Солнечная батарея из чего сделана: Как работают солнечные батареи — Naked Science

Из чего состоит солнечная батарея и как она устроена

Солнечные батареи, как инструмент получения альтернативной энергии, завоевывают популярность в Украине. Установить панели для личного пользования или продажи преобразованной электрической энергии может как предприятие, так и рядовой гражданин. Недешевое лет 5-7 назад оборудование сейчас достаточно быстро окупается потому что массовое производство фотомодулей во всем мире и усовершенствование технологии позволяет удешевить продукт, и владелец солнечной станции может начинает получать пассивный доход благодаря продаже излишков электроэнергии. В других странах предусмотрены налоговые льготы и компенсации. Ну а главное, что установка такой системы – это частичная компенсация или обретение полной энергетической независимости от центральных электросетей с их неизбежной стоимостью роста тарифов на электроэнергию для населения.

Но об этом в другой статье. А здесь мы хотим поговорить о строении фотоэлектрических панелей, которые собирают и трансформируют энергию солнца. Фотоэлектрический эффект был открыт Александром Беккерелем в 19 веке, однако в то время это была лишь теория. Спустя полвека был создан первый фотоэлемент, который сконструировал А. Столетов. Электрон в полупроводнике под воздействием фотона покидает совй атом в одном слое и через нагрузку (полезную работу можно так сказать) переходит в другой слой. Конечно в процессе есть определенные потери, и кроме этого первый материал ,это был селен, дава КПД около одного процента. Поэтому сама технология вышла из лабораторий и стала применяться уже когда нашли более эффективный материал для фотомодулей.

Так из чего сделана солнечная батарея? Знать это важно, так как состав и устройство панелей отличается. И именно элементы конструкции определяют ее эффективность. Специалисты компании GREEN SYSTEM отвечают на вопросы, которые наиболее часто нам задают на первой встрече заказчики.

Из чего состоит солнечная батарея?

В состав солнечной батареи входят:

• кремниевые элементы;
• алюминиевая рама;
• закаленное стекло;
• полимерная пленка;
• распределительная коробка;
• герметики.

Из чего сделана солнечная панель?

Такая панель состоит из множества фотоэлементов, объединенных в одну цепь. От числа, типа соединения, материала изготовления фотоэлементов зависит, сколько энергии сможет выдавать один модуль.

Изготавливаются фотоэлементы чаще всего из кремния. И хоть сегодня предлагаются инновационные материалы для производства солнечных панелей, кремний остается лидером производства. Кремний, получаемый из недр, имеет многочисленные примеси. Процесс очистки его до нужного состояния достаточно трудоемкий, но важный. Ведь от степени очистки кремния напрямую зависит КПД фотоэлементов. Это сказывается на стоимости солнечных батарей. Но и степень очистки – это еще не все. 

Чтобы вам было понятнее, из чего делают солнечные батареи, важно отметить, что кремний бывает монокристаллическим и поликристаллическим.

Кремниевый монолит получается сложным технологическим путем. Очищенный кремний расплавляют. Из полученной массы выращивается цельный кристалл. По достижении им определенных размеров он режется на тончайшие пластины, которые и применяются в производстве фотоэлементов. Долгий, экономически затратный, сложный процесс. Используют его только потому, что солнечные батареи, получаемые из монокристаллического кремния, демонстрируют максимально возможную эффективность.

Поликристаллический кремний получается гораздо проще. Технология предусматривает использование сырья с присутствием примесей. Так как очистка не столь глубокая, стоимость производства гораздо ниже, чем в первом случае. Природный кремний расплавляется, доводится до парообразного состояния. Пары, поднимаясь вверх, охлаждаются. Кремниевый порошок осаждается, образуя равномерный слой. Пластины для солнечных панелей готовы.

Как соединяются фотоэлементы в панель?

Соединение кремниевых фотоэлементов в солнечной батарее может быть выполнено последовательным или параллельным способом. Технология соединения выбирается с учетом того, какие выходные параметры нужно повысить – ток, напряжение и мощность. Если элементы соединяются последовательно, повышается показатель напряжения. При параллельном соединении фотоэлементов увеличивается выходной ток. Когда стоит задача повысить и ток, и напряжение, используется комбинация двух способов. Важно, что при комбинированном соединении, если один солнечный элемент выходит из строя, вся цепочка сохраняет пропускную способность. Из этого следует, что комбинированный способ соединения повышает надежность всей панели.

Как защищена панель от внешних воздействий? 

Соединенные в панель фотоэлементы с лицевой стороны защищены ударопрочным стеклом. Снизу конструкцию защищает специальная пленка. Чтобы соединить такой «пирог» в единое целое, используются герметики.

Для чего нужна распределительная коробка?

С задней части панели имеется распределительная коробка, защищенная от метеорологических проявлений корпусом. По сути, это переход от всех фотоэлементов к проводам, которые идут к контроллеру.

Какую роль играет в конструкции алюминиевая рама?

Рама из анодированного алюминия защищает панель от внешних воздействий, а также используется для фиксации ее на столе или иной конструкции. Анодированный алюминий выбран в качестве материала изготовления не случайно. Изделия из него получаются легкими и прочными. Жесткая рама не подвержена воздействию коррозии, способна выдерживать большие ветровые и статические нагрузки.

Эксперты нашей компании готовы более подробно рассказать вам, из чего состоит солнечная батарея. Чтобы узнать больше, свяжитесь с менеджером GREEN SYSTEM и закажите консультацию. Специалист расскажет о критериях выбора, параметрах расчета мощности панелей для конкретных целей.

Солнечная электростанция: устройство, компоненты

Поэтому в этой статье мы постараемся рассказать что же такое солнечная электростанция (СЭ) и из чего они состоит, какие бывают варианты и сколько приблизительно стоят.

Например, давайте рассмотрим солнечную электростанцию для частного дома, т.к. это наиболее частное ее применение среди жителей России.

Наиболее типичная солнечная электростанция состоит из 4-х основных компонентов:

1. Солнечная панель
2. Контроллер заряда
3. Аккумулятор
4. Инвертор

Ниже приведён схематический рисунок солнечной электростанции с указанием того, как соединяются между собой все компоненты системы.

Соединительное и защитное оборудование пока во внимание не принимаем, они них мы расскажем в отдельной статье.

Теперь подробнее рассмотрим каждый из компонентов солнечной электростанции.

1. Солнечные панели

Солнечные панели или еще их называют солнечными батареями – это , наверное, самый ключевой компонент солнечной электростанции. Основная задача солнечных панелей – это преобразование солнечной энергии в электрическую.

Номинальная мощность

Сама солнечная панель состоит из ячеек кристаллического  кремния, ещё эти ячейки называют солнечными элементами.   Количеством таких солнечных элементов определяется номинальная мощность солнечной панели.  Так, солнечные панели бывают мощность 100, 150, 200, 250, 300Вт. Есть и другие номиналы, но это самые популярные.  Так вот, солнечная панель мощностью 300Вт, здесь 300Вт – это максимальная мощность, которую может выдать солнечная панель.  В идеальном случае, за один час выработка такой солнечной панели составит 300Вт*ч. 

Ниже показаны несколько вариантов солнечных панелей, кликнув на каждый из них, можно детально посмотреть на характеристики и на фотографии в высоком разрешении :

Выработка электроэнергии

Выработка электроэнергии солнечной панелью сильно зависит от внешних факторов. По факту, заявленную номинальную мощность панель может обеспечить только в идеальных условиях, когда солнечные лучи падают на поверхность солнечной панели под прямым углом. Также выработка электроэнергии зависит от интенсивности самого солнечного излучения. В России пик интенсивности солнечного излучения приходится на июнь-июль. При неблагоприятных погодных условия, например, облачность, дождь или просто пасмурная погода, выработка электроэнергии снижается. Меньше солнца – меньше выработка.

Для примера, ниже показан график выработки электроэнергии четырьмя поликристаллическими солнечными панелями мощностью по 250Вт. Видно, что пик выработки приходится на период май-июль, в эти месяцы в сутки будет сгенерировано до 5кВт*час энергии. Минимум приходится на период ноябрь-январь. В зимние месяцы выработка вообще может снижаться в 10-15 раз по сравнению с летним периодом.

График приведён из расчета расположения солнечных панелей в Казани с углом наклона ~50° c ориентацией на юг.

Помимо мощности, солнечные панели еще отличаются номинальным рабочим напряжением.

• до 200Вт – 12 вольт
• от 200Вт (включительно) – 24 вольта

Номинальное напряжение солнечных панелей необходимо знать для правильного подбора остальных компонентов системы.

Монокристалл, поликристалл

Как было написано выше, ячейки солнечной панели изготовлены из кристаллического кремния, только сам кремний тоже бывает разного типа:

• Монокриллический. Наивысшая эффективность (КПД), стоят немного дороже.
• Поликристаллический.  Эффективность меньше (обычно на 1-2%) чем у монокристалла, но стоят дешевле.

Есть мнение, что поликристаллические солнечные панели лучше подходят для климата с частной пасмурно или облачной погодой, якобы они лучше поглощаю рассеянный свет, но явно это не замечено. Если такой эффект есть, то он совсем незначительный.

Соединение солнечных панелей

Для увеличения мощности солнечные панели соединяют в массив, например, 4 солнечные панели номинальной мощностью 250Вт могут выдать суммарную мощность 1кВт. При этом, солнечные панели можно соединить между собой 3 различными способами:

• Параллельное соединение. При этом типе соединения номинальное напряжение 4-х соединёных солнечных панелей останется 24 вольта, ток увеличится в 4 раза.
• Последовательное соединение. Здесь наоборот, номинальное напряжение увеличится в 4 раза и составит 96 вольт, а значение тока останется на уровне, соответствующей одной панели.
• Параллельно-последовательное соединение. Если параллельно соединить две пары последовательное соединённых солнечных панелей до номинальное напряжение составит 48 вольт, а ток увеличится в 2 раза.

Какой тип соединения нужно использовать в том или ином случае, главным образом зависит от периферийного оборудования, а именно контроллера заряда, инвертора и планируемого количества аккумуляторов.

На этом про солнечные панели пока всё, далее переходим к контроллерам заряда.

2. Контроллер заряда

Контроллера заряда – это промежуточное, но очень важное звено между солнечными панелями и аккумуляторами, он по своей сути управляет потоком энергии от первого ко второму, т.е. управляет процессом заряда аккумулятора, защищает от его перезаряда и закипания.

Чтобы лучше понять для чего необходим контроллер заряда, давайте рассмотрим очень простую солнечную электростанцию состоящую из одной монокристаллической солнечной панели мощностью 150Вт, одного контроллера заряда и одного аккумулятора.

Панель мощностью 150Вт, как было написано выше, её номинальное напряжение составляет 12 вольт, но у неё есть еще такой важный параметр как рабочее напряжение и оно составляет  Vmp~17.6В, а также напряжение холостого хода Voc=21.7В,  такое напряжение выдаёт солнечная батарея без подключенной нагрузки, т.е. без какого-либо потребителя.  Если вы попробуете подключиться вольтметром к клеммам + и – солнечной панели, то как раз получите напряжение ~21.7В. Все эти параметры указываются на специальной наклейке на обратной стороне солнечной панели.

Фотография обратной стороны солнечной панели

Можно ли обойтись без контроллера

Теперь что произойдёт, если солнечную панель подключить напрямую к аккумулятору? Это просто в очень короткий срок  выведет аккумулятор полностью из строя, т.к. допустимое напряжение на клеммах аккумулятора не должно превышать ~14В, а солнечная панель, как вы уже знаете, выдаст большее на несколько вольт значение. Т

Если аккумулятор был разряжен, то он конечно же зарядится, но далее пойдет процесс перезаряда (не путать с повторным зарядом, здесь речь идёт заряде сверх нормы) с последующим его закипанием. Контроллер заряда как раз всё это предотвращает, поддерживает требуемый уровень напряжения на клеммах аккумулятора, отключает заряд, если аккумулятор уже заряжен, предотвращает разряд аккумулятора в тёмное время суток, т.к. если нет выработки, от солнечные панели сами могут стать потребителем. Всё это в купе продлевает срок службы аккумулятора.

Типы контроллеров

Контроллеры заряда бывают двух типов, MPPT и ШИМ.

•  MPPT ( сокр. от англ. Maximum Power Point Tracking)  (эМППТ) слежение за точкой максимальной мощности.
• ШИМ (Широтно-импульсная модуляция, на анл.  PWM Puls Width Modulation).

Первые эффективнее, но стоят дороже. ШИМ контроллеры обычно устанавливаются на маломощных солнечных электростанциях, с небольшим количеством солнечных панелей.

3. Аккумуляторы

Аккумуляторы позволяют накапливать электрическую энергию, вырабатываемую солнечными панелями и использовать её после захода солнца.

Стартерные или автомобильные

Часто встречаются варианты, когда владельцы солнечных электростанций в своих системах используют обычные автомобильные стартерные свинцово-кислотные аккумуляторы. Мы не советуем это делать, поскольку такие аккумуляторы не предназначены для использования в системах резервного или автономного электроснабжения. Основная задача таких аккумуляторов – это выдать большой пусковой ток для запуска двигателя, затем восполнить потраченный заряд от генератора. Такие аккумуляторы не предназначены для эксплуатации в режиме полного разряда. Буквально через несколько таких циклов они могут полностью выйти из строя и единственно что с ними можно будет сделать – это сдать на утилизацию.

Глубокого разряда

Наиболее оптимальные аккумуляторы для использования в солнечной энергетике – аккумуляторы глубокого разряда. Почти у каждого брендового производителя есть специальная серия таких аккумуляторов, чаще всего они изготовлены по технологии
AGM и/или GEL.

 На что способны такие аккумуляторы:

• Цикличная работа в режиме глубокого разряда/разряда
• Малый ток саморазряда
• Широкий рабочий диапазон температур
• Полностью герметичные, нет выделений паров кислоты
• Срок службы до 12 лет в буферном режиме

Ёмкость аккумуляторов

Кроме технологии изготовления, аккумуляторы также отличаются ёмкостью, чем больше ёмкостью, тем больше количество энергии в нём запасено. Например, если рассмотреть аккумулятор ёмкостью 100А*ч, то запасенная полезная мощность в нём составляет ~800Вт, это означает, есть к системе подключена нагрузка, например, с потреблением 150Вт*ч, то аккумулятор сможет проработать около 5 часов.

Наиболее часто используемый аккумулятор в солнечных электростанциях для дома – это аккумулятор ёмкостью 200А*ч. Запасённая мощность в нем ~1. 5кВт. Кстати, весит такой аккумулятор около 60 килограмм.

Соединение аккумуляторов

Для создания системы с большим резервом автономности необходимо увеличивать количество аккумуляторов. Соединение аккумуляторов можно реализовать по тому же принципу, что и солнечные панели. Какой именно тип соединения использоваться зависит от номинального напряжения контролера заряда и инвертора. Так, если контроллер на 24В, то аккумуляторы (2 шт.) нужно соединять последовательно, чтобы также получить 24В. Если контроллер на 12В, а имеется два аккумулятора, то их нужно соединять параллельно.

С соединением и эксплуатацией аккумуляторов много нюансов, нам часто задают такие вопросы как, можно увеличить ёмкость системы просто докупив еще один аккумулятор, можно ли соединять аккумуляторы разной ёмкости, для чего нужно использовать балансиры заряда и пр. Об всём этом мы расскажем в отдельных статьях.

4. Инвертор

Инвертор – это устройство, которое преобразует постоянное (DC, сокр. от англ. Direct Current) напряжение аккумуляторных батарей в привычное нам переменное (AC, сокр. от англ. Alternating Current ) напряжение ~220В с частотой 50Гц. Без инвертора можно будет пользоваться только постоянным напряжением 12В, у контроллера заряда есть специальные клеммы для этого, но если нужно подключать бытовые электро-приборы, то без инвертора не обойтись.

Инверторы, применяемые в солнечной энергетике, можно разделить на 3 вида:

• Автономные инверторы. Такой тип инверторов клеммами подключается к аккумулятору. На одной из сторон корпуса имеется разъем под вилку, для подключения нагрузка. Такой тип инвертор можно использовать вовсе без солнечных панелей, т.к. они оснащены входом ~220В, т.е. они умеют делать не только DC/AC преобразование, но работать в обратном направлении, а именно заряжать аккумулятор от сети 220В. Такой тип инверторов должен работать в паре с контроллером заряда.
• Гибридные инверторы. Это по сути 2 прибора в 1 корпусе: контроллера заряда и инвертор. т.е. нет необходимости в отдельном контроллере заряда к в случае с автономным инвертором. Солнечные панели подключаются напрямую к инвертору, а именно к встроенному контроллеру. У данного типа солнечных инверторов также есть возможность работы с входящим напряжением 220В.
• Сетевые инверторы.  Похожи на гибридный инвертор, также есть встроенный контроллер заряда, только работает такой инвертор без аккумуляторов, вся вырабатываемая солнечными панелями электроэнергия преобразуется в 220В и подаётся на нагрузку, т.е. потребители. Неизрасходованная электрическая энергия через двунаправленный счётчик электроэнергии подаётся во внешнюю (магистральную) электрическую сеть по зелёному тарифу (прим., в России зелёный тариф не действует). Такой тип инверторов наиболее популярен в Европе и США.

Ниже, как раз, приведены карточки товара автономного инвертора СибВольт, гибридного инвертор SILA и сетевого инвертора Sofar. Каждый из них с номинальной мощность 3000Вт. Кликнув на фотографию можно посмотреть детальные технические характеристики, описание и фотографии.

Теперь у вас есть некоторые представление о солнечной электростанции, из каких компонентов состоит, какие характеристики бываю и на что нужно обращать внимание.

Примеры солнечных электростанций

Чтобы вы могли прикинуть сколько может стоить солнечная электростанция, ниже представлены готовые комплекты для дачи, для дома, а также сетевая электростанция. Кликнув на фотографию, откроется карточка товара с подробными описанием.

Подбор индивидуального комплекта

Если вы хотите подобрать для себя солнечную электростанцию, но не знаете с чего начать или не знаете какое оборудование подобрать по вы можете пройне небольшой опрос, по результатом которого мы подберём для вас оптимальный комплект оборудования

Подобрать комплект

 

А если вы из Казани и хотите купить солнечную электростанцию, то для вас всё еще проще – можете приехать к нам в офис, посмотреть “в живую” на оборудование и подобрать оптимальный для себя комплект. Как до нас добрать вы можете посмотреть на нашей странице контактов.

Из чего сделаны солнечные панели?

Вот что мы рассмотрим в этой статье:

• Какие материалы используются для изготовления солнечных панелей
• Почему используются определенные материалы
• Как производятся солнечные панели
• Насколько экологичный процесс производства солнечных батарей

Из чего сделаны солнечные панели?

Когда вы наткнетесь на солнечную панель, она может просто выглядеть как единый комплексный блок, но правда в том, что 9Солнечные панели 0003 состоят из набора химических компонентов и материалов , каждый из которых имеет решающее значение для эффективного и действенного преобразования солнечного света в полезную электроэнергию.

Начнем с того, что практически все солнечные фотоэлектрические (PV) панели используют кристаллические кремниевые пластины в качестве основного материала компонента. Кремний используется для создания полупроводников примерно для 95% всех солнечных панелей, представленных сегодня на рынке, а остальные 5% используют экспериментальные и разрабатываемые технологии, такие как органические фотоэлектрические элементы.

Полупроводники, созданные для солнечных панелей, создают электричество: при взаимодействии с солнечным светом электроны в этом материале выбиваются из строя, что является основой электричества. Этот процесс называется фотогальваническим эффектом, и именно так солнечные батареи вырабатывают энергию.

Конечно, солнечные фотоэлементы не смогут обеспечить электроэнергией ваш дом без остальных рабочих компонентов, включая стекло, пластик, металл и электропроводку . Солнечные панели обычно покрыты слоем стекла и антибликовым покрытием для защиты чувствительных кремниевых солнечных элементов, но при этом пропускают свет.

Вся конструкция поддерживается пластиковой/полимерной рамой для установки на крыше или в наземной солнечной системе. Как и в случае с любой современной и развивающейся технологией, особенно в области энергетики, солнечные панели бывают разных стилей, компонентов и конструкций.

Наиболее распространенными типами солнечных панелей являются монокристаллические солнечные панели, поликристаллические солнечные панели и тонкопленочные солнечные панели:

• Монокристаллические кремниевые панели изготовлены из монокристалла. Это самые эффективные солнечные панели, но и самые дорогие.
• Поликристаллические кремниевые солнечные элементы состоят из нескольких кристаллов кремния, соединенных вместе. Они не так высокоэффективны, как монокристаллические панели, но являются более экономичным вариантом солнечных батарей на крыше.
• Тонкопленочные солнечные элементы изготовлены из аморфного кремния, что делает их наиболее гибкими солнечными панелями, но и наименее эффективными.

Почему солнечные панели сделаны из силикона?

Поскольку силикон является преобладающим материалом, используемым для создания солнечных панелей, возникает естественный вопрос: почему? Силикон использовался в качестве полупроводникового материала солнечной фотоэлектрической панели на протяжении большей части истории солнечной промышленности.

Изучая все возможные материалы периодической таблицы, разработчики ранних и современных солнечных панелей обнаружили, что силикон на самом деле обладает рядом идеальных свойств, которые сделали его идеальным кандидатом на роль этого полупроводникового материала:

• Силикон в изобилии доступен и доступен по цене. в качестве элементарного материала, что делает его подходящим для крупномасштабных систем.
• С точки зрения химии и электроники, силикон довольно легко оптимизировать для фотогальванического эффекта, который эффективно преобразует солнечный свет в электричество.
• В качестве составного материала силикон признан долговечным, что делает инвестиции в солнечные панели еще более выгодными.

Вы можете бесплатно и без каких-либо обязательств получить оценку от ведущей солнечной компании в вашем регионе, нажав ниже.

Как изготавливаются солнечные панели?

Из-за того, что для удовлетворения растущего глобального спроса на новые солнечные установки необходимо большое количество солнечных панелей, производственный процесс стал довольно упорядоченным и стандартизированным.

Производители солнечной энергии начинают с создания кремниевых элементов. Этот процесс включает расплавление силиконового материала и его смешивание с поддерживающими элементами. Затем они создают листы материала, которые можно разрезать и превратить в ячейки компонентов. Эта часть процесса обычно включает массовое производство и лазерную резку для ускорения производства.

Готовые ячейки затем защищают слоем материала, такого как стекло или пластик. После того, как солнечные элементы созданы, их необходимо соединить вместе в нужном размере, форме и конфигурации. Для этого производители припаивают их к основанию солнечной панели, которое выполнено из токопроводящего металла.

База содержит ячейки, а также передает вырабатываемую ими электроэнергию в одно место, независимо от того, направляется ли она в здание, в местную энергосистему или куда-либо еще.

Осталось присоединить солнечный модуль к внешней полимерной раме, которая удерживает панель и изолирует электрические компоненты, покрывая все защитным слоем стекла.

Наконец, производители упаковывают панели и отправляют их установщикам.

Экологически безопасно ли производить солнечные панели?

В то время как солнечная энергия часто рассматривается как маяк чистой энергии в мире, быстро уступающем изменению климата, недоброжелатели укажут, что производство солнечных панелей имеет свои собственные экологические соображения.

По мере совершенствования технологии солнечных панелей за последние несколько десятилетий производственный процесс продолжает становиться менее загрязняющим окружающую среду, как показано в академическом исследовании, которое выявило «сильные тенденции к снижению воздействия на окружающую среду» производства солнечных панелей между 19 и 20 веками.75 и 2015. Этот темп улучшения не остановился в последние годы, и определение наиболее экологически чистых материалов и производственных процессов остается главным приоритетом всех крупных производителей солнечной энергии.

Кроме того, в жизненный цикл солнечных панелей активно включаются соображения, связанные с окончанием срока службы солнечных панелей, при этом производители разрабатывают способы вторичной переработки панелей и компонентов их материалов, чтобы еще больше минимизировать их воздействие. При этом бесплатного обеда не бывает.

Производство любого продукта требует энергии и ресурсов, а это означает, что процесс по своей сути выбрасывает в атмосферу углекислый газ — именно то, что возобновляемая энергия стремится свести к минимуму. Хотя производство солнечных батарей имеет экологические издержки, то же самое относится и к строительству электростанций и ветряных турбин; добыча и сжигание ископаемого топлива; и любой другой способ создания полезной энергии.

Но с солнечными панелями, срок службы которых составляет 25 лет и более, это воздействие на окружающую среду распространяется на длительный период, в то время как фактическое производство электроэнергии не требует топлива. В расчете на киловатт-час в течение всего срока службы солнечной панели чистое воздействие намного ниже, чем практически у любого другого источника энергии, и это влияние становится еще меньше с постоянным совершенствованием технологий, цепочек поставок и программ утилизации.

Подходит ли вам солнечная энергия?

Поскольку энергетические компании стремятся решить проблему изменения климата, а экологически сознательные потребители энергии осознают преимущества собственного производства электроэнергии, солнечная энергия становится все более распространенным источником электроэнергии.

После того, как в 2010 году это была всего лишь вспышка на радаре, мощность солнечной энергии в США выросла в 50 раз за последнее десятилетие и достигла почти 76 гигаватт, производя достаточно энергии для питания 19 миллионов средних домохозяйств. Большинство людей наблюдали эту тенденцию к чистой энергии, наблюдая, как соседи покупают солнечные батареи, сталкиваются с солнечными установками в дополнение к местному бизнесу или даже проезжают мимо полноразмерной солнечной фермы. Но является ли солнечная энергия хорошим выбором для вашего дома?

Для многих домовладельцев решение сводится к стоимости.

Вы можете бесплатно и без каких-либо обязательств получить смету от ведущей солнечной компании в вашем регионе, нажав ниже.

Из чего сделаны солнечные батареи и как они сделаны?

Солнечная энергия стала самым дешевым источником энергии в мире, и многие люди задаются вопросом, как солнечные фотоэлектрические элементы могут быть такими эффективными и недорогими, при этом обеспечивая возобновляемую энергию. Ответ на этот вопрос означает понимание того, как работает солнечная энергия, как производятся солнечные панели и из каких частей состоит солнечная панель. Большинство доступных на рынке панелей изготовлены из монокристаллического, поликристаллического или тонкопленочного («аморфного») кремния. В этой статье мы расскажем о различных способах изготовления солнечных элементов и о том, какие детали необходимы для изготовления солнечной панели.

Основные сведения о производстве солнечных панелей

---

• Солнечные панели обычно изготавливаются из нескольких основных компонентов: кремния, металла и стекла
• Стандартные панели изготавливаются из монокристаллического или поликристаллического кремния
• Начните сравнивать цены на солнечную энергию на рынке EnergySage, чтобы увидеть варианты оборудования рядом друг с другом

Из чего сделаны солнечные панели?

Кремний является одним из наиболее важных материалов, используемых в солнечных панелях, составляющих полупроводники, которые фактически вырабатывают электричество из солнечной энергии. Однако материалы, используемые для изготовления ячеек для солнечных панелей, являются лишь частью самой солнечной панели. Процесс производства солнечной панели объединяет шесть различных компонентов для создания функционирующей солнечной панели. Эти детали включают кремниевые солнечные элементы, металлический каркас, стеклянный лист, стандартный провод 12 В и провод шины. Если вы любите делать что-то своими руками и интересуетесь материалами для солнечных панелей, возможно, вам даже понадобится гипотетический список «ингредиентов», чтобы изготовить их самостоятельно. Вот описание общих частей солнечной панели:

Кремниевые солнечные элементы

Кремниевые солнечные элементы преобразуют солнечный свет в электричество с помощью фотогальванического эффекта. Впаянные вместе в матричную структуру между стеклянными панелями кремниевые элементы взаимодействуют с тонким стеклянным пластинчатым листом и создают электрический заряд.

Металлический каркас (обычно алюминиевый)

Металлический каркас солнечной панели полезен по многим причинам; защиты от неблагоприятных погодных условий или других опасных сценариев, а также для установки солнечной панели под нужным углом.

Стеклянный лист

Лист стеклянного корпуса обычно имеет толщину 6-7 миллиметров, и хотя он тонкий, он играет большую роль в защите кремниевых солнечных элементов внутри.

В дополнение к самим солнечным элементам стандартная солнечная панель включает в себя стеклянный кожух на передней панели для повышения прочности и защиты кремниевых фотоэлектрических (PV) элементов. Под внешним стеклом панель имеет кожух для изоляции и защитный задний лист, который помогает ограничить тепловыделение и влажность внутри панели. Изоляция особенно важна, потому что повышение температуры приведет к снижению эффективности, что приведет к снижению мощности солнечной панели. Таким образом, производители солнечных фотоэлектрических систем должны приложить дополнительные усилия, чтобы обеспечить улавливание света без перегрева технологии.

Стандартный провод 12 В

Провод 12 В помогает регулировать количество энергии, передаваемой в ваш инвертор, способствуя устойчивости и эффективности солнечного модуля.

Шинный провод

Шинный провод используется для параллельного соединения кремниевых солнечных элементов. Провода шины покрыты тонким слоем для облегчения пайки и достаточно толсты, чтобы проводить электрические токи.

Как изготавливаются солнечные батареи?

Солнечные панели состоят из монокристаллических или поликристаллических кремниевых солнечных элементов, спаянных вместе и закрытых антибликовым стеклянным покрытием. Как только свет попадает на солнечные элементы, начинается фотоэлектрический эффект и вырабатывается электричество. Пять ключевых этапов изготовления солнечной панели:

1. Изготовление солнечных элементов

2. Спаяние солнечных элементов для создания панели

3. Установка заднего листа, переднего слоя стекла и рамы

4. Установка распределительной коробки

5. Проверка качества

1. Создание солнечных элементов

Основными компонентами солнечной панели являются ее солнечные элементы. Солнечные элементы P-типа или n-типа представляют собой смесь кристаллического кремния и галлия или бора для создания слитка кремния. Когда в смесь добавляется фосфор, клетки могут проводить электричество. Затем слиток кремния разрезают на тонкие листы и покрывают антибликовым слоем. Затем в ячейках прорезают тонкие щели, чтобы направить поток электричества.

Солнечные элементы N-типа и P-типа

---

Разница между кремниевыми элементами p-типа и n-типа заключается в их химическом составе. Элементы P-типа заряжены положительно благодаря слою бора, тогда как кремниевые элементы n-типа построены на основе фосфора, что придает им отрицательный заряд. Клетки N-типа обычно более эффективны, чем клетки p-типа, благодаря тому, как они взаимодействуют с входящим светом. В отличие от клеток p-типа, клетки n-типа быстрее разрушаются при воздействии большого количества света, например, в летние месяцы.

2. Спаяйте солнечные элементы вместе, чтобы создать панель

После того, как фосфор придает кремниевым пластинам их электрический заряд, металлические соединители соединяют каждый солнечный элемент в процессе, называемом пайкой. Количество ячеек, спаянных вместе одновременно, зависит от того, насколько большой должна быть солнечная панель. Для справки, 60-ячеечные панели имеют стандартный размер, а 72-ячеечные панели обычно используются для коммерческих проектов.

3. Установите задний лист, передний слой стекла и раму

В нижней части солнечных элементов для защиты устанавливается защитный лист, обычно изготовленный из сверхпрочного пластика. Затем поверх солнечных элементов устанавливается тонкий стеклянный лист для фильтрации солнечного света в солнечные элементы. Эти детали скреплены клеем под названием этиленвинилацетат (ЭВА). Все эти компоненты заключены в металлический каркас, который крепится к монтажным зажимам на крыше.

4. Установите распределительную коробку

Распределительная коробка защищает проводку солнечной панели от повреждений, чтобы поток электроэнергии двигался от панели к ее инвертору, предотвращая изменение направления тока. Эта функциональность важна в тех случаях, когда солнечная панель не производит электричество, потому что вместо этого она будет пытаться потреблять энергию. Распределительная коробка не допускает реверсирования электрического потока, поэтому ваши солнечные панели могут работать правильно.

5. Тестирование качества 

Каждая солнечная панель, поступающая на рынок, тестируется в соответствии со стандартными условиями испытаний (STC), чтобы гарантировать, что панели соответствуют ожидаемой производительности, эффективности и всему остальному, что обещает производитель в своих технических характеристиках. Панели помещают в тестер, где моделируются «стандартные» условия: излучение 1000 Вт/м2, температура ячейки 25°C и масса воздуха 1,5 г. Если он проходит, солнечная панель готова к отгрузке и установке.

Как работают солнечные панели

Солнечные фотоэлектрические элементы состоят из нескольких частей, наиболее важными из которых являются кремниевые элементы. Кремний, атомный номер 14 в периодической таблице, представляет собой неметалл с проводящими свойствами, которые дают ему возможность преобразовывать солнечный свет в электричество. Когда свет взаимодействует с кремниевой клеткой, он приводит в движение электроны, что инициирует поток электричества. Это известно как «фотоэлектрический эффект».

Однако сами по себе кремниевые элементы не могут обеспечить электричеством ваш дом. Они соединены с металлическим корпусом и проводкой, которые позволяют электронам солнечного элемента улетучиваться и обеспечивать полезную энергию. Кремний входит в состав различных клеточных структур: одноэлементные (монокристаллические), поликристаллические или аморфные формы, чаще всего ассоциируются с тонкопленочными солнечными панелями.  

Процесс производства солнечных панелей и типы солнечных панелей

Монокристаллические солнечные панели изготавливаются из одного большого кремниевого блока и производятся в формате кремниевых пластин. Производственный процесс включает вырезание отдельных кремниевых пластин, которые можно прикрепить к солнечной панели. Монокристаллические кремниевые элементы более эффективны, чем поликристаллические или аморфные солнечные элементы. Изготовление отдельных монокристаллических пластин является более трудоемким и, следовательно, более дорогим в производстве, чем поликристаллические элементы. Монокристаллические элементы имеют отчетливую черную эстетику и часто ассоциируются с гладким внешним видом панелей премиум-класса SunPower.

Поликристаллические солнечные элементы также являются кремниевыми элементами, но вместо того, чтобы формироваться в виде большого блока и разрезаться на пластины, они производятся путем плавления нескольких кристаллов кремния вместе. Многие молекулы кремния плавятся, а затем снова сливаются в саму панель. Поликристаллические элементы менее эффективны, чем монокристаллические, но они и дешевле. Они имеют голубоватый оттенок, который часто ассоциируется с эстетикой солнечных панелей SolarWorld.

Наконец, ячеек аморфного кремния создают гибкие материалы для солнечных панелей, которые часто используются в тонкопленочных солнечных панелях. Ячейки аморфного кремния не являются кристаллическими и вместо этого прикреплены к подложке, такой как стекло, пластик или металл. По этой причине тонкопленочные солнечные панели соответствуют своему названию: они тонкие и гибкие, в отличие от стандартной панели. Несмотря на то, что аморфные солнечные элементы идеально подходят для универсальности, они очень неэффективны по сравнению с моно- или поликристаллическими элементами. First Solar наиболее известна производством тонкопленочных панелей в США.0005

После изготовления уникального типа солнечных элементов производители солнечных панелей завершают процесс, соединяя электрические системы, добавляя антибликовое покрытие к элементам и помещая всю систему в корпус из металла и стекла.

Найдите производителей и установщиков качественных солнечных панелей с помощью EnergySage

Лучший способ для отдельных владельцев собственности сэкономить деньги за счет чистой энергии и сократить выбросы от ископаемого топлива — это установить домашнюю солнечную фотоэлектрическую систему.