Рассчитываем и изготавливаем солнечные батареи своими руками

Неизменный рост потребления энергии солнечного света способствует увеличению спроса на оборудование, с помощью которого эту энергию можно накапливать и использовать для дальнейших нужд. Наиболее популярным способом получения электроэнергии является солнечная фотовольтаика. В первую очередь объясняется это тем, что производство солнечных батарей основано на использовании кремния – химического элемента, занимающего второе место по содержанию в земной коре.

Рынок солнечных батарей на сегодняшний день представляют крупнейшие мировые компании с многомиллионными оборотами и многолетним опытом. В основе производства солнечных панелей лежат различные технологии, которые постоянно совершенствуются. В зависимости от ваших нужд вы можете найти солнечные батареи, размеры которых позволяют встроить их в микрокалькулятор, или панели, которые без проблем разместятся на крыше здания или автомобиля. Как правило, одиночные фотоэлементы вырабатывают очень небольшое количество мощности, поэтому используются технологии, позволяющие соединять их в так называемые солнечные модули. О том, кто и как это делает и пойдет речь дальше.

Технологический процесс изготовления солнечных панелей

1 этап

Первое с чего начинается любое производство, в том числе и производство солнечных батарей – это подготовка сырья. Как мы уже упоминали выше, основным сырьем в данном случае служит кремний, а точнее кварцевый песок определенных пород. Технология подготовки сырья состоит из 2 процессов:

Этап высокотемпературного плавления.
Этап синтеза, сопровождающийся добавлением различных химических веществ.

Путем этих процессов достигают максимальной степени очистки кремния до 99,99%. Для изготовления солнечных батарей чаще всего используют монокристаллический и поликристаллический кремний. Технологии их производства различны, но процесс получения поликристаллического кремния менее затратный. Поэтому солнечные батареи, изготовленные из этого вида кремния, обходятся потребителям дешевле.

После того, как кремний прошел очистку, его разрезают на тонкие пластины, которые, в свою очередь, тщательно тестируют, производя замер электрических параметров посредством световых вспышек ксеноновых ламп высокой мощности. После проведенных испытаний пластины сортируют и отправляют на следующий этап производства.

2 этап

Второй этап технологии представляет собой процесс пайки пластин в секции, с последующим формированием из этих секций блоков на стекле. Для переноса готовых секций на поверхность стекла используют вакуумные держатели. Это необходимо для того, чтобы исключить возможность механического воздействия на готовые солнечные элементы. Секции, как правило, формируют из 9 или 10 солнечных элементов, а блоки – из 4 или 6 секций.

3 этап

3 этап – это этап ламинирования. Спаянные блоки фотоэлектрических пластин ламинируют этиленвинилацетатной пленкой и специальным защитным покрытием. Использование компьютерного управления позволяет следить за уровнем температуры, вакуума и давления. А также программировать требуемые условия ламинирования в случае использования разных материалов.

4 этап

На последнем этапе изготовления блоков солнечных батарей монтируется алюминиевая рама и соединительная коробка. Для надежного соединения коробки и модуля используется специальный герметик-клей. После чего солнечные батареи проходят тестирование, где измеряют показатели тока короткого замыкания, тока и напряжения точки максимальной мощности и напряжения холостого хода. Для получения необходимых значений силы тока и напряжения возможно объединение не только солнечных элементов, но и готовых солнечных блоков между собой.

Какое оборудование необходимо?

При производстве солнечных панелей необходимо использовать только качественное оборудование. Это обеспечивает минимальные погрешности при измерении различных показателей в процессе тестирования солнечных элементов и состоящих из них блоков. Надежность оборудования предполагает более долгий срок эксплуатации, следовательно, минимизируются расходы на замену вышедшего из строя оборудования. При низком качестве возможны нарушения технологии изготовления.

Основное оборудование, используемое в процессе производства солнечных панелей:

Кто поставляет нам солнечные батареи?

Солнечные панели – дело очень перспективное, а главное прибыльное. Количество покупаемых солнечных батарей увеличивается с каждым годом. Что обеспечивает постоянный рост объемов продаж, в котором заинтересован любой завод по производству солнечных батарей, а их по всему миру немало.

На первом месте стоят, конечно, китайские компании. Низкая стоимость солнечных батарей, которые китайцы экспортируют по всему миру, привела к появлению множества проблем у других крупнейших компаний. За последние 2-3 года о закрытии производства солнечных панелей объявили, по меньшей мере, 4 немецких бренда. Началось все с банкротства компании Solon, после которой закрылись Solarhybrid, Q-Cells и Solar Millennium. Американская компания First Solar также заявила о закрытии своего завода во Франкфурте-на-Одере. Свое производство панелей свернули и такие гиганты как Siemens и Bosch. Хотя, учитывая, что китайские солнечные батареи стоят, к примеру, почти в 2 раза дешевле немецких аналогов, удивляться здесь нечему.

Первые места в топе компаний, производящих солнечные панели, занимают:

Yingli Green Energy (YGE) является ведущим производителем солнечных батарей. За 2012 год ее прибыль составила более 120 млн. $. Всего она установила солнечных модулей более чем на 2 ГВт. Среди ее продукции панели из монокристаллического кремния мощностью 245-265 Вт и поликристаллические кремниевые батареи мощностью 175-290 Вт.
First Solar. Хоть эта компания и закрыла свой завод в Германии, в числе крупнейших она все-таки осталась. Ее профиль – это тонкопленочные панели, мощность которых за 2012 год составила около 3,8 ГВт.
Suntech Power Ко. Производственные мощности этого китайского гиганта составляют примерно 1800 МВт в год. Около 13 млн солнечных батарей в 80 странах мира – это результат труда этой компании.

Среди российских заводов следует выделить:

«Солнечный ветер»
ООО «Хевел» в Новочебоксарске
«Телеком-СТВ» в Зеленограде
ОАО «Рязанский завод металлокерамических приборов»
ЗАО «Термотрон-завод» и другие.

Более полный перечень фирм, изготавливающих и поставляющих оборудование и изделия для солнечной энергетики, вы найдете в нашем .

Не отстают и страны СНГ. Так, например, завод по производству солнечных батарей еще в прошлом году был запущен в Астане. Это первое предприятия подобного рода в Казахстане. В качестве сырья планируется использовать 100% казахского кремния, а оборудование, установленное на заводе, отвечает всем последним требованиям и полностью автоматизировано. Запуск аналогичного завода есть и в планах у Узбекистана. Инициатором строительства выступила крупнейшая китайская компания Suntech Power Holdings Co, такое же предложение поступило и от российского нефтяного гиганта «ЛУКОЙЛ».

При таких темпах строительства, следует ожидать повсеместного использования солнечных модулей. Но это и неплохо. Экологичный энергетический источник, дающий бесплатную энергию, сможет решить множество проблем, связанных с загрязнением окружающей среды и истощением запасов природного топлива.

Статью подготовила Абдуллина Регина

Видео о процессе изготовления солнечных панелей:

На сегодняшний день из всех известных человечеству источников альтернативной энергии наиболее популярными являются солнечные панели, батареи и прочие генераторы на основе гелио-энергии. Учитывая текущую стоимость расходов на энергоресурсы, многие интересуются: где приобрести солнечные панели для своего дома, каковы цены на них и есть ли готовые решения? И поскольку рост курса валюты прямо отражается на платежной способности населения, все больше граждан интересуются солнечными панелями российского производства.

Что такое солнечные панели и как их используют для дома?

Несмотря на то, что данному виду энергоснабжения домов уже более 30 лет, не так много специалистов в этой области. Почему использование солнечных панелей для частного дома так выгодно? Ответ прост: платить надо только за оборудование и установку, впоследствии энергоноситель бесплатен! В таких странах, как КНР, Соединенные Штаты, Франция, Италия и Германия до 30% населения устанавливает на крышу батареи, чтобы пользоваться миллиардами неиссякаемых киловатт солнечной энергии. Если это бесплатно, в чем секрет?

Принцип работы батареи следующий: представим себе полупроводники из кристаллов (например, из кремния), которые преобразовывают кванты света в составляющие электрического тока. Солнечная панель содержит сотни тысяч таких кристаллов. В зависимости от требуемой мощности, площадь такого покрытия составляет от пары квадратных сантиметров (вспомним калькулятор) до сотен квадратных метров, например, для орбитальных станций.

Не смотря на кажущуюся простоту устройства, ее использование на территории России очень ограничено. Так, возможности использования солнечных батарей ограничены климатом, погодой, временем года и суток. Плюс к тому, чтобы система подавала ток в сеть, необходимо приобрести:

Аккумулятор, который буде накапливать энергию на случай перепадов напряжения;
Инвертор, который будет переводить постоянный ток в переменный;
Систему, контролирующую заряд аккумулятора.

Кратко о потреблении

Среднестатистическая семья из 4 человек потребляет 250-300 кВт в месяц. Солнечные модули для бытового пользования дают в среднем 100 Ватт с 1 кв. м в сутки (в ясную погоду). Для того, чтобы питать полностью дом от солнечных панелей, нужно установить минимум 30, в идеале 40 секций, что обойдется не менее, чем в 10 000 у.е. При этом крыша должна быть ориентирована на южную сторону, а количество солнечных дней в месяц в среднем не должно быть не меньше 18-20. Ниже приведена карта солнечных дней.

Вывод: солнечные панели хороши в качестве резервного источника электрической энергии. Кроме того, нужно знать, как их подобрать, чтобы мощности хватало для обеспечения бытовых нужд. Зато вне зависимости от аварий, ваш дом всегда будет снабжен электричеством.

1. Солнечные панели от ЗАО «Телеком-СТВ»

Российская компания “Телеком-СТВ” (г. Зеленоград) производит продукцию в среднем на 30% дешевле, чем немецкие аналоги: цены начинаются от 5600 рублей за панели на 100 Ватт. Панели данного производителя имеют КПД до 20-21%. Основной «фишкой» данного предприятия стала запатентованная технология изготовления кремниевых пластин диаметром до 15 миллиметров и солнечных модулей на их основе.

Какую батарею от ЗАО «Телеком-СТВ» можно посмотреть? Наиболее популярная модель носит название ТСМ, далее идет маркировка, в зависимости от мощности: от 15 до 230 Вт (цена указана приблизительно).

Модель	Мощность, Вт	Габариты, мм	Вес, кг	Цена, руб.
ТСМ-15	18	430?232?43	1,45	от 3500
ТСМ-40	44	620?540?43	4,05	от 6000
ТСМ-50	48	620?540?43	4,05	от 6575
ТСМ-80А	80	773?676?43	6,7	от 8500
ТСМ-80B	80	773?676?43	6,7	от 9000
ТСМ-95А	98	1183?563?43	7,9	от 10750
ТСМ-95В	98	1183?563?43	7,9	от 11000
ТСМ-110А	115	1050?665?43	8,8	от 12500
ТСМ-110В	115	1050?665?43	8,8	от 12800
…	..	…	…	…
ТСМ-270А	270	1633?996?43	18,5	от 23370

Основной тип производимых солнечных панелей - монокристаллические, хотя каждая модель также может быть представлена в виде мульти (поли-) кристаллической. Каждый вид имеет свои преимущества и недостатки. Рассмотрим в таблице плюсы и минусы каждого типа панелей ЗАО «Телеком-СТВ».

Выбор, конечно ограничивается возможностями бюджета, поэтому продолжим обзор других недорогих и надежных устройств от российских производителей.

2. Hevel – завод в Чувашии

Компания «Хевел» открыла инновационную фабрику по производству микроморфных тонкопленочных батарей. Считается, что такие солнечные модули более эффективно улавливают лучи рассеянной энергии в сравнении с моно или поли кристаллами из кремния. Еще одним преимуществом пленочных батарей Hevel можно считать их малую толщину и привлекательный внешний вид. Поэтому их часто используют для облицовки фасадов зданий в качестве резервного источника электричества.

Какую батарею от Hevel можно посмотреть для примера? Вот таблица с параметрами наиболее популярного модуля Hevel Solar HVL – солнечная панель 100 Ватт (максимальной мощностью до 105 Вт):

Стоимость панели Hevel начинается от 9000 рублей. Но, даже в погожий день с 1 квадратного метра батареи получается всего 125 Ватт. Этого достаточно для 3 часов работы 1 ноутбука, не более. Поэтому необходим расчет, сколько нужно Ватт для функционирования всей системы:

При потреблении 10 кВт в день нужно иметь эти 10 кВт в резерве. 10000/125*9000= 720 000 рублей – приблизительно нужно вложить в покупку.

В ассортименте представлены также поликристаллические панели Хевел, цена их ниже, КПД также понижен, их рекомендуют для загородных домов и территорий, где количество солнечных дней в году превышает 300.

3. Рязанский ЗМКП

Рязанский завод металлокерамических приборов функционирует с 1963 года, однако с 2002 года перешел на систему международного контроля качества ISO 9001 и выпускает солнечные панели строго в соответствии с ее требованиями и ГОСТ 12.2.007-75. В прейскуранте компании можно найти 2 актуальные модели RZMP мощностью 130 и 220 Ватт. Их КПД варьируется от 12 до 17,1%. Наносятся солнечные элементы на окрашенную алюминиевую основу методом последовательного соединения. Вот их сравнительные характеристики:

RZMP 130-Т подходит для автономного снабжения отдельных помещений, бытовых приборов (например, нагревательный котел). Более мощная модель от 220 до 240 Вт ресурсом покупается чаще для резервного снабжения всего дома. Ее стоимость варьируется от 13 200 руб до 14 400 руб за модуль.

4. Краснодарский «Сатурн»

Панели кубанского производства выпускаются с 1971 года, за этот период предприятие выпустило более 20 000 квадратных метров продукции. «Сатурн» используют две собственно освоенных технологии производства – на основе монокристаллического выращенного кремния или арсенид-галлиевые с германиевой подложкой. Последние показывают максимально высокие характеристики и используются для снабжения ответственных объектов (АЗС, предприятия непрерывного цикла и т.д.)

Оба типа модулей можно выполнить на любом каркасе, от сетки и пленки до металлических (из анодированного алюминия) и струнных типов. Фотоэлектрические преобразователи могут быть:

с полированной поверхностью;
со встроенными диодами;
с алюминиевым зеркалом.

Вот основные энергетические характеристики ФЭП «Сатурн», в зависимости от типа:

Эти характеристики актуальны для носителей любых размеров: на предприятии «Сатурн» можно заказать как сборные модули на крышу коттеджа, так и миниатюрные солнечные панели для датчиков, преобразователей, изделий электротехники, а также аккумуляторные батареи. По прайсам вас сориентируют только в отделе продаж..

5. Solar Wind («Солнечный ветер»)

Это предприятие расположено в Украине. В России существует аналогичное предприятие, которое выступает скорее в роли инвестора и реализатора. Solarwind выпускают солнечные модули мощностью от 1 до 15 кВт/час. В зависимости от назначения и мощности в модуль может входить от пары до нескольких десятков батарей. Так, солнечная батарея 1000 Вт включает 5 модулей, один контроллер заряда на 30 А, аккумулятор 150 А/ч – 2 штуки в наборе и инвертор 1200 В. Срок службы батареи составляет до 18 лет.

Совет: если вы покупаете оборудование Solar Wind для круглогодичного обеспечения жилого дома энергией, стоит брать не менее 10 кВт/ч.

Чтобы получить представление о возможностях фотоэлектрических систем «Солнечный Ветер» (Украина) мощностью от 1000 до 15 000 Ватт, предлагаем сравнительную таблицу из расчета 1 день потребления.

Мощность модуля	1 кВт/ч	3 кВт/ч	5 кВт/ч	10 кВт/ч	15 кВт/ч
Пример снабжения питанием различных систем (суммарно)
Лампочка (энергосберегающая, при работе 4 часа в день)	4 штуки по 11 Вт	10 штук мощностью 15 Вт каждая	10 штук мощностью 20 Вт каждая	20шт/20Вт	40шт/20Вт
Кондиционер	Не хватит	Не хватит	Не хватит	1 час в день	3 часа в день
Ноутбук питанием 40 Вт/ч	4 часа	4 часа	4 часа	4 часа	4 часа
ТВ	50Вт/ч 3ч/день	50Вт/ч 4ч/день	150Вт/ч 4ч/день	150Вт/ч 3ч/день	150Вт/ч 4ч/день
Антенна спутникового ТВ, 20 Вт/ч	3ч/день	4ч/день	4ч/день	3ч/день	3ч/день
Холодильник	Не хватит	100Вт/ч 24ч/день	10Вт/ч 24ч/день	150Вт/ч 24ч/день	150Вт 24ч/день
Стиральная машина	Не хватит	900Вт/ч 40м/день	900Вт/ч 1ч/день	1500Вт/ч 1ч/день	1500Вт/ч 1ч/день
Пылесос, 900 Вт/ч	Не хватит	Не хватит	2 раза в неделю по 1 часу	2 раза в неделю по 1 часу	2 раза в неделю по 1 часу

6. Солнечные батареи «Квант»

Первыми НПП «Квант» предложили производство кремниевых солнечных батарей с 2-сторонней чувствительностью, а также монокристаллы арсенида галлия. Наиболее популярной моделью сегодня выступает Квант КСМ и ее модификация КСМ-180П. Стоимость такой батареи не превышает 18 000 рублей, срок службы достигает 40 лет.

Однако приведем характеристики всех модулей. Их можно заказать как в моно, так и в поликристалической вариации. Удельная энергетическая характеристика выше у монокристаллических панелей и достигает 200 Вт/кв. м. По сравнению с зарубежными аналогами, «Квант» оптимален за счет низкой цены и относительно небольшого уменьшения КПД на протяжении всего срока службы.

Характеристика	КСМ-80	КСМ-90	КСМ-100	КСМ-180	КСМ-190	КСМ-205
Мощность номинальная, Вт	80-85	90-95	98-103	180-185	190-195	205-210
Ток короткого замыкания, А	5,4-5,6	5,5-5,7	5,8-5,9	5,4-5,6	5,5-5,9	5,6-6,1
Напряжение холостого хода, В	21,2-21,5	22,2-22,4	22,8-23,0	34,8-36,6	35,1-37,2	35,9-37,8
Кол-во солнечных элементов	36	36	36	72	72	72
Габариты, мм	1210х547х35	1210х547х35	1210х547х35	1586х806х35	1586х806х35	1586х806х35
Коммутационная коробка, TUV	IP66	IP66	IP66	IP66	IP66	IP66
Масса, кг	8,5	8,5	8,5	16	16	16
КПД, %	17,5	18,3	18,7	17,8	18,4	19,0

7. Sun Power портативные солнечные панели

Эта компания расположена в Украине и большей частью прославилась выпускаемыми перевозными солнечными комплексами. С их помощью можно получить электричество даже в походных условиях. Эти комплексы отличаются своей мобильностью, небольшими размерами и портативностью. Имеют выход USB и обладают мощностью до 500 Вт.

Другие характеристики портативных панелей Sun Power:

срок службы солнечных панелей до 30 лет;
имеет международную сертификацию CE RoHC;
новое поколение панелей может быть также интегрировано в фасад или крышу без потери эстетики.

Удобно использовать подобные решения в автономном освещении биллбордов, дорог и участков, питании кемпингов и трейлеров, яхт и катеров.

8. «Квазар» - еще один украинский производитель

Компания выпускает широкий ассортимент фотовольтаического оборудования, в том числе солнечные панели и зарядные устройства. Солнечные батареи Kvazar изготавливаются из кремниевых кристаллов, выращенных на предприятии и имеют усиленную алюминиевую базу. Гарантия качества, которая выдается производителем немного настораживает – всего 10 лет. Однако электролюминесцентные и другие лабораторные тестирования подтверждают более длительный срок службы - до 25 лет.

Наш выбор: панели - KV175-200/24 M (монокристаллические), KV220-255M (также моно), KV210-240Р (вариант поли), в маркировке цифры указывают на мощность устройства.

Цена батарей от 13 000 рублей (приблизительно) за 150 Вт. Кроме гелиопанелей Kvazar выпускают фотоэлектрические преобразователи ячейками от 4 на 4 до 6 на 6 дюймов с КПД до 18,7%.

9. ООО «Витасвет»

Московское предприятие ООО «Витасвет» выпускает одну базовую модель SSI-LS200 P3 в 4-х вариациях мощности: от 225 до 240 Вт. Каждый модуль состоит из 60 кремниевых пластин типа мультикристалл и крепится на алюминиевый профиль. Вот их основные параметры, полученные при испытаниях в нормальных условиях 800 Вт/кв.м:

Тип батареи/параметр	225 Вт	230 Вт	235 Вт	240 Вт
Макс. напряжение, В	29,6	29,7	29,8	30,2
Ток короткого замыкания, А	8,1	8,34	8,41	8,44
КПД, %	13,5	13,8	14,1	14,5

Стоимость 12 800 рублей за панель мощностью 240 Вт.

10. Завод «Термотрон» (г. Брянск)

Предприятие производит автономные системы уличного освещения на солнечных батареях и мини-автономные солнечные станции. Первые поставляются на базе серийных модулей с высокой столбовой опорой. Особенности автономных систем уличного освещения от «Термотрон»:

Эксплуатируются в диапазоне от -40 до +50 градусов по Цельсию;
Имеют угол раскрытия луча 135 на 90 градусов;
Поставляются с гарантированным ресурсом работы 12 лет в городских условиях;
Имеют высоту опоры от 6 до 11 метров;
Имеют мощность от 30 до 160 Вт на выбор.

Автономная станция «ЭКОТЕРМ*», выпускаемая заводом, будет интересна владельцам загородных домов и участков. Ее применяют также на фермах, телефонных станциях, для оснащения сельских школ, больниц, магазинов.

*Работает от дизель-генератора 14,5 кВт. Цена вырабатываемой энергии при количестве 18 фотоперерабатывающих элементов 5,12 руб/кВт, срок окупаемости до 5 лет (цену уточнять у производителя).

Заключение

Мы провели обзор нескольких ведущих предприятий так называемой фотоэнергетики России и Украины, который, надеемся, даст первичное представление о целесообразности применения солнечных батарей и позволит принять верное решение. Это не все бренды, однако наиболее популярные и доступные в продаже таковы.

Человечество стремится перейти на альтернативные источники электрического снабжения, которые помогут сохранить чистоту окружающей среды и сократить затраты на выработку энергии. Производство является современным индустриальным методом. включает в себя приемники солнечного света, аккумуляторы, контролирующие устройства, инверторы и другие приборы, предназначенные для определенных функций.

Солнечная батарея является главным элементом, с которого начинается накопление и преобразование энергии лучей. В современном мире для потребителя при выборе панели существует много подводных камней, так как промышленность предлагает большое число изделий, объединенных под одним названием.

Кремниевые солнечные батареи

Эти изделия популярны у современных потребителей. В основу их изготовления положен кремний. Запасы его в недрах широко распространены, добыча сравнительно недорогая. Кремниевые элементы выгодно отличаются уровнем производительности от других батарей солнечного света.

Виды элементов

Производство из кремния ведется следующих типов:

монокристаллический;
поликристаллический;
аморфный.

Различаются вышеназванные формы устройств тем, как компонуются кремниевые атомы в кристалле. Основным отличием элементов становится различный показатель преобразования световой энергии, который у двух первых видов находится приблизительно на одном уровне и превышает значения у приборов из аморфного кремния.

Промышленность сегодняшнего дня предлагает несколько моделей солнечных уловителей света. Отличие их состоит в том, какое применяется оборудование для производства солнечных батарей. Играет роль технология изготовления и разновидность начального материала.

Монокристаллический тип

Эти элементы состоят из силиконовых ячеек, скрепленных между собой. По способу ученого Чохральского производится абсолютно чистый кремний, из которого изготавливают монокристаллы. Следующим процессом является разрезание застывшего и затвердевшего полуфабриката на пластины толщиной от 250 до 300 мкм. Тонкие слои насыщают металлической сеткой электродов. Несмотря на дороговизну производства, такие элементы применяют достаточно широко из-за высокого показателя преобразования (17-22%).

Изготовление поликристаллических элементов

Солнечных батарей из поликристаллов состоит в том, что расплавленная кремниевая масса постепенно охлаждается. Производство не требует дорогого оборудования, следовательно, затраты на получение кремния снижены. Поликристаллические солнечные накопители имеют меньший коэффициент эффективности (11-18%), в отличие от монокристаллических. Это объясняется тем, что в процессе остывания масса кремния насыщается мельчайшими зернистыми пузырьками, что приводит к дополнительному преломлению лучей.

Элементы из аморфного кремния

Изделия относят к особому типу, так как их принадлежность к кремниевому виду исходит от наименования используемого материала, а производство солнечных батарей выполняется по технологии пленочных приборов. Кристалл в процессе изготовления уступает место кремниевому водороду или силону, тонкий слой которых покрывает подложку. Батареи имеют самое низкое значение эффективности, всего до 6%. Элементы, несмотря на существенный недостаток, имеют ряд неоспоримых преимуществ, дающих им право стоять в ряду с вышеназванными типами:

значение поглощения оптики выше в два десятка раз, чем у монокристаллических и поликристаллических накопителей;
имеет минимальную толщину слоя, всего 1 мкм;
пасмурная погода не влияет на работу по преобразованию света, в отличие от других видов;
из-за высокого показателя прочности на изгиб без проблем применяется в трудных местах.

Три вышеописанных вида солнечных преобразователей дополняются гибридными изделиями из материалов с двойственными свойствами. Такие характеристики достигаются, если в аморфный кремний включаются микроэлементы или наночастицы. Полученный материал схож с поликристаллическим кремнием, но выгодно отличается от него новыми техническими показателями.

Сырье для производства солнечных батарей пленочного типа из CdTe

Выбор материала диктуется потребностью в уменьшении стоимости изготовления и повышении технических характеристик в работе. Наиболее часто применяется светопоглощающий теллурид кадмия. В 70-е годы прошлого столетия CdTe считался основным претендентом на космическое использование, в современной промышленности он нашел широкое применение в энергетике солнечного света.

Этот материал относят к категории кумулятивных ядов, поэтому не стихают прения по вопросу его вредности. Исследования ученых установили тот факт, что уровень вредного вещества, поступающего в атмосферу, является допустимым и не наносит вреда экологии. Уровень КПД составляет всего 11%, но стоимость преобразуемой электроэнергии от таких элементов ниже на 20-30%, чем от приборов кремниевого вида.

Накопители лучей из селена, меди и индия

Полупроводниками в приборе служат медь, селен и индий, иногда допускается замещение последнего на галлий. Это объясняется высокой востребованностью индия для производства мониторов плоского типа. Поэтому выбран этот вариант замещения, так как материалы имеют похожие свойства. Но для показателя КПД замена играет существенную роль, производство солнечной батареи без галлия повышает эффективность работы устройства на 14%.

Солнечные уловители на полимерной основе

Эти элементы относят к молодым технологиям, так как они недавно появились на рынке. Полупроводники из органики поглощают свет для преобразования его в электрическую энергию. Для производства применяют фуллерены углеродной группы, полифенилен, меди фталоцианин и др. В результате получают тонкие (100 нм) и гибкие пленки, которые в работе выдают коэффициент эффективности 5-7%. Величина небольшая, но производство гибких солнечных батарей имеет несколько положительных моментов:

для изготовления не затрачиваются большие средства;
возможность установки гибких батарей в местах изгибов, где эластичность имеет первоочередное значение;
сравнительная легкость и доступность установки;
гибкие батареи не оказывают вредного воздействия на окружающую среду.

Химическое травление в процессе производства

Самой дорогой в солнечной батарее является мультикристаллическая или монокристаллическая пластина из кремния. Для максимально рационального режут псевдоквадратные фигуры, эта же форма позволяет плотно уложить пластины в будущем модуле. После процесса резки на поверхности остаются микроскопические слои нарушенной поверхности, которые убираются при помощи травления и текстурирования, чтобы улучшить прием падающих лучей.

Обработанная подобным способом поверхность представляет собой хаотично расположенные микропирамиды, отражаясь от грани которых, свет попадает на боковые поверхности других выступов. Процедура рыхления текстуры понижает отражающую способность материала приблизительно на 25%. В процессе травления применяют серию кислотных и щелочных обработок, но недопустимо сильно уменьшать толщину слоя, так как пластина не выдерживает следующие обработки.

Полупроводники в солнечных батареях

Технология производства солнечных батарей предполагает, что основным понятием твердой электроники является p-n-переход. Если в одной пластине совместить электронную проводимость n-типа и дырочную проводимость p-типа, то в месте соприкосновения их возникает p-n-переход. Основным физическим свойством указанного определения становится возможность служить барьером и пропускать электричество в одном направлении. Именно такой эффект позволяет наладить полноценную работу солнечных элементов.

В результате проведения фосфорной диффузии на торцах пластины складывается слой n-типа, который базируется у поверхности элемента на глубине всего 0,5 мкм. Производство солнечной батареи предусматривает неглубокое проникновение носителей противоположных знаков, которые возникают под действием света. Их путь в зону влияния p-n-перехода должен быть коротким, иначе они могут при встрече погасить один другого, при этом не сгенерировав никакого количества электричества.

Использование плазмохимического травления

В конструкции солнечной батареи предусмотрены лицевая поверхность с установленной решеткой для съемки тока и тыльная сторона, представляющая собой сплошной контакт. Во время явления диффузии возникает электрическое замыкание между двумя плоскостями и передается на торец.

Чтобы удалить замыкание, применяется оборудование для солнечных батарей, позволяющее сделать это с помощью плазмохимического, химического травления или механическим, лазерным путем. Часто используется метод плазмохимического воздействия. Травление выполняется одновременно для стопки сложенных вместе пластин кремния. Исход процесса зависит от длительности обработки, состава средства, размера квадратов материала, направления струй ионного потока и других факторов.

Нанесение антиотражающего покрытия

При помощи нанесения текстуры на поверхности элемента снижается отражение до 11%. Это обозначает, что десятая часть лучей попросту отражается от поверхности и не принимает участия в образовании электричества. С целью уменьшения таких потерь на лицевую сторону элемента наносят покрытие с глубоким проникновением световых импульсов, не отражающее их обратно. Ученые, принимая во внимание законы оптики, определяют состав и толщину слоя, поэтому производство и установка солнечных батарей с таким покрытием уменьшают отражение до 2%.

Контактная металлизация с лицевой стороны

Поверхность элемента предназначена для поглощения наибольшего количества излучения, именно этим требованием определяются размерные и технические характеристики наносимой металлической сетки. Выбирая дизайн лицевой стороны, инженеры решают две противоположные проблемы. Снижение оптических потерь происходит при более тонких линиях и расположении их на большом расстоянии одна от другой. Производство солнечной батареи с увеличенными размерами сетки приводит к тому, что часть зарядов не успевает достичь контакта и теряется.

Поэтому учеными стандартизировано значение расстояния и толщины линии для каждого металла. Слишком тонкие полоски открывают пространство на поверхности элемента для поглощения лучей, но не проводят сильный ток. Современные методы нанесения металлизации состоят в трафаретном печатании. В качестве материала наиболее оправдывает себя серебросодержащая паста. За счет ее применения КПД элемента поднимается на 15-17%.

Металлизация на тыльной стороне прибора

Нанесение металла на тыльную сторону устройства происходит по двум схемам, каждая из которых выполняет собственную работу. Сплошным тонким слоем по всей поверхности, кроме отдельных отверстий, напыляют алюминий, а отверстия заполняют серебросодержащей пастой, играющей контактную роль. Сплошной алюминиевый слой служит своеобразным зеркальным устройством с тыльной стороны для свободных зарядов, которые могут потеряться в оборванных кристаллических связях решетки. С таким покрытием на 2% больше по мощности работают солнечные батареи. Отзывы потребителей говорят, что такие элементы более долговечны и не так сильно зависят от пасмурной погоды.

Изготовление солнечных батарей своими руками

Источники питания от солнца не каждый может заказать и установить у себя дома, так как их стоимость на сегодняшний день достаточно велика. Поэтому многие мастера и умельцы осваивают производство солнечных батарей дома.

Приобрести комплекты фотоэлементов для самостоятельной сборки можно в интернете на различных сайтах. Стоимость их зависит от количества применяемых пластин и мощности. Например, небольшой мощности комплекты, от 63 до 76 Вт с 36 пластинами, стоят 2350-2560 руб. соответственно. Здесь же приобретают рабочие элементы, отбракованные с производственных линий по каким-либо причинам.

При выборе типа фотоэлектрического преобразователя принимают во внимание тот факт, что поликристаллические элементы более устойчивы к пасмурной погоде и работают при ней эффективнее монокристаллических, но имеют меньший срок службы. Монокристаллические обладают более высоким КПД в солнечную погоду, и прослужат они гораздо дольше.

Чтобы организовать производство солнечных батарей в домашних условиях, нужно подсчитать общую нагрузку всех приборов, которые будут питаться от будущего преобразователя, и определиться с мощностью устройства. Отсюда вытекает количество фотоэлементов, при этом учитывают угол наклона панели. Некоторые мастера предусматривают возможность изменения положения накопительной плоскости в зависимости от высоты солнцестояния, а зимой - от толщины выпавшего снега.

Для изготовления корпуса применяют различные материалы. Чаще всего ставят алюминиевые или нержавеющие уголки, используют фанеру, ДСП и др. Прозрачная часть выполняется из органического или обыкновенного стекла. В продаже есть фотоэлементы с уже припаянными проводниками, такие покупать предпочтительнее, так как упрощается задача сборки. Пластины не складывают одну на другую - нижние могут дать микротрещины. Припой и флюс наносятся предварительно. Паять элементы удобнее, расположив их сразу на рабочей стороне. В конце крайние пластины приваривают к шинам (более широким проводникам), после этого выводят "минус" и "плюс".

После проделанной работы тестируют панель и герметизируют. Зарубежные мастера для этого используют компаунды, но для наших умельцев они стоят довольно дорого. Самодельные преобразователи герметизируют силиконом, а тыльную сторону покрывают лаком на основе акрила.

В заключение следует сказать, что отзывы мастеров, которые сделали всегда положительные. Однажды затратив средства на изготовление и установку преобразователя, семья очень быстро их окупает и начинает экономить, используя бесплатную энергию.

Альтернативная энергетика во всем мире развивается стремительными темпами, вот только Россия достаточно сильно отстает от большинства европейских стран в этом вопросе. Если в Германии, Норвегии, Швеции солнечные батареи можно встретить практически на каждом жилом доме, то в России их используют единицы. Но, несмотря на это, в нашей стране существует несколько достаточно крупных заводов, которые производят панели, работающие благодаря энергии солнца.

Конечно, с китайскими производителями наши не сравняться. Их продукция одна из самых доступных, их солнечные батареи заполнили все мировые рынки, и в России, и в Европе. Но это ни в коем случае не должно останавливать наших соотечественников от поддержки российского производителя.

Завод СБ в Зеленограде

В городе Зеленограде за производство СБ отвечает завод «Телеком-СТВ». Основали это предприятие сотрудники предприятий микроэлектроники в 1991 году. Большой научный, производственный и образовательный опыт работы сотрудников «Телеком-СТВ» позволяет им решать любые проблемы, возникающие в процессе их деятельности.

На сегодняшний день к основным видам деятельности «Телеком-СТВ» относится:

Производство фотоэлементов и батарей на их основе.
Разработка оборудования, предназначенного для изготовления солнечных модулей.
Разработка и поставка автономных систем энергоснабжения и другие.

В городе Зеленограде функционирует предприятие компании Светорезерв, образованной в г. Москва в 2003 году. Одна из основных целей предприятия – широкое распространение уличного освещения с использованием солнечных батарей и светодиодных технологий. Ее штат состоит из высококвалифицированных инженеров-разработчиков, сотрудничающих с ведущими научно-исследовательскими центрами в России и за рубежом. Это помогает им изготавливать продукцию, удовлетворяющую высокие требования заказчиков.

Завод СБ в Рязани

Рязанский завод металлокерамических приборов существует уже с сентября 1963 года. Ассортимент его продукции очень разнообразен:

Контроллеры и инверторы для солнечных систем.
Монокристаллические модули мощность 8-100 Вт. Для систем энергообеспечения в жилых домах, для уличного освещения, автомобильных аккумуляторов, различной радиотехники, заправочных станций и других объектов.
Миниатюрные панели мощностью 3,5-5 Вт. Применяются для мобильных телефонов, солнечных вентиляторов и других портативных устройств.
Фотоэлектрические системы (постоянного и переменного тока).

Рязанский ЗМКП предлагает населению достаточно доступную продукция. Солнечная батарея мощностью в 120 ВТ обойдется примерно в 20 тыс. рублей. И что самое главное технология производства систематически проходит инспекционный контроль, и ее качество подтверждается соответствующими сертификатами.

Завод СБ в Новочебоксарске

Один из крупнейших производителей СБ в России ООО «Хевел» планирует вывести отечественные солнечные батареи на международный рынок. Эта компания специализируется на производстве тонкопленочных модулей, завод располагается в Новочебоксарске. Годовой объем производства составляет более одного млн. панелей ежегодно.
Основана компания «Хевел» была в 2009 году. Ее учредителями выступают ГК «Ренова», которой принадлежит 51% акций, и «РОСНАНО» с 49%. Помимо выпуска СБ, компания специализируется на строительстве «под ключ» электростанций, производстве вспомогательного оборудования и т.д.

На Новочебоксарском заводе используется одна из передовых технологий производства СБ с использованием аморфного кремния, принадлежащая швейцарской компании Oerlikon Solar. А совместно с Физико-техническим институтом им. Иоффе «Хевел» основал Научно-технический центр в Санкт-Петербурге, который стал участником проекта «Сколково». Будем надеяться, что нанотехнологии помогут компании сделать производимые ею солнечные панели доступными каждому.

Завод СБ в Краснодаре

Производство солнечных батарей в Краснодаре представлено компаниями «Солнечный ветер» и «Сатурн». Причем «Солнечный ветер» одно из немногих предприятий, изготавливающий помимо модулей еще и оборудование для производства батарей. Его продукция установлена на базовой станции «ВымпелКома» и МТС, где позволила сократить затраты на топливо в 4 раза.

ОАО «Сатурн» при производстве СБ использует следующие виды каркасов:

сетчатые;
пленочные;
металлические;
струнные.

Изготавливаемая ими продукция показала хорошие результаты в космическом пространстве и на земле. Плюс ко всему они запатентовали свою собственную технологию производства фотоэлементов из кремния. А для увеличения КПД батарей используют германиевые подложки и многопереходные арсенид-геливые элементы. Всего за время своей деятельности компания выпустила более 1200 панелей общей площадью около 20 тыс. кв.м.

Получается, что в России дела с альтернативной энергетикой обстоят не так ужасающе, как кажется на первый взгляд. Российские производители СБ стремятся развивать свою деятельность, вкладывают большие суммы денег в разработку новых технологий и материалов. Хочется верить, что в скором будущем все это даст свои плоды, которыми смогут пользоваться не только «сильные мира сего», но и широкие массы.

Статью подготовила Абдуллина Регина

На видео Рязанский завод металлокерамических приборов: