солнечные батареи и панели в чем разница
Отличие понятий «солнечные панели» и «солнечные батареи»
В основном это небольшой материал для новичков, которые заинтересовались понятийным аппаратом и решили выяснить, чем отличаются солнечные панели от солнечных батарей.
А есть ли разница?
Сегодня специалисты и любители вкладывают одинаковый смысл в оба этих понятия. Поэтому можете не опасаться, называя солнечные панели батареями и наоборот. Но это не совсем корректно.
Как же так получилось?
Все дело в слове «батарея». В нашем случае оно означает соединение нескольких одинаковых приборов в одну систему. Такими приборами являются солнечные панели.
Таким образом, солнечная батарея может считаться соединением нескольких солнечных панелей.
Парадокс в том, что сама солнечная панель состоит из ячеек фотоэлементов, следовательно тоже является батареей.
Можно вспомнить и о том, что в системе солнечного электроснабжения обычно есть аккумулятор, который тоже можно заменить словом «батарея».
Другой взгляд (не претендует на истину)
По внешнему виду эти устройства являются панелями, однако функционально они ближе к батареям, т.к. являются источниками энергии. Так и вошли в обиход два понятия, которые обозначают одни и те же устройства.
Для самых привередливых
Если Вам сложно выбрать одно понятие, то предложим наиболее корректный вариант:
Надеемся, что теперь Вы сможете пощеголять знаниями перед друзьями и знакомыми. Только не делитесь с ними этим материалом — они тоже узнают, чем отличаются солнечные панели от солнечных батарей, и Вы уже не сможете блеснуть умом.
Как выбрать солнечную панель: виды батарей и основные нюансы выбора
Думая об установке солнечных панелей, большинство людей в первую очередь рассматривают такие факторы, как стоимость, эстетика и энергоэффективность. Хотя это важные аспекты, гораздо важнее выбрать подходящий вам тип солнечных батарей. От этого во многом будет зависеть стоимость оборудования и работ по установке, а также то, как панели будут выглядеть на вашей крыше.
Существует три типа солнечных батарей, и у каждого есть свои плюсы и минусы. Правильный выбор будет зависеть от конкретной ситуации и того, что именно вы хотите получить.
Основные типы солнечных панелей
Существуют монокристаллические, поликристаллические и тонкопленочные солнечные панели. Особенности технологии производства и конструктивного исполнения обуславливают визуальные отличия и характеристики каждого типа устройств.
Монокристаллические
Монокристаллические солнечные панели — самый старый и наиболее распространённый тип подобных устройств. Такие батареи состоят из примерно 40 монокристаллических солнечных элементов. Фотоэлектрические компоненты изготавливаются из чистого кремния.
В процессе производства (чаще всего используется метод Чохральского) кристаллический кремний помещается в чан с расплавленным кремнием. Затем кристалл очень медленно вынимается из чана, позволяя расплавленному веществу образовывать твёрдую кристаллическую оболочку, называемую слитком. Далее слиток тонко нарезают на кремниевые пластины.
Пластины превращаются в отдельные элементы, а затем элементы собираются и формируются в солнечную панель.
Монокристаллические солнечные батареи кажутся чёрными из-за того, как солнечный свет взаимодействует с чистым кремнием. Хотя ячейки имеют чёрный цвет, задние листы и рамы могут быть выполнены в различных цветах и отличаться по дизайну. Фотоэлектрические ячейки таких панелей имеют форму квадрата со скруглёнными углами, поэтому между ними есть небольшие зазоры.
Поликристаллические
Поликристаллические солнечные панели — новая разработка, но их популярность и эффективность быстро растут. Как и монокристаллические ячейки, они изготавливаются из кремния. Но в поликристаллическом варианте фотоэлектрические элементы состоят из расплавленных вместе фрагментов кристалла кремния.
В процессе производства кристалл кремния помещается в ёмкость с расплавленным кремнием. Затем, вместо того, чтобы вытаскивать его медленно, кристаллу дают возможность фрагментироваться, а затем остыть. Как только новый кристалл охладится в своей форме, фрагментированный кремний тонко разрезается на поликристаллические солнечные пластины.
Поликристаллические ячейки имеют синий цвет из-за специфической структуры. Солнечный свет отражается от кремниевых фрагментов иначе, чем от цельного кремниевого элемента. Обычно задние рамки и оправы изготавливаются из серебра с поликристаллическим покрытием, но возможны вариации. Форма ячейки — квадрат, между углами ячеек отсутствуют зазоры.
Тонкоплёночные
Тонкоплёночные солнечные панели — это инновационная технология, появившаяся всего несколько лет назад. Главной особенностью является то, что такие батареи не всегда сделаны из кремния. Они могут быть изготовлены из различных материалов, включая теллурид кадмия (CdTe), аморфный кремний (a-Si) и селенид меди, индия, галлия (CIGS).
Эти солнечные батареи создаются путём помещения основного материала между тонкими листами проводящего материала, покрытого слоем стекла для защиты. В панелях a-Si используется кремний, но они используют некристаллическую форму вещества и также покрываются стеклом.
Тонкоплёночные панели легко идентифицировать по их внешнему виду. Эти солнечные батареи примерно в 350 раз тоньше тех, в которых используются кремниевые пластины. Но иногда тонкоплёночные ячейки могут быть большими, и это может сделать внешний вид всей солнечной системы сравнимым с монокристаллической или поликристаллической системой. Тонкоплёночные элементы могут быть чёрными или синими, в зависимости от материала, из которого они сделаны.
Сравнение солнечных панелей разных типов
Помимо отличий в технологии производства и дизайне, есть некоторые различия и в том, как работают разные типы солнечных элементов. Ключевые аспекты — эффективность и цена.
Эффективность
Эффективность определяет то, сколько электричества солнечная панель может произвести за счёт количества получаемого ею солнечного света.
Самыми эффективными считаются монокристаллические панели. Их КПД может достигать 20% и более. С другой стороны, у поликристаллических аналогов этот показатель колеблется в диапазоне от 15 до 17%. Этот разрыв между двумя панелями может сократиться в будущем по мере совершенствования технологий, позволяющих сделать поликристаллические панели более эффективными.
Наименее эффективный тип солнечных панелей — тонкоплёночные. Они обычно имеют более низкий КПД и производят меньше электроэнергии, чем любой из кристаллических вариантов, с КПД всего около 11%. Мощность таких панелей может варьироваться, потому что у них нет стандартного размера.
Стоимость
Цена может существенно повлиять на принятие решения о выборе солнечных панелей. Наиболее доступными являются тонкоплёночные панели, потому что они могут быть изготовлены с наименьшими затратами. CdTe — самые дешёвые солнечные батареи на рынке, CIGS немного дороже.
Рамы тонкоплёночных батарей обычно легче, поэтому можно сэкономить и на монтажных расходах. С другой стороны, монокристаллические солнечные панели сейчас являются самым дорогим вариантом. Производство чистого кремния может быть дорогостоящим, а панели и рамы отличаются большим весом, что приводит к более высоким затратам на установку.
Поликристаллические панели были разработаны для снижения стоимости солнечных панелей, и они обычно более доступны, чем монокристаллические.
Какой тип солнечных батарей лучше?
Лучший тип солнечных панелей зависит от назначения панелей и места их установки. Для жилых домов с большой площадью кровли или недвижимости оптимальным выбором могут быть поликристаллические панели. Эти устройства являются наиболее доступными для больших помещений и обеспечивают достаточную эффективность и мощность.
Для жилых домов с меньшими площадями монокристаллический материал может быть лучшим выбором. Такие панели хорошо подходят для тех, кто хочет максимизировать использование чистой энергии в небольшом пространстве.
Все, что нужно знать о солнечных панелях
Вы хотите сэкономить на электричестве либо иметь дополнительный и независимый источник альтернативной энергии? А может, вы являетесь сторонником зеленой энергетики? Если так, то солнечные панели – тема для вас.
Энергия Солнца, или что такое солнечные панели
Солнце – главный источник энергии для всего живого и самой нашей планеты. Причем количества энергии, поступающей на Землю за каких-то 40 минут, хватает, чтобы удовлетворить энергетические потребности всех жителей земного шара в течение года. Учитывая возобновляемые и практически безграничные ресурсы небесного светила, перспективы его использования велики. Тем более что из всех альтернативных источников энергии именно солнечная признана самой безопасной и экологически чистой. Поэтому сегодня энергия солнца становится все более востребованной в самых разных сферах жизнедеятельности человека.
Воспользоваться этим даром природы людям помогают специальные устройства – солнечные панели (или солнечные батареи). Они преобразуют бесплатную энергию Солнца в электрическую и приобретают возрастающую популярность по всему миру.
Солнечные панели – из истории создания
Идея преобразования бесплатных солнечных лучей в энергию, которая будет работать на благо человека, будоражила людей давно. Так сложилось, что первым решением исторически стали солнечные термальные электростанции или солнечные коллекторы, которые принципиально отличатся от солнечных батарей (о принципе действия коллекторов коротко расскажем ниже). Солнечные же панели стали по факту второй и достаточно удачной попыткой человечества преобразовать энергию солнца в другой вид энергии, которая может использоваться для электроснабжения разного рода жилых, нежилых и хозяйственных обьектов.
И хотя солнечной энергетике не так много лет, ее развитию предшествовал целый ряд открытий и разработок. Но настоящий прорыв в направлении использования энергии света случился в середине 19 века, когда французский ученый Александр Эдмон Беккерель открыл явление фотоэлектрического эффекта. В 1873 году английский инженер-электрик Уиллоуби Смит обнаружил эффект фотопроводимости в селене, а несколькими годами спустя американец Чарльз Фриттс сконструировал первый фотоэлемент, состоящий из тонкого слоя селена, расположенного между пластинками золота и меди, и имевший эффективность всего 1%.
В 1987 году Генрих Герц открыл внешний фотоэффект, а в 1889 году русский Александр Столетов, в экспериментальной установке которого потек электрический ток, рожденный световыми лучами, описал закономерности фотоэффекта. Позднее к этому «приложил руку» и Альберт Эйнштейн. В начале 20 века он объяснил фотоэлектрический эффект на основе квантовой теории, за что впоследствии даже получил Нобелевскую премию. А первые прототипы солнечных панелей были созданы итальянским фотохимиком Джакомо Луиджи Чамичаном. В дальнейшем научные изыскания в области полупроводников привели к синтезированию кремниевых фотоэлементов с КПД 4%. Эта инновация была сделана в 1954 году в лаборатории компании «Bell Telephone». Позднее их эффективность увеличили до 15%, и солнечные батареи были впервые использованы в сельской местности и отдаленных городах как источник питания для системы телефонной связи, где они успешно использовались на протяжении многих лет. Еще через несколько лет в космос были запущены спутники с использованием солнечных батарей. Впоследствии были разработаны и созданы фотоэлементы на основе других полупроводников.
Чем отличаются солнечные панели от солнечных коллекторов
Как мы уже писали выше, солнечные коллекторы человечество придумало раньше, чем солнечные панели. Это совершенно разные устройства, хотя оба преобразуют энергию Солнца и в названии имеют слово «солнечный». На этом, пожалуй, их общность заканчивается. А теперь рассмотрим различия.
Если сказать коротко, то при использовании солнечных коллекторов потребитель «на выходе» получает тепловую энергию в виде нагретого теплоносителя, а солнечные панели предназначены только для генерации электрического тока.
Солнечные панели непосредственно преобразуют энергию солнца в электричество при помощи фотоэлементов (ФЭП – фотоэлектрических преобразователей или солнечных элементов).
Солнечный коллектор – это гелиоустановка, задача которой собирать и передавать тепловое излучение теплоносителю, который циркулирует через коллектор. В свою очередь, теплоноситель нагревает емкость, где находится вода для обеспечения горячего водоснабжения. То есть в отличие от солнечных панелей, солнечный коллектор производит нагрев материала-теплоносителя, а затем накопленная энергия используется для определенных целей (нагрева воды, работы отопительной системы, промывочных работ). Попросту говоря, солнечные коллекторы производят горячую воду.
Принцип работы солнечных панелей
Солнечные панели предназначены для преобразования энергии Солнца в электрическую. Их также называют солнечными батареями или солнечными модулями. Солнечная панель представляет собой устройство, состоящее из фотоэлементов, которые как раз и занимаются преобразованием одного вида энергии в другой. Фотоэлементы – это полупроводниковые пластины, напрямую преобразующие солнечное излучение в электрический ток. Между собой фотоэлементы соединяются в параллельные или последовательные электрические цепи, которые в совокупности работают как единый источник электрического тока.
Фотоэлементы изготавливают из разных элементов, но наиболее распространены солнечные элементы на основе кремния. Именно их выпускают в промышленных масштабах. Реже используют кадмий, теллур, селениды меди, аморфный кремний. Еще меньший процент – порядка 10%– составляют тонкопленочные солнечные элементы (например, CdTe).
Если говорить о кремниевых ФЭП, то каждый из элементов представляет собой тонкую пластину, состоящую из двух слоев кремния с собственными физическими свойствами, которые соединены между собой. Поскольку речь идет о полупроводниках, слои должны иметь разную проходимость для того, чтобы свободные электроны беспрепятственно переходили из одного слоя в другой. Ведь полупроводник – это материал, в атомах которого либо не хватает электронов (p-тип), либо есть лишние электроны (n-тип). Как правило, верхний слой – отрицательный (n-слой), он используется в качестве катода, а нижний слой – положительный (p-слой), он представляет собой анод. Излишек электронов из n-слоя может покидать свои атомы, тогда как p-слой эти электроны захватывает. Вот как раз солнечные лучи и выступают катализатором такой реакции – «выбивают» электроны из атомов n-слоя, а затем они летят занимать пустые места в p-слой. То есть при попадании на фотоэлемент частиц света (фотонов) из-за неоднородности кристалла между слоями полупроводника образуется вентильная фотоэлектродвижущая сила.
В результате этого возникает разность потенциалов и ток электронов, которые движутся по замкнутому кругу, выходя из p-слоя, проходя через внешнюю нагрузку (в данном случае аккумулятор) и возвращаясь в n-слой. Таким образом, принцип работы солнечной панели напоминает своеобразное колесо, по которому вместо белки «бегают» электроны. При этом аккумулятор постепенно заряжается.
Верхний слой пластинки-фотоэлемента, который обращен к Солнцу, делается из кремния, но с добавлением фосфора. Он и становится источником избыточных электронов в системе p-n-перехода.
Виды пластин фотоэлементов
По технологии изготовления кремниевые пластины ФЭП бывают двух видов: монокристаллические и поликристаллические. Монокристаллические выполняются в виде квадрата со скошенными углами, поликристаллические – ровные квадраты. Но форма – не главное их различие.
Монокристаллические ФЭП делают из искусственно выращенного цельного кристалла кремния. А поликристаллические получают достаточно простым и недорогим методом постепенного охлаждения расплавленного кремния.
Поэтому монокристаллические фотоэлементы имеют однородную структуру и более высокий коэффициент полезного действия (КПД). Однако себестоимость их производства выше, они дороже, чем поликристаллические пластины.
Минусом поликристаллических пластин является их невысокая производительность – не больше 15%. Это связано с их недостаточной чистотой и внутренней структурой. КПД монокристаллического фотоэлемента достигает уже 20-25%.
КПД солнечных панелей
Стандартные фотоэлементы из кремния – однопереходные, то есть переток электронов осуществляется только через один p-n-переход, зона которого ограничена по энергии фотонов. Это означает, что каждый отдельно взятый ФЭП может производить электроэнергию лишь от лучей определенного узкого спектра. Остальная энергия света пропадает впустую. Это и является основной причиной не очень высокой эффективности фотоэлементов.
КПД солнечных панелей сегодня пытаются повысить разными способами. К примеру, одно из решений – каскадные (многопереходные) кремниевые элементы. Каждый из таких ФЭП имеет несколько переходов и рассчитан на определенный спектр солнечных лучей. В сумме эффективность преобразования лучей света в электрический ток увеличивается, а с ним и производительность панели в целом. Однако цена таких элементов выше, чем однопереходных. Поэтому в каждом конкретном случае потребитель должен решать дилемму, что ему важнее – цена или энергоэффективность.
Обычно число фотоэлементов в одной солнечной панели кратно 12, а номинальная мощность одного такого устройства составляет от 30 до 350 Вт. Наиболее низким КПД, от 5% до 10%, обладают аморфные, органические и фотохимические ФЭП. Такая панель площадью 1м 2 будет вырабатывать от 25 до 50 Вт/ч электроэнергии. КПД самых распространенных сегодня кремниевых солнечных батарей составляет 17 – 25%. Это означает, что на 1м 2 площади панели генерируется до 125 Вт/ч. Вообще же, разработчики по всему миру сегодня работают над увеличением КПД до 30%, и такие решения уже есть. Например, солнечные панели на основе арсенида галлия. Именно они способны составить конкуренцию кремниевым панелям, а при площади 1м 2 такая панель даст электроэнергии в объеме 150 Вт/ч.
Что влияет на энергоэффективность солнечных панелей?
Энергоэффективность – важный показатель солнечных панелей. Для примера, один фотоэлемент (одна пластина) способен при солнечной погоде произвести энергию, которой будет достаточно лишь для зарядки карманного фонарика. Поэтому когда речь идет о более серьезных масштабах генерирования электроэнергии, ФЭПы обычно объединяют в цепи (параллельное соединение – для увеличения напряжения, последовательное – для увеличения силы тока). Их количество и структура во многом определяют энергоэффективность панелей. Кроме того, на энергоэффективность гелиопанелей влияет такие факторы:
Например, солнечный элемент и сама панель во время работы постепенно нагреваются. Та часть энергии, которая не пошла на производство электрического тока, трансформируется в тепло. Поэтому часто температура на поверхности панели может достигать значений более 50Сº. Однако чем выше температура поверхности, тем хуже работает фотоэлемент. Это значит, что одна и та же панель в разную погоду работает по-разному: менее эффективно в жару, и более эффективно в холод, а максимальную эффективность показывает в солнечный морозный день.
Преимущества и недостатки солнечных панелей
Как и любое устройство, солнечные панели имеют свои преимущества и недостатки.
Преимущества солнечных панелей
Недостатки солнечных панелей
Где применяются солнечные панели
По мере развития технологий, совершенствуется и солнечная энергетика. Гелиопанели становятся дешевле и эффективней, разрабатываются новые инженерные решения, расширяется сфера их сфера применения. Из солнечных панелей создают целые солнечные электростанции (СЭС), которые могут производить электроэнергию в больших масштабах. Поэтому сегодня солнечные панели применяют не только в быту, но также в промышленности, сельском хозяйстве, космической отрасли и дорожном строительстве. Солнечная энергия используется для уличного освещения, электрокаров, электромоторных судов и других видов транспорта, в частных домовладениях, смартфонах и разных гаджетах, в детских игрушках и даже в устройствах для барбекю. Но судя по всему, это далеко не предел, и сферы применения солнечных панелей будут развиваться еще активнее и все больше входить в нашу жизнь.
Оставьте комментарий Отменить ответ
Для отправки комментария вам необходимо авторизоваться.
Монокристаллические и поликристаллические солнечные панели: что выбрать Комментировать
Если вы заинтересовались солнечной энергетикой, то в изучении этой темы перед вами встанет необходимостью выбора солнечных панелей. И вы непременно столкнётесь с двумя основными типами солнечных панелей: монокристаллическими и поликристаллическими. Оба типа этих солнечных батарей прекрасно подходят для использования в солнечных электростанциях, но в них есть некоторые принципиальные отличия, о которых нужно знать.
Моно- и поликристаллические солнечные батареи: всё дело в используемых солнечных элементах
И моно- и поликристаллические солнечные панели выполняют одну функцию в составе солнечной электростанции – они поглощают солнечное излучение и преобразовывают его в электричество. Оба типа панелей сделаны из кремния. Почему кремний? Потому что это весьма распространённый и долговечный материал. Многие производители солнечных панелей производят оба типа панелей, поли- и монокристаллические.
И моно- и поликристаллические солнечный батареи могут быть хорошим выбором для вашего дома, дачи или предприятия, но есть ключевые различия между двумя этими технологиями, которые нужно понять, прежде чем сделать выбор в ту или иную сторону. Главное отличие между двумя этими технологиями заключается в типе используемых солнечных элементов: в монокристаллических солнечных панелях используются солнечные элементы, которые сделаны из одного кристалла кремния, а в поликристаллических – солнечные элементы состоят из множества мелких кремниевых элементов, скреплённых друг с другом.
Монокристаллические солнечные батареи
Монокристаллические солнечные батареи, как правило, рассматриваются как премиальный “солнечный” продукт. Главное преимущество таких панелей – это более высокая эффективность и внешний вид, который обладает большей эстетичностью, особенно с чёрными алюминиевыми рамками.
Для изготовления солнечных элементов для монокристаллических солнечных батарей, кремний выращивают в виде брусков, которые затем нарезают на пластины (wafer). Такой тип солнечных панелей называется «монокристаллическим» – чтобы показать, что используемые солнечные элементы получены из одного кристалла кремния. Поскольку элемент состоит из одного монокристалла, электроны, генерирующие электрический ток, имеют больше «пространства» для перемещения и соответственно, большую эффективность по сравнению с поликристаллическими солнечными панелями.
Поликристаллические солнечные батареи
Поликристаллические солнечные панели менее эффективны по сравнению с монокристаллическими, но их преимуществом является более низкая цена. Внешне поликристаллические панели можно различить по цвету – они обладают синим оттенком, монокристаллические же панели имеют чёрный оттенок.
Поликристаллические панели также изготавливают из кремния, однако, вместо использования однокристального кремния, производители сплавляют вместе много фрагментов кристаллического кремния, образуя поликристаллические солнечные элементы.
Поликристаллические панели также еще называют мульти- или многокристаллическими. Поскольку каждый солнечный элемент состоит из множества кристаллов, то у электронов не так много «пространства» для перемещения. Поэтому поликристаллические солнечные панели обладают меньшей эффективностью, чем монокристаллические.
| Поликристалл | Монокристалл | |
|---|---|---|
| Цена | Дешевле | Дороже |
| Эффективность (КПД) | Меньше | Больше |
| Внешний вид | Синий оттенок | Чёрный оттенок |
| Срок службы | 25 лет и более | 25 лет и более |
Монокристаллические или поликристаллические: что подойдёт именно вам?
Если говорить об установке и эксплуатации солнечной электростанции, то помимо автономности, экономия – это другая причина использовании энергии солнца, в особенности, при использование сетевой солнечной электростанции. И вне зависимости от того, выберите вы поли- или монокристаллические солнечный панели, ваши счета за электроэнергию будут меньше. То, что вы выберете зависит только от ваших личных предпочтений, количества свободного места для установки панелей и бюджета.
Поликристаллические панели работают лучше в пасмурную погоду?
…поликристаллические солнечные панели работают лучше монокристаллических в пасмурную погоду…
Если вы встретились с этим утверждение, то скорее всего, вы общаетесь не с профессионалом в сфере солнечной энергетики. Если сравнивать кремниевые солнечные панели одинаковой мощности, то в пасмурную они будут иметь практически идентичную выработку в не зависимости от технологии. Эффективной работой при низкой инсоляции могут похвастаться не кремниевые солнечный панели, а аморфные, КПД которых колеблется в диапазоне 6 – 9%.