Солнечные батареи: Электронный слоеный пирог

solnechnaya-batareya_elektronnyj-sloenyj-pirogСолнечные батареи — это заводы по производству электроэнергии в комплексной структуре солнечной электростанции. Они захватывают энергию солнечного света и преобразуют её в электрическую энергию.

В последние годы мы уже привыкли к внешнему виду солнечных батарей — из-за своего эффектного дизайна они кажутся нам уже простыми и почти будничными. Но, как настоящие произведения искусства из области физики и инженерной мысли, они все-таки несколько более утонченные, чем кажутся на первый взгляд.

Их основная задача, которой подчинена каждая деталь в конструкции солнечных батарей — как и в конструкции солнечной электростанции в целом — заключается в недорогом и надежном производстве солнечной электроэнергии при любых погодных условиях в течение многих десятилетий.

В миниатюре — это задача фотоэлементов, рабочих лошадок в солнечных электростанциях — мелких фотодиодов размером от нескольких десятых до нескольких тысячных миллиметра, которые несут свою службу в самом центре солнечных батарей.

В более крупном масштабе их производительность в каждой солнечной батарее объединяется, затем связывается с производительностью других солнечных батарей и направляется на инвертор солнечной электростанции и далее к точке подключения в сеть. Однако солнце можно поймать только снаружи — на открытом воздухе. Там чувствительные мелкие комплектующие солнечных батарей неизбежно подвергаются воздействию ветра и непогоды, жары и холода, пыли и грязи — 24 часа в сутки и 365 дней в году.

Для того, чтобы гарантировать долгую, безаварийную и эффективную работу солнечной электростанции, солнечные батареи должны отвечать, как минимум, трем требованиям: Вся доступная на месте монтажа солнечная энергия должна быть как можно более эффективно преобразована в солнечную электроэнергию.

Солнечные батареи должны быть способны надежно выдержать любые изменения погодных условий в течение всего срока службы солнечной электростанции, как правило, в течение 25-40 лет. Солнечные батареи должны быть такими, чтобы их можно было смонтировать быстро, легко и надежно без повреждений крыши по доступной цене.

Эти требования как раз и диктуют принципиальную схему конструкции солнечной батареи. Но как она будет выглядеть в деталях, слой за слоем, будет зависеть от типа солнечной батареи. Солнечные батареи из кристаллических фотоэлементов по своей конструкции совершенно отличаются от тонкослойных. Ниже мы покажем, чем.

Структура толстослойных солнечных батарей

solnechnaya-batareya_-elektronnyj-sloenyj-pirog_Если сегодня в любой точке мира — будь то на доме, сарае или солнечном поле — монтируется солнечная электростанция, то в 90% из 100% строек используются кристаллические солнечные батареи. Их доля на рынке составляет около 91%. Этот тип солнечной батареи основан — как следует из названия — на кристаллических фотоэлементах, которые состоят из кремниевых платин толщиной около 0,2 мм и размерами примерно 15 х 15 сантиметров. Термин «кристаллический» обусловлен кристаллической структурой молекул кремния. Особо высококачественные фотоэлементы из монокристаллического кремния образуют идеальную кристаллическую решетку, в поли- или мультикристаллическом кремнии она всего лишь очень равномерная. В некоторых странах кристаллические фотоэлементы часто называют толстослойными: потому что они от десяти до ста раз толще, несмотря на свою малую толщину, чем тонкослойные фотоэлементы.

Слой за слоем: структура кристаллических солнечных батарей в деталях

solnechnaya-batareya_elektronnyj-sloenyj-pirog__Толстослойные солнечные батареи в основном состоят из кристаллических фотоэлементов. Их производят в ходе производственного процесса, отдельного от производства солнечных батарей. Это основное отличие от производства тонкослойных солнечных батарей — разница, которая с одной стороны требует больше технических усилий и тем самым более высоких производственных затрат. Не в последнюю очередь именно поэтому кристаллические солнечные батареи за киловатт мощности на 200- 500 евро дороже, чем тонкослойные. Более высокие производственные затраты, с другой стороны, имеют свои преимущества. Качество каждого фотоэлемента проверяется индивидуально, при этом кремниевые пластины низкого качества отсортировываются. Это одна из причин, почему у кристаллических солнечных батарей эффективность по сей день выше на 5-10%, чем у тонкослойных.

Только после сортировки примерно от 30 до 100 выбранных кристаллических фотоэлементов соединяются между собой для увеличения функционального целого кристаллической солнечной батареи. Этот специальный производственный процесс также служит для того, чтобы собрать высокочувствительные микроэлектронные комплектующие детали, преобразующие свет в электричество в одном защитном покрытии в виде кокона из разных слоев и материалов.

Вот такт выглядит типичная структура кристаллической солнечной батареи:

Комплектующие детали солнечной батареи Функциональное назначение
Стеклянное покрытие (передняя часть солнечной батареи) — защищает от повреждений

— улучшает вход светового излучения (более высокий КПД)

Фотоэлементы — преобразуют солнечный свет в электроэнергию
Пленки, изготовленные из этила-винилацетата (EVA); изоляция фотоэлементов — обертывание фольгой служит для фиксации и защиты фотоэлементов
Пленка с тыльной стороны — служит изолятором и защитой от влаги
Соединительная коробка — соединяет вместе все провода, идущие от фотоэлементов, чтобы облегчить электрическое объединение всех солнечных батарей в одну схему

— вмещает байпассные диоды. Они предотвращают потери эффективности в случае затенения.

Уплотнения (между стеклом и рамкой) — предотвращают проникновение влаги
Рамка солнечной батареи — придает солнечной батарее больше прочности

— защищает края от повреждений

 

Для нишевых применений — например, для солнечных электростанций, интегрированных в фасадах или крышах — эта так называемая стеклянного-пленочная структура солнечной батареи — иногда может быть легко изменена. Вместо пленки на тыльной стороне устанавливается еще одно стекло, которое обеспечивает более высокую механическую стабильность солнечной батареи. Таким образом «стеклянно-пленочная» солнечная батарея превращается в солнечную батарею типа «стекло-стекло». Она может обойтись без армирующего металлического каркаса, поэтому она способна удовлетворить достаточно высокие эстетические требования.

Источник: http://www.photovoltaiksolarstrom.de/aufbau-photovoltaik/photovoltaikmodule#anker2

Написать нам