ООО "Гелиос-Ресурс"
Олимпийский проспект, 42 141006 Россия, Мытищи, Мытищинский район, Московская область
+7 (499) 391-48-60, +7 (498) 687-06-50, +7 (498) 687-05-95, info@helios-resource.ru
ООО "Гелиос-Ресурс"
Олимпийский проспект, 42 141006 Россия, Мытищи, Мытищинский район, Московская область
+7 (499) 391-48-60, +7 (498) 687-06-50, +7 (498) 687-05-95, info@helios-resource.ru

В чем разница между моно, мульти и тонкопленочными солнечными элементами и панелями?

 

Вы планируете приобретение солнечных панелей и не знаете, на какой технологии остановить свой выбор? Мы сможем представить вашему вниманию основные акценты для обоснованного выбора исходя из реалий современных технологий.

 

Кристаллический кремний (c-Si).

Более 90% производимых солнечных панелей в мире по результатам 2012 г. (около 60 ГВт) базируются на разновидностях кристаллического кремния (в основном моно и мультикристаллического, при практически равном соотношении от обьема выпуска - 50% на 50%).

 

Незначительная доля на рынке тонкопленочной технологии обусловлена  в настоящий момент резким падением цен у производителей моно и мультикремниевой технологии, а не более низкой эффективностью тонких пленок. Огромное количество компаний и планируемых проектов в области тонких пленок были закрыты из-за отсутствия спроса на их продукцию за прошедшие 2-3 года. В виде исключения можно, однако, привести лидирующую американскую компанию FirstSolar, производящую тонкопленочные модули по технологии CdTe. FirstSolar добилась рекордных показателей эффективности в модулях –  до14,4% (при КПД подобных модулей для массового применения 11-12%) Доля и присутствие FirstSolar на рынке в США значительно, и потенциал преодолеть сложную рыночную ситуацию достаточно высок.. Существует отечественный проект Хэвел-Солар, запущенный компанией Ренова господина Вексельберга, при содействии Государственной корпорации «Российская корпорация нанотехнологий". Микроморфные модули компании Хэвел имеют эффективность около 10%. Планируемая проектная мощность завода должна достигнуть 130 Мвт в год.

 

Монокристаллические солнечные элементы и модули.

Солнечные элементы, выполненные по монокристаллической технологии, легко отличить по псевдоквадратной форме (скошенные углы). Монокристалл, выращенный по технологии Чохральского, имеет цилиндрическую форму, поэтому для оптимизации использования и удешевления кристалл, прежде чем резать на пластины, квадратируют. Чем ближе форма монокристаллического солнечного элемента к квадрату, тем выше его стоимость, так как увеличивается необходимый диаметр выращиваемого слитка и сокращается его длина, а значит и производительность. Современная производительность оборудования для выращивания монокристаллов позволяет получать кристаллы до 200-300 кг. Типичные размеры элементов:5 дюймов- 125x125x150 мм (полный квадрат - диагональ 176 мм - практически не выпускается) и 6 – дюймов 156 х 156 х205 мм(полный квадрат220 ммтакже большая редкость)

 mono кристаллический кремний

 

Преимущества монокристаллической технологии:

Монокристаллические солнечные элементы и модули имеют наивысший КПД, обусловленный многими факторами. Бездислокационная структура монокристалла создает наилучшие условия для работы p-n перехода, а единая кристаллографическая ориентация поверхности (как правило <100>) значительно упрощает и повышает эффективность создания текстурированной (развитой) поверхности для большего поглощения солнечного излучения. Серийные элементы SunPower и Sanyo имеют эффективность более 22%, а солнечные модули SunPower E20 имеют эффективность 20,1%. Но подобная технология – технология высокоэффективных солнечных элементов - все еще дорога, и относительная доля рынка SunPower и Sanyo слишком незначительна. Доминирует стандартная технология с КПД солнечных модулей от 15 % до16,4% - это модули, выполненные из монокристаллических элементов с эффективностью  от 17% до 19,5%.

 

Следует обратить особое внимание на разницу между эффективностю или КПД солнечного элемента и эффективностю или КПД солнечного модуля. КПД модуля всегда ниже и зависит от многих факторов:

- плотность заполнения модуля солнечными элементами (зазоры между солнечными элементами и форма элементов);

- потери, поглощение и отражение солнечного излучения ламинирующими материалами солнечного модуля, пленки и стекла;

 

КПД модуля просто рассчитать, зная его номинальную мощность  и площадь. Для этого нужно поделить мощность на площадь и полученный результат разделить на 1000 вт/м2 (излучение при стандартных условиях)

 

Псевдоквадратная форма монокристаллического солнечного элемента значительно снижает эффективность или кпд модуля ввиду более низкой плотности расположения элементов.

 

Температурный коэффициент изменения мощности имеет отрицательный знак и для монокристаллических модулей колеблется в пределах 0,39 %  - 0,43 %/ град. Это коэффициент изменения максимальной мощности относительно стандартных условий: 25 град С, 1000 Вт/м2, АМ1,5. То есть при повышении температуры максимальная мощность падает, а при понижении мощность возрастает. И это изменение тем резче,  чем выше по модулю значение температурного коэффициента.

Как правило, температурный коэффициент для монокремния немного меньше, чем для мультикремния. Типичные значения для мультикремния – 0,42% - 0,45% / град. То есть для самого лучшего моно-модуля и для самого худшего мульти-модуля, разница падения/повышения мощности на каждые 10 град С может составить 3,9% для моно и 4,3% для мульти соответственно. В абсолютных величинах на каждые 100 ватт при изменение температуры на 10 град разница между «наилучшим моно» и «наихудьшим мульти» составит не более, чем 0,5 ватта.  Много это или мало - решать конечному заказчику.

 

Гарантированный срок эксплуатации монокристаллических модулей 20-25 лет. Производители дают гарантию, что по истечению этого срока мощность модулей будет не менее 80% от их изначальной мощности. 0,8-1% в год – типичная деградация для модулей, выполненных по кристаллической технологии. Однако значительную долю в процесс постоянной деградации модуля вносят не природа кристаллического солнечного элемента, а свойства ламинирующих материалов, пленок и стекла, их помутнение и расслаивание от влияния времени и климатического воздействия. Какой-либо существенной разницы между моно и мульти модулями результаты ускоренных климатических тестов не показывают.

 

Недостатки монокристаллической технологии.

- Монокристаллическая технология более дорогая. Максимальная скорость роста кристалла диаметром от 5 до8 дюймовпо Чохральскому - до1 ммв мин. Тогда как скорость направленной кристаллизации (мультикремний) в полтора-два раза выше, а размер мультикристалла может достигать 1 тонны.

- Метод выращивания по Чохральскому достаточно сложен. В процессе роста необходимо управлять многими параметрами: скоростью роста кристалла, скоростью вращения затравки и тигля, диаметром и формой растущего кристалла, тепловыми полями рабочей зоны, скоростью и потоками движения аргона в печи. Кроме того, процесс затравки кристалла крайне сложно поддается автоматизации и чаще всего требует прямого контроля со стороны хорошо обученного оператора;

- Из-за псевдоквадратной формы элементов, монокристаллические модули имеют меньшую степень заполнения элементами, и удельная мощность на единицу площади или КПД модуля значительно падает по сравнению с мультикремнием. В результате монокристаллический модуль превосходит эффективностью мульти незначительно.

 

Мультикристаллические солнечные элементы и модули.

 

Промышленная технология выращивания мульти кристаллов кремния методом направленной кристаллизации (Directional Solidification Process) появилась существенно позже, чем метод Чохральского. Основным драйвером для разработки этой технологии было стремление снизить стоимость процесса роста и резко увеличить производительность, при сохранении базовых показателей эффективности солнечных элементов. Ростовое оборудование Американской компании GT-Solar успешно справилось с поставленной задачей. Всего за 2-3 года доля солнечного рынка была поделена практически поровну между моно и мульти технологиями. Кристаллическая структура слитка мультикремния принципиально отличается от монокристалла наличием большого количества зерен, средний размер которых колеблется и составляет в среднем до двух сантиметров. В настоящее время ведутся активные разработки получение единого монокристалла технологией направленной кристаллизации. Эта методика получила название квази-моно. Практически с помощью небольшой доработки стандартных печей для выращивания мультикремния и дополнительных приемов в процессе роста, удается получить слитки на 70-80% состоящие из монокристалла. При этом вес получаемого слитка стремиться к 1 тонне. Успех данной технологии создаст реальные проблемы для монокремния, получаемого методом Чохральского.

 

 мультикристаллический кремний

 

Преимущества мультикристаллической технологии:

- Основное преимущество процесса направленной кристаллизации – возможность получения  в промышленных масштабах огромных слитков массой до 1 тонны и выше при низких удельных затратах. Слиток мультикремния G6 имеет размеры 1050 х 1050 х550 мм. С помощью проволочной резки этот слиток брикетируют на 36 брикетов с размерами 156 х 156 х500 мм. Толщина пропила при этом не превышает 300 микрон. А боковая обрезь кристалла после обработки вновь используется в последующих процессах. Таким образом, в процесс резки на пластины поступает около18 метровготовых абсолютно квадратных мультикристаллов/брикетов 156 х 156мм, что эквивалентно по крайней мере 6 монокристаллам со средней длинной2 метракаждый. А значит, при одинаковой скорости роста (хотя направленная кристаллизация в полтора раза быстрее) производительность одной печи роста мультикремния эквивалентна производительности по крайней мере 6 печей роста по методу Чохральского.

- Технологически процесс направленной кристаллизации существенно проще, чем рост монокристалла. Процесс полностью автоматизирован и не требует высокой квалификации операторов, контролирующих ход процесса;

- Форма получаемых пластин и солнечных элементов абсолютно квадратная. Степень заполнения солнечного модуля максимальная. 

 пластины из мультикристаллического кремния

Недостатки мультикристаллической технологии.

- Эффективность солнечных элементов, получаемых из мультикристаллов, уступает эффективности монокремниевых элементов. Типичный диапазон КПД для мульти - 16-18 %, тогда как моно - 17-19,5% (сверхэффективные моно выше 20% занимают незначительную долю рынка). Однако эффективность или КПД в солнечных модулях различаютя уже не так значительно. Так, типичный диапазон современных мульти модулей 14 – 15,7 %, а моно – 15 – 16,4 %. То есть, фактически эта разница колеблется от 0 до 2,4 % эффективности. Если конечный заказчик понимает, что эффективность – это, в конечном счете, соотношение мощности к площади занимаемой солнечными модулями, то 2,4 % разницы между моно и мульти могут быть пренебрежимо малы для малых инсталляций (до 100 квт) и с учетом необходимых дополнительных площадей на обслуживание;

- современная технология текстурирования и нанесения антиотражающего покрытия практически скрывает структуру поверхности мультикремния состоящего из множества кристаллов. Поэтому существовавшее мнение об более равномерном визуальном виде моно модулей и солнечных элементов, в настоящий момент, утрачивает актуальность;

- температурный коэффициент изменения максимальной мощности на десятые доли процента превышает подобные изменения в моно модулях. Но реальные отличия для мощностей до 100 квт могут составить не более 500 ватт на каждые 10 град, что для конечного потребителя практически незаметно. Более того, при отрицательных температурах прирост мощности мульти модулей гораздо существеннее.

 таблица кол-во произведенных пластин моно и мульти

Краткое обобщение – сравнение моно и мульти технологий.

 

Таким образом:

1)  Цена мульти модуля ниже, чем моно, это обусловлено технологией;

2)  Эффективность или кпд мульти модулей 14 – 15,7% отличается от моно 15 – 16,4%, но не так значительно;

3) Гарантированный срок эксплуатации декларируемый производителями - 20-25 лет;

4) Естественная деградация эффективности в течение гарантийного срока эксплуатации не более 1% в год;

5) Температурный коэффициент изменения мощности относительно стандартных условий (25 град С) отличается на десятые доли процента и для конечного потребителя небольших инсталляций практически незаметен;

6) Влияние климатических факторов и времени по п. 3 и 4 на материалы, окружающие солнечный элемент (пленки и стекло), может привести к куда более значительным изменениям, чем собственно теоретическая деградация солнечного элемента. Поэтому качество изготовления модуля и качество составляющих материалов куда более значительны, чем небольшая разница в технологиях моно и мульти.

 

Просмотров: 5784

Дата: Вторник, 19 Февраля 2013