Фотоэлектрические панели, также известные как солнечные панели, представляют собой устройства, которые преобразуют солнечную энергию в электричество. В этой статье мы рассмотрим типы фотоэлектрических элементов и посмотрим, чем они отличаются.

Типы фотоэлектрических элементов в солнечных панелях

В настоящее время используются три типа фотоэлектрических элементов. Они различаются используемым полупроводниковым материалом. Но все они работают одинаково — возбужденные электроны перемещаются между слоями полупроводников.

Кристаллические

Кристаллические ячейки делятся на две категории — монокристаллические и поликристаллические. Оба используют кремниевые пластины, которые нарезаются и располагаются рядами. Разница между ними заключается в кристаллической структуре кремния. Монокристаллические элементы состоят из монокристалла кремния, а поликристаллические элементы состоят из комбинации многих монокристаллов. 

Монокристаллические элементы отличаются наибольшим сроком службы, экономичностью и высокой устойчивостью к погодным условиям. Но они же и самые дорогие из всех фотоэлектрических установок.

Поликристаллические элементы менее эффективны, поэтому предполагаемые установки должны быть больше, чтобы компенсировать меньшую мощность. Однако они по-прежнему очень долговечны, а их цена ниже.

Они также различаются визуально. Монокристаллические клетки имеют черный цвет, а поликристаллические — темно-синий. Кристаллические элементы представляют собой первое поколение фотоэлектрических элементов и в настоящее время являются наиболее популярными.

Тонкопленочные ячейки

Это элементы второго поколения, для их производства используются такие материалы, как теллурид кадмия, аморфный кремний или комбинация индия, селена, галлия и меди. 

При использовании других материалов для производства тонкопленочных ячеек они намного тоньше, чем кристаллические ячейки. Их толщина может быть до 350 раз меньше. Еще одним улучшением является значительно сниженная стоимость производства по сравнению с первым поколением. Кроме того, тонкопленочные панели являются гибкими, что позволяет использовать их в строительстве, например, в установках BIPV (Building Integrated Photovoltaics).

Недостатком тонкопленочных элементов является меньший срок службы по сравнению с элементами первого поколения, а значит, и гарантийные сроки. Еще одним недостатком является используемый для производства теллурид кадмия — кадмий вреден для человека при вдыхании.

Новые типы фотоэлектрических панелей

Развитие фотоэлектрических панелей постоянно прогрессирует. Разрабатываются новые фотоэлектрические технологии. А существующие постоянно совершенствуются для повышения их эффективности и снижения производственных затрат. Примеры новых технологий фотоэлектрических элементов включают:

• Концентрические фотоэлектрические элементы – это элементы, характеризующиеся в настоящее время самым высоким КПД, который составляет более 45%. В этих панелях используются линзы и изогнутые зеркала. Которые концентрируют солнечный свет на небольших солнечных батареях. Кроме того, эти панели вращаются, поэтому они могут следовать за солнцем. 
• Сенсибилизированные красителем солнечные панели (ячейка Гретцеля) — относятся к группе тонкопленочных панелей. Их преимущество в том, что они очень дешевы в производстве и полупрозрачны. Что позволяет использовать их вместо стекла в зданиях.

Эффективность фотоэлектрических элементов

Когда дело доходит до эффективности, каждый тип фотоэлемента производит разное количество энергии. Чтобы определить производительность солнечных панелей, они тестируются в стандартных условиях испытаний (STC). Таким образом, при 25°C и 1000 ватт на квадратный метр солнечного излучения это эквивалентно хорошему солнечному дню. В этих условиях солнечная панель с КПД 15% и площадью 1 м2 будет производить 150 Вт.

Наибольший КПД имеют монокристаллические панели и он составляет около 20%. Вторыми по эффективности являются поликристаллические панели — около 15%. И последнее место занимают тонкопленочные панели с КПД 7-10%.

Тип ячейки	Эффективность	Преимущества	Дефекты
Монокристаллический	~20%	Максимальная производительность и срок службы	Высокая цена
Поликристаллический	~15%	Средняя стоимость	Средняя производительность
Тонкий слой	~10%	Самая низкая стоимость	Самая низкая производительность и срок службы

Какие солнечные панели выбрать?

Однозначно ответить на этот вопрос невозможно. Потому что здесь имеет значение слишком много факторов, все типы клеток имеют свои преимущества и недостатки.

• Владельцы недвижимости, у которых достаточно места для солнечных батарей, могут сэкономить деньги, выбрав поликристаллические панели, которые менее эффективны, но дешевле. 
• Однако, когда места мало, стоит выбрать более дорогой и эффективный вариант, т.е. монокристаллические панели. 
• Что касается тонкопленочных панелей, то их чаще всего устанавливают на крышах коммерческих зданий из-за большого свободного места.
• Также важны расположение объекта, направление, в котором будет стоять установка, а также потребление электроэнергии в доме или на предприятии. 

Но это все, это общие правила. Перед выбором установки необходимо все обсудить со специалистом и сделать соответствующие расчеты рентабельности установки.

Нужно ли мыть солнечные батареи? Фотогальваническое обслуживание

Тема, которую часто упускают из виду, а именно обслуживание фотоэлектрических солнечных панелей. Данные говорят о том, что фотоэлектрические установки необходимо периодически чистить. Иначе они могут потерять до 20% своего КПД. 

Фотогальваническая установка подвергается воздействию всех внешних факторов – от перепадов температур, осадков до загрязнения воздуха. Это, конечно, совершенно нормально из-за того, как работает фотогальваника, но воздействие такого типа явлений имеет определенные последствия.

В основном это касается того, что осаждается на фотоэлектрических модулях. А это множество разных вещей, соединений или веществ, которые с течением времени (и нарастающим слоем грязи) все сильнее влияют на работоспособность клеток.

Зачем нужно чистить солнечные панели? Дождя недостаточно?

Большинство людей думают, что дождя более чем достаточно, чтобы поддерживать фотогальваническую систему в хорошем состоянии. И в чем-то они правы – регулярных осадков достаточно, чтобы смыть пыль и сохранить КПД установки на уровне 95%.

Но кроме обычной пыли на панелях оседает еще и:

• Загрязнение воздуха, например, смог;
• Птичий помет;
• Пыльца растений;
• Пыль, образующаяся во время сбора урожая.

Если бы дождь был идеальным моющим средством, нам не нужно было бы мыть окна и машины, но мы это делаем.

Эффект пренебрежения ячейками заключается в снижении эффективности установки до 20%. Такая потеря эффективности не может остаться незамеченной. Особенно при рассмотрении счетов за электроэнергию и сроков окупаемости, которые больше всего почувствуют компании с установками, намного большими, чем домашние.

Как часто нужно чистить солнечные панели и когда лучше всего их чистить?

Чтобы ответить, нужно задать себе несколько вопросов:

• Какой угол наклона имеют фотоэлементы? Установка с малым углом наклона (0-10 градусов) означает, что загрязнения оседают на ячейках и не так легко исчезают, требуя большего внимания.
• Есть ли поблизости сельскохозяйственные угодья, автомагистрали или фабрики? Если это так, возможно, в воздухе много пыли, которая оседает на фотогальванической установке.
• Сезон пыльцы закончился? Если это так, возможно, на панелях остался липкий осадок, из-за которого дождю трудно смыть грязь.

Принято считать, что солнечные панели нужно чистить 1-2 раза в год. Первый раз весной удалить загрязнения после зимнего периода, во время которого из дымоходов выходит много разной пыли и копоти. Второй раз – в конце лета, когда закончился сбор урожая и меньше осадков.

Однако когда вы видите, что клетки грязные, например, из-за сильного запыления растений, которые не смываются дождем, или когда вы видите птичий помет, стоит их убрать. Точечное загрязнение снижает эффективность установки, а птичий помет вызывает коррозию и может повредить ячейки.

Как чистить солнечные батареи? Несколько советов

Прежде чем приступить к очистке вашей фотоэлектрической установки, вам нужно знать, что она довольно деликатная. Вот несколько советов, как правильно очистить фотогальваническую установку, не подвергая ее повреждениям:

• Выполняйте уборку утром, когда панели не прогреты солнцем, благодаря чему они не испытают термического удара.
• Для очистки используйте только мягкую щетку или губку, благодаря чему вы не поцарапаете поверхность ячеек.
• Для мытья можно использовать небольшое количество средства для мытья окон, смешанное с водой.
• По окончании мойки промойте панели дистиллированной или дождевой водой. Избегайте водопроводной воды, так как она создает пятна известкового налета.

В случае более сильного загрязнения фотоэлектрической установки можно использовать препарат для очистки солнечных панелей, например TENZI Solar Panels, который дополнительно защитит элементы гидрофобным покрытием, благодаря которому грязь будет накапливаться медленнее.

Также важно, чего нельзя делать при уборке:

• Не используйте мойку высокого давления в непосредственной близости от модулей. Это повредит их.
• Не прикасайтесь к кабелям или проводам. Вы можете получить удар электрическим током или повредить установку.
• Не наступайте на модули. Ваш вес может повредить модули.
• Не мойте горячие панели в течение дня. Разница температур между водой и нагретой панелью может привести к тепловому удару и повреждению панелей.

Сколько стоит обслуживание фотоэлектрических установок?

Если вы не хотите рисковать, выходите на крышу, не хотите этого делать или у вас есть какие-либо другие противопоказания, вы можете доверить чистку фотовольтаики профессионалам. На рынке есть специализированные компании, занимающиеся очисткой фотогальваники.

Также стоит помнить, что после установки фотогальванической установки у нас есть доступ к ежегодному техническому обслуживанию, которое также занимается очисткой установки.

Фотоэлектричество — как оно работает зимой и сколько электричества производит

Зимой КПД фотоэлектрической установки может упасть до 1/5. В тексте ответим, почему так происходит, а также как снег и минусовые температуры влияют на функционирование фотоэлектрической установки.

В случае с фотогальваникой вы должны смотреть на производство энергии в течение года, а не в конкретный день. Хотя, естественно, КПД фотогальваники зимой гораздо ниже, чем летом, летом бывают и дождливые периоды, когда небо несколько дней пасмурно и КПД панелей снижается. Фотовольтаика работает вне зависимости от времени года, хотя ее эффективность будет колебаться в течение года. Более солнечные дни летом или весной приведут к более высокой эффективности фотоэлектрической установки, а более короткие дни зимой автоматически приведут к снижению эффективности установки зимой. 

Стоит помнить, что фотогальванические элементы генерируют электричество из солнечного излучения — благодаря фотогальваническому эффекту — а не из тепла, которое эти лучи дают.

Фотоэлектрические панели и мороз

Низкая температура или мороз никак не влияют на эффективность фотоэлектрических панелей. Фотоэлектрические элементы используются для производства энергии на исследовательских станциях в Антарктиде и Арктике, в местах, где температура часто опускается ниже -30 градусов по Цельсию.

Вопреки тому, что может показаться, не низкая, а высокая температура негативно влияет на эффективность фотоэлектрической установки. Согласно исследованиям, в зависимости от места установки, ее эффективность может снижаться до 10-25% при воздействии высоких температур. 

Необходимо помнить, что снижение КПД установки – это пустая трата денег и более длительная окупаемость инвестиций. По этой причине рекомендуется избегать полного покрытия панелей снегом в течение длительного времени. 

Солнечные панели, установленные под углом 30-45 градусов, сами будут сбрасывать снег при температуре выше 0 градусов Цельсия – снег растает и сползет с панелей. Кроме того, темная поверхность клетки заставляет ее поглощать больше солнечного света, а значит, поглощать тепло, что еще больше способствует таянию снега на поверхности панелей. 

В случае продолжительных морозов и слоя снега на панелях стоит подумать об удалении с них снега для восстановления ожидаемой работоспособности установки. Стоит не забывать аккуратно убирать снег и использовать то, что не повредит панели, например, щетку с мягкой щетиной, и в то же время позаботиться о собственной безопасности, когда это панели на крыше.

Сколько электроэнергии вырабатывает фотогальваника зимой?

Зимой можно ожидать снижения КПД панелей до нескольких десятков процентов по сравнению с летним периодом. Особенно это будет заметно в декабре-январе, когда продолжительность дня намного короче, а значит, наименьший доступ к солнечному излучению. 

Предположим, что у нас есть фотогальваническая установка мощностью 3 кВт — это установка для среднего домохозяйства. В пиковый период, т.е. в июле-сентябре, такая фотоэлектрическая установка может запросто производить более 1 кВтч. В свою очередь, в зимний период января-марта можно ожидать половину этого значения, т.е. около 400-500 кВтч. Самый низкий КПД — около 80 кВтч — будет, вероятно, получен в декабре из-за самых коротких дней в этом месяце. 

Отсюда можно сделать вывод, что на рубеже осени и зимы КПД фотоэлектрической установки снижается на 70-80% по сравнению с КПД в летний период. Однако это не должно вызывать опасений – производство энергии выравнивается в течение 12 месяцев.

Вопрос-ответ