество или водород), использование разности температур в солёной воде (а возможно солёности, или в других случаях) и прочее.
Солнечные панели на МКС
Солнечные панели используются на космических аппаратах. В космосе трудно добыть энергию, солнечные батареи там очень востребованы. На Земле солнечные панели (и не только панели) используются для создания электростанций. С каждым разом они становятся всё мощнее.
Как писалось выше, подхода два: преобразования солнечной энергии непосредственно в электричество и преобразование солнечной энергии предварительно в тепло. Довольно распространённым элементом солнечные панели являются в, так называемых, ЭКО-домах и просто домах. Там их располагают на крышах.
Также, в подобных домах используют накопление тепла от солнца. Достаточно сказать, что если на улице температура около нуля, то, благодаря, лишь солнцу, в доме можно получить температуру восемнадцать-двадцать градусов Цельсия. И это будет круглые сутки.
В последнее время стали широко распространяться осветительные приборы, заряжающееся от солнца (используют солнечные панели). Это стало возможным с переходом на (лампочки). Такие установки используют в городах для освещения улиц. Но и в быту подобные устройства также применяются. Традиционно, в быту, солнечные элементы используются для подзарядки калькуляторов.
Кроме этого, солнечные панели могут устанавливаться на самолётах, автомобилях и яхтах с целью получения электроэнергии для двигателя, или как дополнительной энергии.
Политика государств также заслуживает внимание. Неизвестно, как сейчас, но в две тысячи десятом году на Украине предлагалось ввести льготы для тех потребителе энергии, которые используют солнечные батареи или иные возобновляемые источники. Аналогичная политика ведётся и в других странах.
Лидерами в производстве солнечной энергии являются страны: Китай, США, Франция, Италия, Германия, Япония.
В России доля гидроэлектростанций в производстве энергии достигает пятнадцати процентов. А вот доля остальных возобновляемых источников энергии в её производстве в России менее одного процента.
Мировые производители солнечных батарей
Лидером в производстве кремния и солнечных батарей на протяжении последнего десятилетия является Китай.
Однако его доля несколько спадает, если в две тысячи седьмом году на него приходилось шестьдесят восемь процентов мирового производства, то в две тысяча четырнадцатом году его доля упала до пятидесяти восьми процентов.
Если рассматривать производство солнечных панелей, то после Китая следуют страны: Япония, Тайвань, Германия.
Приведём список компаний, лидирующих в выпуске кремния для солнечных батарей:
- Южная Корея: Dow Chemical Corporation (DCC).
- США: Globe Metallurgian.
- Бразилия: Cia Brasileira Carbureto de Cal-cio (CBCC), Camargo Correa Metais SA.
- Германия: Eckart Gmbh and Co.
- Испания: Sdad Espanola de Carburos Metalicos SA.
- Норвегия: Elkem A/S silicon Metal Division.
На сегодняшний день из всех известных человечеству источников альтернативной энергии наиболее популярными являются солнечные панели, батареи и прочие генераторы на основе гелиоэнергии. Учитывая текущую стоимость расходов на энергоресурсы, многие интересуются, где приобрести солнечные панели для своего дома, каковы цены на них и есть ли готовые решения. И поскольку рост курса валюты прямо отражается на платежной способности населения, все больше граждан стремятся узнать побольше о панелях российского производства.
Что такое солнечные панели и как их используют для дома
Несмотря на то что данному виду энергоснабжения домов уже более 30 лет, не так много специалистов в этой области. Почему использование солнечных панелей для частного дома так выгодно? Ответ прост: платить надо только за оборудование и установку, впоследствии энергоноситель бесплатен! В таких странах, как КНР, Соединенные Штаты, Франция, Италия и Германия, до 30 % населения устанавливает на крышу батареи, чтобы пользоваться миллиардами неиссякаемых киловатт солнечной энергии. Если это бесплатно, в чем секрет?
Принцип работы батареи следующий: представим себе полупроводники из кристаллов (например, из кремния), которые преобразовывают кванты света в составляющие электрического тока. Панель содержит сотни тысяч таких кристаллов. В зависимости от требуемой мощности площадь такого покрытия составляет от пары квадратных сантиметров (вспомним калькулятор) до сотен квадратных метров – например, для орбитальных станций.
Несмотря на кажущуюся простоту устройств, их использование на территории России очень ограничено – климатом, погодой, временем года и суток. Плюс к тому, чтобы система подавала ток в сеть, необходимо приобрести:
- аккумулятор, который будет накапливать энергию на случай перепадов напряжения;
- инвертор, который будет переводить постоянный ток в переменный;
- систему, контролирующую заряд аккумулятора.
Кратко о потреблении
Среднестатистическая семья из 4 человек потребляет 250–300 кВт в месяц. Солнечные модули для бытового пользования дают в среднем 100 Вт с 1 кв. м в сутки (в ясную погоду). Для того чтобы питать полностью дом, нужно установить минимум 30, в идеале 40 секций, что обойдется не менее чем в 10 000 у. е. При этом крыша должна быть ориентирована на южную сторону, а количество солнечных дней в месяц в среднем не должно быть не меньше 18–20. Ниже приведена карта солнечных дней.
Вывод: солнечные панели хороши в качестве резервного источника электрической энергии. Кроме того, нужно знать, как их подобрать, чтобы мощности хватало для обеспечения бытовых нужд. Зато, вне зависимости от аварий, ваш дом всегда будет снабжен электричеством.
1. Панели от ЗАО «Телеком-СТВ»
Российская компания «Телеком-СТВ» (г. Зеленоград) производит продукцию в среднем на 30 % дешевле, чем немецкие аналоги: цены начинаются от 5 600 руб. за панели на 100 Вт. Панели данного производителя имеют КПД до 20–21 %. Основной «фишкой» данного предприятия стала запатентованная технология изготовления кремниевых пластин диаметром до 15 мм и солнечных модулей на их основе.
Какую батарею от ЗАО «Телеком-СТВ» можно посмотреть? Наиболее популярная модель носит название ТСМ, далее идет маркировка в зависимости от мощности: от 15 до 230 Вт (цена указана приблизительно).
| Модель | Мощность, Вт | Габариты, мм | Вес, кг | Цена, руб. |
|---|---|---|---|---|
| ТСМ-15 | 18 | 430 × 232 × 43 | 1,45 | от 3 500 |
| ТСМ-40 | 44 | 620 × 540 × 43 | 4,05 | от 6 000 |
| ТСМ-50 | 48 | 620 × 540 × 43 | 4,05 | от 6 575 |
| ТСМ-80А | 80 | 773 × 676 × 43 | 6,7 | от 8 500 |
| ТСМ-80B | 80 | 773 × 676 × 43 | 6,7 | от 9 000 |
| ТСМ-95А | 98 | 1 183 × 563 × 43 | 7,9 | от 10 750 |
| ТСМ-95В | 98 | 1 183 × 563 × 43 | 7,9 | от 11 000 |
| ТСМ-110А | 115 | 1 050 × 665 × 43 | 8,8 | от 12 500 |
| ТСМ-110В | 115 | 1 050 × 665 × 43 | 8,8 | от 12 800 |
| … | .. | … | … | … |
| ТСМ-270А | 270 | 1 633 × 996 × 43 | 18,5 | от 23 370 |
Основной тип производимых панелей – монокристаллические, хотя каждая модель также может быть представлена в виде мульти (поли-) кристаллической. Каждый вид имеет свои преимущества и недостатки (см. таблицу).
Выбор, конечно, ограничивается возможностями бюджета, поэтому продолжим обзор других недорогих и надежных устройств от российских производителей.
2. Hevel – завод в Чувашии
Одним из крупнейших производителей солнечных панелей в России является компания «Хевел» . В 2017 году компания провела модернизацию производства и перешла с тонкопленочной на новую гетероструктурную технологию изготовления солнечных модулей. Модули нового поколения сочетают в себе преимущества тонкопленочной и кристаллической технологий, обеспечивают эффективную работу модуля при высоких и низких температурах (от -50 °С до +85°С), а также в условиях рассеянного света. Средний КПД солнечного модуля составляет 20%. По этому показателю модули ГК «Хевел» входят в мировую тройку лидеров. Срок службы модуля составляет не менее 25 лет.
Какую батарею от Hevel можно посмотреть для примера? Вот таблица с параметрами наиболее популярного гетероструктурного модуля:
3. Рязанский ЗМКП
Рязанский завод металлокерамических приборов функционирует с 1963 года, однако с 2002 года перешел на систему международного контроля качества ISO 9001 и выпускает панели строго в соответствии с ее требованиями, а также с нормами ГОСТ 12.2.007-75.
В прейскуранте компании можно найти две актуальные модели RZMP мощностью 130 и 220 Вт. Их КПД варьируется от 12 до 17,1 %. Наносятся солнечные элементы на окрашенную алюминиевую основу методом последовательного соединения. Вот их сравнительные характеристики:
RZMP 130-Т подходит для автономного снабжения отдельных помещений, бытовых приборов (например, нагревательный котел). Более мощная модель, от 220 до 240 Вт, покупается чаще для резервного снабжения всего дома. Ее стоимость варьируется от 13 200 до 14 400 руб. за модуль.
4. Краснодарский «Сатурн»
Панели кубанского производства выпускаются с 1971 года, за этот период предприятие выпустило более 20 000 квадратных метров продукции. «Сатурн» использует две собственно освоенных технологии производства – на основе монокристаллического выращенного кремния или арсенид-галлиевые с германиевой подложкой. Последние показывают максимально высокие характеристики и используются для снабжения ответственных объектов (АЗС, предприятия непрерывного цикла и т. д.)
Оба типа модулей можно выполнить на любом каркасе, от сетки и пленки до металлических (из анодированного алюминия) и струнных типов. Фотоэлектрические преобразователи могут быть:
- с полированной поверхностью;
- со встроенными диодами;
- с алюминиевым зеркалом.
Вот основные энергетические характеристики ФЭП «Сатурн», в зависимости от типа:
Эти характеристики актуальны для носителей любых размеров: на предприятии «Сатурн» можно заказать как сборные модули на крышу коттеджа, так и миниатюрные солнечные панели для датчиков, преобразователей, изделий электротехники, а также аккумуляторные батареи. По прайсам вас сориентируют только в отделе продаж.
5. «Солнечный ветер» (Solar Wind)
Это предприятие расположено в Украине. В России существует аналогичное предприятие, которое выступает скорее в роли инвестора и реализатора. Solar Wind выпускает солнечные модули мощностью от 1 до 15 кВт/ч. В зависимости от назначения и мощности в модуль может входить от пары до нескольких десятков батарей. Так, батарея 1 000 Вт включает 5 модулей, один контроллер заряда на 30 А, аккумулятор 150 А/ч (2 шт. в наборе) и инвертор 1 200 В. Срок службы батареи составляет до 18 лет.
Совет: если вы покупаете оборудование Solar Wind для круглогодичного обеспечения жилого дома энергией, стоит брать не менее 10 кВт/ч.
Чтобы получить представление о возможностях фотоэлектрических систем «Солнечный ветер» (Украина) мощностью от 1 000 до 15 000 Вт, предлагаем сравнительную таблицу из расчета на 1 день потребления.
| Мощность модуля, кВт/ч | 1 | 3 | 5 | 10 | 15 |
|---|---|---|---|---|---|
| Пример снабжения питанием различных систем (суммарно) | |||||
| Лампочка (энергосберегающая, при работе 4 часа в день) | 4 шт. по 11 Вт | 10 шт. по 15 Вт | 10 шт. по 20 Вт | 20 шт. по 20 Вт | 40 шт. по 20 Вт |
| Кондиционер | Не хватит | Не хватит | Не хватит | 1 час в день | 3 часа в день |
| Ноутбук питанием 40 Вт/ч | 4 часа | 4 часа | 4 часа | 4 часа | 4 часа |
| ТВ | 50 Вт/ч, 3 часа в день | 50 Вт/ч, 4 часа в день | 150 Вт/ч, 4 часа в день | 150 Вт/ч, 3 часа в день | 150 Вт/ч, 4 часа в день |
| Антенна спутникового ТВ, 20 Вт/ч | 3 часа в день | 4 часа в день | 4 часа в день | 3 часа в день | 3 часа в день |
| Холодильник | Не хватит | 100 Вт/ч, 24 часа в день | 10 Вт/ч, 24 часа в день | 150 Вт/ч, 24 часа в день | 150 Вт/ч, 24 часа в день |
| Стиральная машина | Не хватит | 900 Вт/ч, 40 мин в день | 900 Вт/ч, 1 час в день | 1 500 Вт/ч, 1 час в день | 1 500 Вт/ч, 1 час в день |
| Пылесос, 900 Вт/ч | Не хватит | Не хватит | 2 раза в неделю по 1 часу | 2 раза в неделю по 1 часу | 2 раза в неделю по 1 часу |
6. Солнечные батареи «Квант»
НПП «Квант» первым предложило производство кремниевых солнечных батарей с 2-сторонней чувствительностью, а также монокристаллы арсенида галлия. Наиболее популярной моделью сегодня выступает «Квант КСМ» и ее модификация КСМ-180П. Стоимость такой батареи не превышает 18 000 руб., срок службы достигает 40 лет.
Однако приведем характеристики всех модулей. Их можно заказать как в моно-, так и в поликристалической вариации. Удельная энергетическая характеристика выше у монокристаллических панелей и достигает 200 Вт/кв.м. По сравнению с зарубежными аналогами «Квант» оптимален за счет низкой цены и относительно небольшого уменьшения КПД на протяжении всего срока службы.
| Характеристика | КСМ-80 | КСМ-90 | КСМ-100 | КСМ-180 | КСМ-190 | КСМ-205 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Мощность номинальная, Вт | 80–85 | 90–95 | 98–103 | 180–185 | 190–195 | 205–210 |
| Ток короткого замыкания, А | 5,4–5,6 | 5,5–5,7 | 5,8–5,9 | 5,4–5,6 | 5,5–5,9 | 5,6–6,1 |
| Напряжение холостого хода, В | 21,2–21,5 | 22,2–22,4 | 22,8–23,0 | 34,8–36,6 | 35,1–37,2 | 35,9–37,8 |
| Количество солнечных элементов | 36 | 36 | 36 | 72 | 72 | 72 |
| Габариты, мм | 1210 × 547 × 35 | 1210 × 547 × 35 | 1210 × 547 × 35 | 1586 × 806 × 35 | 1586 × 806 × 35 | 1586 × 806 × 35 |
| Коммутационная коробка, TUV | IP66 | IP66 | IP66 | IP66 | IP66 | IP66 |
| Масса, кг | 8,5 | 8,5 | 8,5 | 16 | 16 | 16 |
| КПД, % | 17,5 | 18,3 | 18,7 | 17,8 | 18,4 | 19,0 |
7. Sun Power – портативные солнечные панели
Компания Sun Power расположена в Украине и большей частью прославилась выпускаемыми перевозными солнечными комплексами. С их помощью можно получить электричество даже в походных условиях. Эти комплексы отличаются своей мобильностью, небольшими размерами и портативностью. Имеют выход USB и обладают мощностью до 500 Вт.
Другие характеристики портативных панелей Sun Power:
- срок службы – до 30 лет;
- имеет международную сертификацию CE RoHC;
- новое поколение панелей может быть также интегрировано в фасад или крышу без потери эстетики.
Удобно использовать подобные решения в автономном освещении билбордов, дорог и участков, питании кемпингов и трейлеров, яхт и катеров.
8. «Квазар» – еще один украинский производитель
Компания «Квазар» выпускает широкий ассортимент фотовольтаического оборудования, в том числе солнечные панели и зарядные устройства. Солнечные батареи Kvazar изготавливаются из кремниевых кристаллов, выращенных на предприятии, и имеют усиленную алюминиевую базу. Гарантия качества, которая выдается производителем, немного настораживает – всего 10 лет. Однако электролюминесцентные и другие лабораторные тестирования подтверждают более длительный срок службы – до 25 лет.
Наш выбор: панели — KV175-200/24 M (монокристаллические), KV220-255M (также моно), KV210-240Р (вариант поли), в маркировке цифры указывают на мощность устройства.
Цена батарей – от 13 000 руб. (приблизительно) за 150 Вт. Кроме гелиопанелей «Квазар» выпускает фотоэлектрические преобразователи ячейками от 4 × 4 до 6 × 6 дюймов с КПД до 18,7 %.
9. ООО «Витасвет»
Московское предприятие ООО «Витасвет» выпускает одну базовую модель SSI-LS200 P3 в четырех вариациях мощности: от 225 до 240 Вт. Каждый модуль состоит из 60 кремниевых пластин типа мультикристалл и крепится на алюминиевый профиль.
Вот их основные параметры, полученные при испытаниях в нормальных условиях 800 Вт/кв.м:
| Мощность батареи, Вт | 225 | 230 | 235 | 240 |
|---|---|---|---|---|
| Макс. напряжение, В | 29,6 | 29,7 | 29,8 | 30,2 |
| Ток короткого замыкания, А | 8,1 | 8,34 | 8,41 | 8,44 |
| КПД, % | 13,5 | 13,8 | 14,1 | 14,5 |
Стоимость – 12 800 руб. за панель мощностью 240 Вт.
10. Завод «Термотрон» (г. Брянск)
Предприятие «Термотрон» производит автономные системы уличного освещения на солнечных батареях и мини-автономные солнечные станции. Первые поставляются на базе серийных модулей с высокой столбовой опорой.
Особенности автономных систем уличного освещения от «Термотрона»:
- температурный диапазон эксплуатации – -40…+50 °C;
- угол раскрытия луча – 135 на 90 градусов;
- гарантированный срок работы – 12 лет в городских условиях;
- высота опоры – от 6 до 11 м;
- мощность – от 30 до 160 Вт.
Автономная станция «Экотерм», выпускаемая заводом, будет интересна владельцам загородных домов и участков. Ее применяют также на фермах, телефонных станциях, для оснащения сельских школ, больниц, магазинов. Станция работает от дизель-генератора 14,5 кВт. Цена вырабатываемой энергии при количестве 18 фотоперерабатывающих элементов – 5,12 руб./кВт, срок окупаемости – до 5 лет (цену станции уточнять у производителя).
Заключение
Мы провели обзор нескольких ведущих предприятий так называемой фотоэнергетики России и Украины, который, надеемся, даст первичное представление о целесообразности применения солнечных батарей и позволит принять верное решение. Это не все бренды, однако наиболее популярные и доступные в продаже таковы.
(Пока оценок нет)
При выборе модуля часто задается вопрос: какая солнечная батарея лучше – монокристаллическая или поликристаллическая, а может аморфная? Ведь они самые распространенные в наш век. Чтобы найти ответ, было проведено множество исследований. Рассмотрим, что же показали результаты.
***КПД и срок службы
Монокристаллические элементы имеют КПД около 17-22%, сроки их службы не менее 25 лет. Эффективность поликристаллических может достигать 12-18%, служат они тоже не менее 25 лет. КПД аморфных составляет 6-8% и снижается гораздо быстрее кристаллических, работают они не более 10 лет.
***Температурный коэффициент
В реальных условиях использования солнечные батареи нагревается, что приводит к снижению номинальной мощности на 15-25%. Средний температурный коэффициент для поли и моно составляет -0,45%, аморфного -0,19%. Это значит, что при повышении температуры на 1°C от стандартных условий кристаллические батареи будут менее производительными, чем аморфные.
***Потеря эффективности
Деградация солнечных монокристаллических и поликристаллических модулей зависит от качества исходных элементов – чем больше в них бора и кислорода, тем быстрее снижается КПД. В поликремниевых пластинах меньше кислорода, в монокремниевых – бора. Поэтому при равных качествах материала и условий использования особой разницы между степенью деградации тех и других модулей нет, в среднем она составляет около 1% в год. В производстве аморфных батарей используется гидрогенизированный кремний. Содержанием водорода обусловлена его более быстрая деградация. Так, кристаллические деградируют на 20% через 25 лет эксплуатации, аморфные быстрее в 2-3 раза. Однако некачественные модели могут потерять эффективность на 20% уже в первый год использования. Это стоит учесть при покупке.
***Стоимость
Тут превосходство полностью на стороне аморфных модулей – их цена ниже, чем кристаллических, из-за более дешевого производства. Второе место занимают поли, моно же самые дорогие.
***Размеры и площадь установки
Монокристаллические батареи более компактны. Для создания массива требуемой мощностью понадобится меньшее количество панелей по сравнению с другими видами. Так что при установке они займут немного меньше места. Но прогресс не стоит на месте, и по соотношению мощность/площадь поликристаллические модули уже догоняют моно. Аморфные же пока отстают от них – для их установки понадобится в 2,5 раза больше места.
***Светочувствительность
Здесь лидируют аморфно-кремниевые модули. У них лучший коэффициент преобразования солнечной энергии из-за водорода в составе элемента. Поэтому они, по сравнению с кристаллическими, в условиях слабой освещенности работают эффективнее. Моно и поли, при плохом освещении работают примерно одинаково – значительно реагируют на изменение интенсивности света.
***Годовая выработка
В результате тестирования модулей разных производителей было установлено, что монокристаллические за год вырабатывают больше электроэнергии, чем поликристаллические. А те в свою очередь производительнее, чем аморфные, несмотря на то, что последние вырабатывают энергию и при слабой освещенности.
Можно сделать вывод, что солнечные батареи моно и поли имеют небольшие, но важные различия. Хотя mono все-таки эффективнее и отдача от них больше, но poly все равно будут пользоваться большей популярностью. Правда, это зависит от качества продукции. Тем не менее, большинство крупных солнечных электростанций собраны на базе полимодулей. Связано это с тем, что инвесторы смотрят на общую стоимость проекта и сроки окупаемости, а не на максимальную эффективность и долговечность.
Теперь об аморфных батареях. Начнем с преимуществ: метод их изготовления самый простой и малобюджетный, потому что не требуется резка и обработка кремния. Это отражается в невысокой стоимости конечной продукции. Они неприхотливы – их можно установить куда угодно, и не привередливы – пыль и пасмурная погода им не страшны.
Однако у аморфных модулей есть и недостатки, перекрывающие их достоинства: по сравнению с вышеописанными видами, у них самый низкий КПД, они быстрее деградируют – эффективность снижается на 40% менее чем за 10 лет, и требуют много места для установки.
Всё большей популярности набирает потребление энергии солнца, что неизменно влечет за собой увеличение спроса на оборудование, которое преобразует солнечное излучение в электроэнергию. Самым распространенным методом получения таковой считается фотовольтаика. Разумеется, одной из причин есть то, что производство солнечных батарей базируется на использовании кремния. Этот химический элемент – второй по численности на земном шаре.
| Содержание: |
Сейчас на рынке солнечных батарей функционируют огромные мировые компании, которые имеют многомиллионные обороты и многолетний опыт. Технологии, положенные в основу производства, из года в год совершенствуются. Вы с легкостью найдете солнечную батарею, которая вам нужна. Будь то устройство для автомобиля, микрокалькулятора или освещения дома. Если приобрести одиночный фотоэлемент, вы заметите, что у них очень маленькая мощность. Потому чаще их соединяют в солнечный модуль. Давайте разбираться, как.
Технология изготовления солнечных панелей.
Она делится на этапы, разберем каждый из них:
Конечно же, первое, с чего начинается абсолютно любое производство, и не только солнечных панелей, это с подготовки сырья (материала). Как говорилось ранее, в основном панели делают из кремния, а если быть точнее, то из кварцевого песка определенной породы. Технология подготовки материала включает два процесса:
- Высокотемпературное плавление.
- Синтез с добавлением разнообразных химических элементов.
После прохождения этих процессов можно достигнуть очищения кремния до 99,99 %.
Чаще всего для производства солнечных панелей берут поликристаллический или монокристаллический кремний. И хоть технология производства у них разная, тем не менее получение поликристаллического кремния считается более экономной. Поэтому, выбираю солнечную батарею из такого сырья, вы заплатите за нее меньше.
После очистки кремния, его режут тонкими пластинами, которые потом пройдут тестирование. Производится оно путем замера электропараметров с помощью световой вспышки ксеноновой лампы очень высокой мощности. По окончанию испытаний пластин, их отправляют на следующий этап.
- На втором этапе пластины спаивают в секции, после чего из них формируют блоки на стекле. Чтобы перенести эти секции на стекло, используются держатели из вакуума. С их помощью исключается механическое воздействие на готовый солнечный элемент. Обычно секции состоят из 10 элементов, а блоки из 4 секций, реже – из 6.
- Блоки, которые получили на втором этапе, ламинируются с помощью этиленвинилацетатной пленки и специального защитного покрытия. Компьютерное управление позволяет проследить за температурой, давлением и уровнем вакуума, а также запрограммировать условия для ламинирования.
- Это последний этап производства солнечных панелей. Заключается он в монтировании алюминиевой рамы и соединительной коробки. Специальный клей-герметик обеспечивает надежное соединение модуля и коробки. Потом солнечные батареи тестируют, измеряя ток короткого замыкания, напряжение точки максимальной мощности и напряжение холостого хода.
Оборудование для производства солнечных батарей.
В производстве солнечных панелей используют только лучшее оборудование. Благодаря высокому качеству оборудования достигается минимальная погрешность при тестировании и измерении показателей. Также это гарантирует более длительный срок эксплуатации, что в свою очередь снижает затраты на покупку нового оборудования. Низкое же качество влечет за собой нарушения в технологии производства.
Основное оборудование, которое используют при изготовлении солнечных панелей:
- Инструмент для резки ячеек. Ячейки режутся с помощью волоконного лазера. Размеры можно задать с помощью различных программ.
- Ламинатор. Название говорит само за себя.С его помощью ламинируют солнечные элементы. Имеет специальные контроллеры для поддержки выбранных параметров. Ламинаторы работают в двух режимах: ручном и автоматизированном.
- Столик для перемещения. Очень сложно обойтись без данного предмета. Именно на нем производят такие операции, как обрезка краев, укладка соединительной коробки и многие другие. Столешница имеет закрепленные шарики, с помощью которого можно открыть и переместить модуль, не боясь его повредить.
- Машинка для очистки стекла. Ее используют при очистке стеклянных подложек. Стекло сначала очищают при помощи моющего средства, позже ополаскивают деионизированной водой два раза. Уже после подложки сушатся с помощью холодного и горячего воздуха.
Производители солнечных батарей.
Изготовление солнечных панелей из кремния – довольно перспективный и прибыльный бизнес. Спрос на солнечные панели растет каждый год. Соответственно, растут объемы продаж.
Безусловно, первое место по производству солнечных батарей занимают китайцы. Их главный козырь – очень низкая стоимость. Естественно, многие компании по всему миру не выдерживают напора и конкуренции китайских компаний. Это стало следствием закрытия, например, четырех немецких брендов за последние пару лет. Это такие гиганты, как Solon, Solarhybrid, Q-Cells и SolarMillennium. Вслед за ними закрыла свой филиал в Германии американская компания FirstSolar, а вслед за ней и компании Siemens, Bosch. И это неудивительно. Китайские солнечные панели стоят в два раза дешевле своих заграничных аналогов.
Топ компаний-производителей солнечных панелей:
- YingliGreenEnergy. YGE за время своего существования установила солнечных батарей больше, чем на 2 ГВт.
- FirstSolar. Несмотря на то, что компании пришлось закрыть свой завод в Германии, она не сдала свои позиции в топе. Профилем ее являются тонкопленочные панели, которых они выпустили более, чем на 4 ГВт.
- SuntechPower Ко. Производитель выпустил на рынок около 13 миллионов батарей.
Российские популярные производители батарей:
- Завод «Солнечный ветер».
- Завод «Хевел».
- Завод «Телеком-СТВ».
- «Рязанский завод металлокерамических приборов».
- «Термотрон-завод».
Страны СНГ также не пасут задних. Например, в Астане тоже запустили завод, выпускающий солнечные батареи из кремния. Для Казахстана это пионер в подобной отрасли. В качестве материалов там планируется использование кремния, которое находится в Казахстане. Оборудование, закупленное для производства, отвечает всем стандартам и отличается высоким качеством.
Высокие темпы строительства заводов свидетельствуют о высоком спросе на солнечные батареи. Потому в ближайшем будущем можно ожидать повсеместное использования солнечных модулей. И это, однозначно, положительно повлияет на нашу атмосферу, избавив ее от загрязнений и истощений запасов топлива.