Сравнение монокристаллических и поликристаллических солнечных батарей
Июнь 2018
Идея создания устройств, способных накапливать энергию Солнца, возникла еще в XIX веке. Первая батарея появилась в 1839 году — благодаря усилиям Антуана-Сезара Беккереля. Ее КПД составлял всего 1 %. За истекшее с тех пор время технология много раз совершенствовалась, коэффициент полезного действия современных солнечных аккумуляторов превышает 20 %. Сегодня поговорим о том, какие батареи лучше: монокристаллические или поликристаллические. Критерии оценки: КПД, сохранение исходных свойств, стоимость, эксплуатационные затраты.
Конструкция и применение
Солнечная батарея — совокупность элементов, которые служат для получения электрической энергии из световой. Принцип действия основан на фото-электрическом эффекте — за счет преобразования солнечного света в электроток. Основные компоненты системы:
Полупроводник. Как правило, моно- или поликристаллический кремний, дополненный другими химическими соединениями, которые способствуют образованию фото-электрического эффекта. Состоит из 2 материалов с разной проводимостью, за счет чего между ними происходит постоянное перемещение электронов (p-n-переход).
Прокладка — тончайшее покрытие, которое препятствует свободному движению электронов, находится между слоями полупроводника.
Источник электроэнергии, при подключении которого к прокладке электроны приобретают способность ее преодолевать — в результате этого возникает упорядоченное движение заряженных частиц, собственно, генерируется электрический ток.
Аккумулятор — накапливает полученную электроэнергию.
Контроллер заряда — выполняет функцию распределителя потоков электрической энергии.
Инвертор — нужен для трансформации постоянного тока в переменный.
Для использования солнечных батарей в качестве основного источника электроэнергии важно, чтобы количество ясных дней преобладало над пасмурными. По этой причине в большинстве регионов нашей страны подобные установки используют преимущественно как вспомогательные.
Особенности монокристаллических панелей
Монокристаллическая система представляет собой десятки фотоэлементов, объединенных в единую панель. Кристаллы получают путем выращивания — по методу Чохальского. Каждый из них закреплен на стеклопластиковой основе, которая защищает от пыли и влажности. Материал элементов — очищенный кремний. Светочувствительные ячейки ориентированы в одну сторону, за счет чего КПД монокристаллических панелей выше, чем поликристаллических. Другие особенности:
продолжительность непрерывной эксплуатации — не менее 20 лет;
КПД монокристаллов — в среднем до 20–22 % (без учета потерь полученной электроэнергии), в отдельных случаях — до 20 %;
уровень поглощения выше, чем в поликристаллических панелях;
Единственный минус монокристаллических систем — более высокая стоимость, впрочем, затраты на их приобретение быстро окупаются. При дефиците площади, когда крайне важно добиться максимального количества энергии с каждого квадратного метра, подобное решение предпочтительнее.
Особенности поликристаллических панелей
Поликристаллы получают путем постепенного охлаждения расплавленного кремния. Такая технология обходится дешевле, чем искусственное выращивание монокристаллов, правда, на краях поликристаллов может присутствовать зернистость, что приводит к снижению их эффективности. Принципиальное отличие от монокристаллических — неоднородная структура и окрас. Это обусловлено примесями и тем, что в системе содержатся кристаллы разного типа. Особенности:
КПД меньший, чем у монокристаллических элементов — до 17-18 %;
доступная цена — производство поликристаллических панелей менее затратное;
скорость утраты мощности (деградация) поликристаллов меньше, чем у монокристаллов.
Таким образом, если стоит задача получить определенное количество электроэнергии, при использовании поликристаллических панелей потребуется большая площадь. Есть мнение, что их выгоднее использовать в регионах с преобладанием пасмурных дней — при недостаточном количестве солнца поликристаллы дают больше энергии, чем монокристаллы.
Сравнение основных характеристик монокристаллических и поликристаллических элементов
Каждая из систем имеет свои плюсы и минусы. Как определить, что предпочтительнее, моно- или поликристаллы? Предлагаем вашему вниманию сравнительную таблицу, в которой рассмотрены ключевые характеристики каждого из вариантов:
Поликристаллические или монокристаллические? Какие солнечные панели лучше?
Итак, солнечные батареи — это устройства, которые преобразуют солнечную энергию в электричество. На первый взгляд, данный алгоритм достаточно прост. Но он достигается благодаря посредничеству кремния — важнейшего минерала, используемого в фотовольтаике. Данный химический элемент довольно распространен в природе, при этом постоянный технологический прогресс его обработки способствует постоянному снижению цен на солнечные батареи.
Важнейшим преимуществом таких устройств является их экологичность. Отсутствуют вредные излучение, выбросы, отходы. Такие источники энергии, как солнечные батареи, являются достаточно надежными. Безусловно, они имеют и недостаток — это непостоянство. То есть, при пасмурной погоде генерация понижается, а ночью — вообще прекращается.
Разновидности солнечных панелей
При выборе солнечных панелей возникает вопрос — какой тип солнечных панелей эффективнее? Они подразделяются на 2 типа:
1. Монокристаллические.
2. Поликристаллические.
Как уже было отмечено, солнечные батареи производятся из кремния. Основа этого материала — кристаллы. Итак, что такое кристалл? При производстве сначала происходит процесс расплавления кремния. Создается так называемый кремниевый стержень, а вокруг него появляется кристалл. После этого, монокристалл разрезают на нужное количество частей, которые и будут компонентами для солнечной батареи. Данная технология энергозатратная, поэтому и цена монокристаллических солнечных панелей высокая.
Для производства поликристаллических панелей применяется другая технология. При этом частично используются остатки от обработки монокристалла. Такой метод не требует больших затрат, поэтому поликристаллические панели стоят дешевле монокристаллических.
Температурный коэффициент в перечисленных видах солнечных панелей приблизительно одинаков — 0.45%. Исключение могут составлять солнечные панели премиальных брендов Sharp, LG, Hanwha, Longi Solar.
Монокристаллические панели
Монокристаллические панели имеют как плюсы, так и минусы. К преимуществам данного вида панелей относятся:
1. Достаточно высокие показатели работы. Это достигается благодаря высокой степени очистки кремния.
2. Высокий уровень производительности. Он достигает 18-23%. Именно за это преимущество монокристаллические панели пользуются спросом среди пользователей.
3. Солнечные панели от ведущих производителей монокристалла могут обеспечить более высокую производительность в условиях недостаточной освещенности (в утренние и вечерние часы) и при значительной облачности.
4. Компактность. Площадь используется маленькая для размещения батареи. При этом производительность ее работы выше, чем поликристаллической панели.
5. Длительный период эксплуатации. Так, гарантированный срок службы монокристаллической панели составляет от 25 до 30 лет.
Единственным недостатком такого вида батарей является их стоимость. Она значительно выше, чем поликристаллических элементов. Поэтому для установки данного вида панелей надо будет сделать капитальные вложения.
Поликристаллические панели
Поликристаллические солнечные панели имеют самое главное преимущество — это доступная стоимость. Это связано с тем, что при производстве данного вида панелей используется абсолютно незатратный метод.
К недостаткам поликристаллических панелей относятся:
1. Низкий показатель производительности. Он составляет 14-18%. Это является результатом низкого уровня чистоты кремния.
2. Занимают больше пространства. Из-за меньшей мощности, придется устанавливать больше солнечных батарей, чем при использовании монокристаллических элементов.
3. Чувствительность к перепадам температуры. Такие панели имеют определенный порог температурного режима. Когда они его достигают, начинают происходить различные физико-химические реакции. Это, в свою очередь, влияет не общий срок эксплуатации поликристаллических панелей.
Какой солнечной панели отдать предпочтение?
Какая солнечная панель лучше и сколько нужно солнечных батарей для дома — это главные вопросы, которые беспокоят потребителей. Поликристаллических панелей требуется для дома больше, чем монокристаллических. Однако это вовсе не означает, что первый вид панелей хуже другой. Они просто имеют разные способы производства.
Установка солнечных батарей — это достаточно длительный процесс. К нему надо подойти максимально внимательно. Установить однозначно, какие солнечные панели поликристаллические или монокристаллические лучше, практически невозможно.
Монокристаллические панели занимают меньше пространства. Но они дороже. Поликристаллические панели больше размером. Однако по стоимости они значительно дешевле монокристаллических панелей.
Значит, надо учитывать, что при одинаковой номинальной мощности, монокристаллические и поликристаллические панели могут отличаться своими размерами и ценой. Именно от этого Вам нужно отталкиваться, отдавая предпочтение конкретному виду солнечной батареи. Кроме этого, Вам необходимо определиться с:
• целью установки;
• расчетной мощностью;
• условиями, в которых будут эксплуатироваться панели.
Если провести более жизненный пример сравнения, то разницу между видами солнечных панелей можно перевести и различие между дизельными и бензиновыми двигателями. Каждый из данных видов ДВС имеет идентичное назначение — это превращение химической энергии в механическую.
Как бензиновые, так и дизельные двигатели имеют свои преимущества и недостатки. Например, дизельные моторы более тяговитые и экономные, а бензиновые менее затратные в обслуживании. Принципиально понять, что для каждого отдельного случая эксплуатации машин — строительства, перевозки, скоростных гонок выдвигаются определенные требования. Поэтому их нужно выбирать в соответствии с условиями эксплуатации и другими выходными данными.
Абсолютно идентичная ситуация и с подбором солнечных батарей для строительства солнечной электростанции. Чтобы автономная или сетевая СЭС работала продуктивно и надежно, на этапе подготовки необходимо осуществить индивидуальный просчет всего проекта и правильно подобрать комплектующие.
Какие солнечные батареи лучше — монокристалл или поликристалл?
Ответить на вопрос, какие солнечные батареи лучше, монокристалл или поликристалл, можно только после внимательного рассмотрения особенностей, конструкции и прочих параметров обоих разновидностей. Четкое понимание разницы между ними позволит выбрать оптимальный вариант для создания частной СЭС, сэкономить деньги, получить наиболее эффективную и долговечную систему подачи электроэнергии.
Итак, моно- или поликристаллический солнечный модуль — что лучше? Рассмотрим вопрос по порядку.
Что такое монокристаллическая солнечная батарея?
Монокристаллическая солнечная батарея представляет собой срез с единого кристалла кремния, полностью однородного и монолитного. Этот вид конструкции демонстрирует максимальную эффективность и значительно превосходит все аналоги по характеристикам, стабильности и долговечности.
Внешне их легко отличить от альтернативных конструкций — панели имеют черный цвет и по всей площади оснащены металлическими пластинками, расположенными в узловых точках решетки. Монокристаллические элементы имеют срезанные углы, поскольку изготовлены из заготовки цилиндрической формы. Если не устанавливать защитные элементы, между отдельными панелями будет накапливаться пыль, попадать и замерзать вода, что приведет к разрушению модуля.
Изготовление
Главное, чем отличаются монокристаллы от поликристаллов —это сложность в изготовлении. Монокристалл долго выращивается и требует для этого создания определенных условий.
- Используется небольшой кусочек чистого кремния, который помещают в расплав.
- Он становится основой для кристалла, который начинает расти, увеличиваться в размерах.
- Когда его величина достигает заданных параметров, процесс останавливают, а полученный цилиндр нарезают на тонкие пластинки. Это и есть заготовки для монокристаллических солнечных панелей.
- Затем их шлифуют, наносят защитное покрытие и устанавливают контактные проводники.
- Последний этап — сборка отдельных фотоэлектрических элементов в солнечные модули с заданными параметрами.
Преимущества
К преимуществам монокристаллических панелей следует отнести:
- эффективность, превышающая показатели всех остальных видов солнечных панелей. Она достигается за счет структурированности кремния, позволяющего добиться КПД в 17-22 %
- малая площадь панелей по сравнению с другими конструкциями
- долговечность монокристаллических панелей составляет до 25 лет, что не способны продемонстрировать альтернативные разновидности
- способность работать в условиях низких температур
- панели демонстрируют довольно высокую производительность даже в условиях слабой освещенности
Преимущества, которые показывают солнечные панели монокристаллические перед другими конструкциями, в значительной степени нивелируются их отрицательными качествами.
Недостатки
К недостаткам монокристаллических модулей относят:
- высокая стоимость. Процесс производства занимает много времени, требует создания специфических условий роста кристаллов. Кроме того, приходится поддерживать эти условия в неизменном состоянии в течение длительного времени. Это увеличивает себестоимость конечной продукции, и снизить ее производителям пока не удается
- чувствительность панелей к появлению загрязнений, затенения части поверхности. Это отрицательно воздействует на производительность всей сборки модулей, но может быть устранено установкой микроинверторов. Они выравнивают режим работы всех модулей, но еще больше увеличивают суммарную стоимость солнечных батарей
Основным недостатком, ограничивающим использование монокристаллов, является чрезмерно высокая цена. Пользователи, подсчитав сумму вложений, предпочитают более дешевые поликристаллы.
Стоимость
Цена монокристаллических солнечных панелей малой мощности мало отличается от поликристаллических образцов. Например, 30-ваттный модуль стоит 2100 руб. против 1700 руб. для поликристаллической панели той же мощности.
Однако, с увеличением производительности и размера панели разница в стоимости заметно увеличивается. Учитывая необходимость приобретать несколько панелей, ценовое преимущество поликристаллов возрастает. При этом, преимущество монокристаллов по всем позициям никем не оспаривается, единственным критерием становится ценовой фактор.
Что такое поликристаллическая батарея
Поликристаллические солнечные батареи изготавливаются по другой технологии. Она значительно проще, что делает методику более предпочтительной как для производителей, так и пользователей. Несколько упрощенно, технологический процесс состоит из нескольких этапов:
- нагрев кремния до точки плавления
- розлив полученного расплава по формам
- нарезка остывших брикетов на тонкие пластинки
- шлифовка, нанесение токопроводящих дорожек
- нанесение слоя защиты
Отсутствие длительного процесса естественного выращивания кристалла значительно ускоряет и упрощает процесс изготовления, но качество панелей получается намного ниже. Вся площадь фотоэлемента разделена на мельчайшие частицы. ориентированы в разные стороны. От этого процесс образования электронов при попадании фотонов света делается менее интенсивным.
КПД, который способны продемонстрировать поликристаллические панели, не превышает 12-18 %, что заметно ниже показателя монокристаллических компонентов.
Отличить внешне, монокристалл или поликристалл является базовым компонентом, очень легко. Если первый имеет черный цвет, то модули второго типа синие и не оснащены никакими дополнительными элементами на лицевой поверхности. В зависимости от производителя и особенностей технологии оттенок может быть более светлым или темным, но он всегда синий.
Преимущества
Если возникает вопрос — монокристаллические и поликристаллические солнечные модули, что лучше — надо детально рассмотреть их достоинства. Преимуществами поликристаллов считают:
- более быстрый и экономичный способ изготовления
- отставание по всем параметрам от монокристаллов не слишком значительное
- стоимость поликристаллических модулей примерно на 20 % ниже, что при покупке больших партий создает большую экономию
Необходимо учитывать, что у некоторых производителей (например, у одного из лидеров мирового рынка компании Trina Solar) более высокие показатели демонстрируют солнечные панели поликристаллические. Они превосходят монокристаллы на 2,6 % по производительности, хотя по другим параметрам они примерно равны. Однако, у других производителей такого первенства не наблюдается.
Недостатки
К недостатками поликристаллических панелей принято относить:
- КПД этих конструкций составляет всего 12-18 %
- уровень производительности ниже
- долговечность поликристаллов примерно такая же, но со временем показатель производительности заметно падает
- размер панелей на 20 % больше, чем у монокристаллических модулей той же производительности. Это играет важную роль при необходимости разместить их в условиях ограниченного пространства — на крыше или иной поверхности
Необходимо учитывать, что недостатки поликристаллических панелей не настолько существенны, чтобы пользователи в массовом порядке отказались от их применения. Наоборот, спрос на эти конструкции гораздо выше, чем на все альтернативные разновидности. Он вызван оптимальным на сегодняшний день соотношением стоимости и параметров модулей.
Стоимость
Цены на поликристаллические солнечные батареи примерно на 10-15 % ниже, чем на монокристаллические модули. Это позволяет получить заметную экономию при создании полнофункциональной СЭС с набором приборов и большим количеством панелей.
Учитывая, что долговечность поликристаллических солнечных батарей составляет около 30 лет (хотя достоверной статистики на этот счет пока никто не собрал), общий порядок цен способствует однозначному выбору этих разновидностей. Кроме того, периодически панели приходится менять, и в этом вопросе более доступная стоимость определяет выбор пользователей. 100-ваттная панель стоит около 6000 руб, а 300-ваттная — около 18000 руб. Порядок цен зависит от производителя, у некоторых компаний ценовые запросы гораздо выше.
В чём же разница?
Итак, если имеется монокристаллическая и поликристаллическая солнечная панель, разница между ними находится в плоскости себестоимости и эффективности. Изготовление монокристаллов обходится дорого и требует большого количества времени. Другой тип панелей производится намного быстрее, что делает себестоимость гораздо ниже. Соответственным образом отличаются технические характеристики модулей.
Рассматривая поликристаллические или монокристаллические солнечные батареи, следует учитывать эти факторы и принимать во внимание условия эксплуатации модулей. Монокристаллы не переносят загрязнения лицевой поверхности, тогда как поликристаллы к этому более устойчивы. Сравнение этих видов производилось в лабораторных условиях, которые на практике организовать невозможно.
Какие модули выбрать?
Выбор оптимального варианта надо производить по сочетанию стоимости, качества и технических показателей. Руководствоваться только конструкцией — неправильно, такой подход может стать причиной нерационального расхода денег. Надо произвести тщательный расчет потребностей дома в электроэнергии, прибавить необходимый запас на непредвиденные ситуации и на падение производительности с увеличением срока службы.
Руководствуясь этими данными производят подбор наиболее соответствующих солнечных модулей. Приоритет монокристаллов очевиден, но, если расходы на них слишком велики, вполне можно заменить на более доступные поликристаллические модули.
Источник https://www.sosvetom.ru/articles/sravnenie-monokristallicheskikh-i-polikristallicheskikh-solnechnykh-batarey/
Источник https://www.el-info.ru/polikristallicheskie-ili-monokristallicheskie-kakie-solnechnye-paneli-luchshe/
Источник https://energo.house/sol/kakie-solnechnye-batarei-luchshe-monokristall-ili-polikristall.html
