Гибкие солнечные панели
Самым перспективным источником возобновляемой энергии на сегодняшний день признана солнечная. Ни один разговор о будущем энергетики не обходится без упоминания о солнечных батареях. Уже сегодня появился спрос на комплекты, вырабатывающие энергию для дома, автомобиля, и даже лодок. Неоспоримым преимуществом обладают тонкопленочные гибкие панели, способные производить энергию в даже пасмурную погоду на уровне 50-60% от заявленной мощности.
Описание гибких панелей на основе аморфного кремния
Солнечные элементы из аморфного кремния получаются при помощи вакуумного напыления очень тонкого слоя кремния на фольгу из качественного металла, стекло или пластик. Коэффициент полезного действия таких панелей равен 5-6%. Это обусловлено быстрым выгоранием слоя кремния под действием солнечных лучей. В связи с этим через 2 месяца работы солнечной батареи на основе гибких солнечных панелей их эффективность понижается на 20%, через 6 месяцев батарея перестает работать.
Преимущества и недостатки гибких панелей
Несмотря на низкий КПД, у таких батарей существует ряд преимуществ. Производство гибких панелей практически безотходное, и это уменьшает их себестоимость. Элементы из аморфного кремния очень эффективно работают на рассеянном солнечном свете, и при их нагревании получается больше электроэнергии, чем у кристаллических фотоэлементов при одинаковых условиях эксплуатации. Слой нанесенного кремневодорода на кремниевую аморфную панель в 100 раз тоньше, чем используется при изготовлении кремниевого кристаллического фотоэлемента. По сравнению с кремниевыми кристаллическими фотоэлементами аморфные наделены неоспоримыми преимуществами.
Одно из них - возможность производства крупных панелей при низких температурах осаждения площадью более одного квадратного метра. Подбирая компоненты плёнки можно воздействовать на её полупроводниковые свойства и получать требуемые характеристики. Аморфный кремний обладает оптическим поглощением, которое в 20 раз выше, чем аналогичный параметр у кристаллического кремния. Такая особенность позволяет уменьшить толщину аморфной пленки до 1 мкм, в то время как пластины с кристаллическим кремнием выпускаются толщиной минимум 300 мкм.
Производство гибких панелей
Панели на основе аморфного кремния с напылением пленки толщиной 1 мкм получаются при разложении селена, помещенного в тлеющий разряд. Поскольку температура осаждения кремния колеблется в области 250-400 °С, то подложкой может служить стекло, полимеры и керамика. Одним из самых популярных материалов по-прежнему остается нержавеющая сталь. Технология, которая позволяет парам кремния осаждаться на подложку с последующим созданием защитного слоя, называется «техникой испарительной фазы». Она отличается малой трудоемкостью и низким потреблением энергии, что позитивно сказывается на себестоимости продукции.
Основной задачей в производстве панелей на основе аморфного кремния является увеличение КПД и достижение стабильных параметров при работе элемента. В настоящее время достигнута эффективность около 13% на элементах тройного перехода P-I-N. В производстве гибких фотоэлементов применяется гибкая подложка в виде полимерной или металлической ленты. В таком случае напыление аморфного слоя происходит непрерывно при прохождении подложки через реактор. Пленки, полученные таким способом, имеют низкую себестоимость.
Для увеличения срока службы элемента в некоторых технологиях заменили аморфный кремний на двухфазный материал, содержащий нанокристаллы или микрокристаллы кремния с добавлением водорода. Чем больше кристаллической фазы содержится в конечном продукте, тем больше его свойства приближаются к мультикристаллическому кремнию. Наряду с двухфазными существуют микроморфные элементы, состоящие из гибридных ячеек, содержащих нанокристаллический, аморфный и микрокристаллический кремний. Совмещая в себе эти виды кремния, элементы обладают большей стабильностью и КПД чем элементы на одном аморфном кремнии.
Заключение
Тонкопленочные элементы на основе аморфного кремния способны производить электричество из рассеянного света. Эта особенность делает их востребованными в тех регионах, где часто бывает пасмурная погода, а так же в местах, расположенных поблизости загрязняющих атмосферу предприятий. Несмотря на низкую себестоимость гибких панелей, из-за низкого КПД для их применения требуется площадь в 2,5 раза больше, чем для мульти- или монокристаллических элементов.
Тонкопленочные панели нашли свое применение в системах, вырабатывающих электричество непосредственно в сеть. Это связано с тем, что большая эффективность при использовании аморфных элементов достигается в системах более 10 кВт. Для производства электроэнергии резервными или маломощными системами электроснабжения рекомендуется использовать мульти- или монокристаллические панели.