Що таке сонячна батарея

Зазвичай під терміном “сонячна батарея” мається на увазі панель, що генерує електричний струм під впливом сонячного світла. Сонячну батарею ще називають фотоелектричним перетворювачем. Також зустрічаються такі терміни як: сонячна панель, сонячний модуль, фотомодуль і т.д.

Структура фотоелектричної установки

Сонячна батарея та фотоефект

Для отримання електроенергії від сонячної батареї необхідно зробити фотоефект. Цей процес пов’язаний із фізичним явищем p-n переходу, який відбувається у фотоелементі. Конструктивно фотоелемент складається із двох пластин напівпровідникового матеріалу. Одна з пластин містить атоми бору, а друга атоми миш’яку. При цьому верхній шар характеризується надлишком електронів (область електронів), а нижня їх браком (так звана дірочна область). В даному випадку на межі цих пластин підтримується електронно-дірковий перехід, так званий p-n перехід.

Внаслідок потрапляння на фотоелемент сонячних променів (фотонів) відбувається освітлення пластин і обидва шари взаємодіють як електроди звичайної батареї – виникає електрорушійна сила (ЕРС).

Вчені впритул вивчають питання, які б поліпшити вироблення електроенергії в сонячних електростанція з допомогою підвищення ККД сонячної батареї. Для цього в тонкошарових осередках може міститися не тільки кремній, а й галій, арсенід, кадмій, мідь, селен та багато інших матеріалів. Так само великою проблемою на шляху покращення ефективності сонячних батарей є надмірне тепло, яке виникає при нагріванні пластин сонячних елементів. Розробляється багато шляхів для відведення тепла від сонячної батареї. Адже ККД панелей у поодиноких випадках перевищує 30%.

Типи сонячних батарей

Нині ринку можна знайти п’ять основних типів сонячних батарей.

Монокристалічні сонячні батареї

Також відомі як монокристалічні модулі, виготовляються з одного кристала чистого кремнію, який розпилюють на кілька пластин. Завдяки використанню чистого кремнію вони мають характерний темно-чорним колір. Монокристалічні панелі вважаються найбільш компактними та довговічними серед усіх типів сонячних батарей.

Проте це впливає на вартість – виробництво одного монокристалічного модуля передбачає значні витрати кремнію, іноді перевищуючи 50%. Це призводить до високої ціни на такі батареї. Проте цей тип батарей наразі показує високий рівень рентабельності.

Полікристалічні сонячні батареї

Як випливає з назви, вони складаються з різних кристалів кремнію, а не одного. Фрагменти кремнію розплавляють та заливають у квадратну форму. Це робить полікристалічні елементи набагато доступнішими, оскільки майже немає відходів.

Однак це також робить їх менш ефективними з точки зору перетворення енергії та займаної площі, оскільки чистота їхнього кремнію та конструкція нижча, ніж у монокристалічних панелей. Вони також мають нижчу термостійкість, що означає, що вони менш ефективні у високотемпературних середовищах. Ще донедавна цей тип модулів був найросповсюдженіший, проте останнім часом він поступився лідерством монокристалічним батареям через здешевленя технології вирощування кремнію та одночасного здорожчання енергоресурсів.

Сонячні батареї з телурид кадмію (CdTe)

CdTe має таку ж перевагу низької вартості, як і полікристалічні елементи, при цьому володіючи найнижчим вуглецевим слідом. Крім цього він потребує менше води при виробництві і має коротший час окупності енергії серед усіх типів сонячних панелей. Проте токсичність кадмію робить переробку дорожчою, ніж інші матеріали.

Сонячні батареї з аморфного кремнію (a-Si)

Модулі з аморфного кремнію (A-Si) отримали свою назву через свою безформну природу. На відміну від моно- та полікристалічних сонячних елементів аморфний кремній не структурований на молекулярному рівні.

У середньому для комірки a-Si потрібна лише частина кремнію, необхідного для типових кремнієвих елементів. Це дозволяє їм мати найнижчі витрати виробництва за рахунок ефективності. Ось чому панелі a-Si підходять для сфер, що вимагають дуже мало енергії, таких як кишенькові калькулятори.

Сонячні батареї з селеніду міді, індія, галію (CIGS)

У панелях CIGS використовується тонкий шар міді, індія, галію та селену, нанесений на скляну або пластикову підкладку. Комбінація цих елементів призводить до найвищої ефективності серед тонкоплівкових типів, хоча й не такої ефективної, як батареї із кристалічного кремнію.

Типи сонячних батарей по ефективності

Серед усіх типів панелей кристалічні сонячні панелі мають найвищий ККД.

• Монокристалічні панелі мають ККД понад 20%.
• Полікристалічні панелі коливаються десь між 15-17%.

Натомість, тонкоплівкові батареї зазвичай на 2-3% менш ефективні, ніж кристалічний кремній. В середньому:

• Панелі CIGS мають діапазон ефективності 13-15%.
• CdTe коливається не більше 9-11%.
• a-Si мають найнижчий ККД на рівні 6-8%.