Солнечные батареи: описание различных видов и материалов нового поколения. Солнечные панели российского производства

В России помогает минимизировать негатив в области потребления энергоресурсов.

Забота об охране среды обитания и рациональном использовании невозобновляемых ресурсов привела человечество к созданию альтернативных источников энергии.

Солнечное спасение

Люди привыкли жить в комфортных условиях. Радиаторы отопления и светильники в доме, исправно работающий холодильник и телевизор, стиральная машинка и газонокосилка функционируют благодаря использованию электроэнергии, газа и нефти, угля, дров и торфа.

Краткосрочные плюсы использования энергии полезных ископаемых нивелируются минусовым эффектом на десятилетних временных интервалах. Отмечено три негативных фактора при выработке и использовании энергоресурсов:

1. При сжигании топлива образуется полезное тепло и вредные вещества в виде золы, бенз-а-пирена, диоксида серы, азота, углерода. Твёрдые отходы золы используют при зимой. Перечисленные летучие соединения ухудшают качество воздуха, ведут к росту заболеваний.
2. Запасы углеводородов в земле не бесконечны.
3. Стоимость вырабатываемых ресурсов сохраняет тенденцию роста. Наполнение кошельков потребителей не успевает за расходами на оплату коммунальных услуг.

Решение трёх проблем найдено благодаря солнечным батареям российского производства - устройствам аккумуляции энергии Солнца.

Применение альтернативных источников

Граждане России живут в населённых пунктах с отличающейся развитием инфраструктурой. В городах тепловая и электрическая энергия подаются с централизованных сетей ТЭЦ. В малочисленных населённых пунктах теплоснабжение устроено через котельные. В загородных домах и дачах практикуются водогрейные котлы и печи.

Сложно сетями обустроить дачи. Расходы на подведение газопровода и электрического кабеля и на последующую оплату счетов за природный газ и электроэнергию не добавляют позитива. Но разработан способ экономии - солнечные батареи российского производства. Доступные по цене и сподручные в эксплуатации изделия работают на энергии солнца.

СБ известны обывателю три десятка лет. Калькуляторы на гелио-элементах размером в 1 кв. см безотказно ведут расчеты. В космической отрасли на световых источниках устроено электроснабжение орбитальных космических станций.

Для применения СБ важно количество солнечных дней в году на территории установки. Среднестатистические параметры по электроэнергии:

• потребность семьи в месяц - 250 квтч;
• выработка с 1 кв. м СБ - 100 Ватт в час;
• необходимое количество солнечных периодов - 2500 часов.

В России территорий с таким показателем две: возле Благовещенска и между городами Чита и Улан-Уде. На остальном пространстве продолжительность гелио-доступных периодов числится в интервале 1400-2200 часов.

Зная установленную мощность электроприборов в доме, можно рассчитать, солнечные батареи использовать как:

• основной источник энергии;
• резервное устройство на случай аварии в электросетях.

Российские производители учитывают особенности климата, продолжительность светового дня, годовой сезон эксплуатации изделия.

Обзор российских ловцов света

Рассмотрим топ-лист производителей. Перечень построен в произвольном порядке без ранжирования по стоимости продукции.

	Наименование производителя	Место нахождения
	«Хевел» ООО	Чувашия, Новочебоксарск
	«Квант» НПП
	Рязанский ЗМКП	г. Рязань
	«Солнечный ветер»	Краснодар
	«Телеком-СТВ» ЗАО	г. Зеленоград

Гелиоэнергия из Зеленограда

Предприятие «Телеком-СТВ» выпускает изделия под маркой ТСМ с мощностью в интервале 18-270 ватт. Панель мощностью 98 Ватт, размером 1,18*0,56*0,043 метра весит полтора килограмма и стоит 11 тысяч рублей. За час светового дня накапливает энергии, достаточной, чтобы вскипятить 100 литров воды. Объёма вполне хватит для однократного принятия душа трём человекам.

Изделия комплектуют на поликристаллах и монокристаллах. При покупке потребитель оценивает риски эксплуатации. Поэтому акцент на недостатки:

1. Поликристаллы выходят из строя при перегреве; КПД 14% - ниже, чем у моно-конструктива; занимают площадь поверхности больше, чем моно. Но, поликристаллические панели дешевле в полтора раза.
2. Монокристаллы капризны - требуют равнозначного потока света на поверхность конструкции. Производство и стоимость - в полтора раза дороже, чем у поликристаллов. Но, моно занимают в два раза меньше места; КПД достигает 20%; заявленный срок эксплуатации - четверть века.

Несмотря на стоимость одного полотна, сравнимую со средним размером пенсии, продукция нашла собственного потребителя.

Ресурс "Роснано"

Производство солнечных батарей в России сосредоточено в европейской части страны. Размещенный в Чувашии, в городе Новочебоксарске, завод ООО «Хевел» производит микроморфные тонкоплёночные батареи. Габариты 1,30*1,10*0,0063 м за счет мизерной толщины дают шанс использовать резервные источники энергии для облицовки южной стороны здания.

Предприятие ориентировано на строительство сетевых солнечных электростанций. Но и для загородных домов варианты предусмотрены.

Для примера рассмотрим батарею Hevel Solar MCPH P7 L PRAMAC. Номинальная мощность 125 Вт. Предположим, дом потребляет в день 9 киловатт-часов, из расчета 270 кВт*ч в месяц. Необходим резерв мощности 9 кВт.

9 кВт = 9 000 Вт.

9 000: 125 = 72 панели.

У реализаторов продукции компании ООО «Хевел» обозначена цена за один комплект 6 300 рублей.

6 300 * 72 = 453 600 рублей - ориентировочная стоимость гелиосистемы электроснабжения на тонкой плёнке.

Производитель предлагает солнечные районы с количеством 300 ясных дней.

Энергия оборонного комплекса

Рязанский завод металлокерамических приборов решает задачи обеспечения герконами:

• военной, космической и авиационной техники;
• телефонии и вычислительных комплексов;
• датчиков конструкций контроля и охраны.

Продукция подобных предприятий настроена на двойное назначение. В сфере гражданских разработок РЗМКП выпускает солнечные батареи и панели мощностью в диапазоне 240-270 кВт. Параметр достаточен для расположенного в районах со световым периодом 300 суток.

Стоимость гражданской продукции оборонных предприятий в полтора - два раза выше, чем у конкурентов из-за цеховых и общехозяйственных накладных расходов. Производство солнечных батарей в России и для россиян на РЗМКП контролируется и с технической, и с финансовой стороны.

Цена батареи толщиной 3,6 см и габаритами 1,64 * 0,98 метра колеблется в интервале 12 300-16 400 рублей.

Солнечный ветер

При проверке ОГРН на сайте налогового ведомства в реестре ЕГРЮЛ предприятие «Солнечный ветер», Краснодар не обнаружено ни по названию, ни по государственному номеру.

Московские панели

Научно-производственное предприятие «Квант» (г. Москва) разработало и внедрило кремниевые поликристаллические пластины с двумя рабочими поверхностями. Изделия завода маркируются аббревиатурой «КСМ» и «КСМ-П». Срок службы позиционируется продолжительностью 40 лет. При стартовой цене одного комплекта в 18 тысяч рублей потребитель может вложение считать окупаемым.

Перспективы солнечной энергетики

Производство солнечных батарей и панелей выгодно на территориях, где период ясных дней длится 2000-2600 часов. Транспортные расходы до потребителя будут минимальны.

В статье перечислены популярные производители. Кроме указанных, найдены ещё два и одно в Брянске. В Челябинске, уральском городе развитых технологий, производители не обнаружены. Параллель №55 диктует условия бизнесу. На карте солнечного освещения Южный Урал расположен в интервале 1400-1600 часов.

При грамотном размещении производственных мощностей производство солнечных батарей в России выгодно из-за неосвоенного рынка сбыта. Но надо каналы сбыта отладить, вложить средства в популяризацию темы, в рекламу полезного товара. Инвестиции в маркетинг составят сумму, соизмеримую с затратами на ввод завода в эксплуатацию.

Уже не одно десятилетие человечество ищет альтернативные источники энергии, способные хотя бы частично заменить существующие. И самыми перспективными из всех на сегодняшний день представляются два: ветро‑ и солнечная энергетика.

Правда, ни тот ни другой не могут предоставить непрерывного производства. Это связано с непостоянством розы ветров и суточно‑погодно‑сезонными колебаниями интенсивности солнечного потока.

Сегодняшняя энергетика предлагает три основных метода получения электрической энергии, но все они тем или иным образом вредны для окружающей среды:

• Топливная электроэнергетика — самая экологически грязная, сопровождается значительными выбросами в атмосферу углекислого газа, сажи и бесполезной теплоты, вызывая сокращение озонового слоя. Добыча топливных ресурсов для нее также наносит значительный вред природе.
• Гидроэнергетика связана с очень значительными ландшафтными изменениями, затоплением полезных земель, причиняет ущерб рыбным ресурсам.
• Атомная энергетика — самая экологически чистая из трёх, но требует очень значительных расходов на поддержание безопасности. Любая авария может быть связана с нанесением непоправимого долголетнего вреда природе. К тому же требует специальных мер по утилизации отходов использованного топлива.

Строго говоря, получить электроэнергию от солнечного излучения можно несколькими способами, но большинство из них используют промежуточное её преобразование в механическую, вращающую вал генератора и только затем в электрическую.

Такие электростанции существуют, они используют в работе двигатели внешнего сгорания Стирлинга, имеют неплохой КПД, но у них есть и существенный недостаток: чтобы собрать как можно больше энергии солнечного излучения, требуется изготовление огромных параболических зеркал с системами слежения за положением солнца.

Надо сказать, что существуют решения, позволяющие улучшить ситуацию, но все они достаточно дорогостоящие.

Есть методы, дающие возможность прямого преобразования энергии света в электрический ток. И хотя явление фотоэффекта в полупроводнике селене было открыто уже в 1876 году, но только в 1953 году, с изобретением кремниевого фотоэлемента, появилась реальная возможность создания солнечных батарей для получения электроэнергии.

В это время уже появляется теория, позволившая объяснить свойства полупроводников, и создать практическую технологию их промышленного производства. К сегодняшнему дню это вылилось в настоящую полупроводниковую революцию.

Работа солнечной батареи основана на явлении фотоэффекта полупроводникового p-n перехода, по сути представляющего собой обычный кремниевый диод. На его выводах при освещении возникает фото‑эдс величиной 0,5~0,55 В.

При использовании электрических генераторов и батарей необходимо учитывать различия, которые существуют между . Подключая трехфазный электродвигатель в соответствующую сеть, можно в три раза увеличить его выходную мощность.

Следуя определенным рекомендациям, с минимальными затратами по ресурсам и времени можно изготовить силовую часть высокочастотного импульсного преобразователя для бытовых нужд. Изучить структурные и принципиальные схемы таких блоков питания можно .

Конструктивно каждый элемент солнечной батареи выполнен в виде кремниевой пластины площадью в несколько см 2 , на которой сформировано множество соединённых в единую цепь таких фотодиодов. Каждая такая пластина является отдельным модулем, дающим при солнечном освещении определённое напряжение и ток.

Соединяя такие модули в батарею и комбинируя параллельно‑последовательное их подключение, можно получить широкий диапазон значений выходной мощности.

Основные недостатки солнечных батарей:

• Большая неравномерность и нерегулярность энергоотдачи в зависимости от погоды, и сезонной высоты солнца.
• Ограничение мощности всей батареи, если затенена хотя бы одна её часть.
• Зависимость от направления на солнце в различное время суток. Для максимально эффективного использования батареи нужно обеспечивать её постоянную направленность на солнце.
• В связи с вышесказанным, необходимость аккумулирования энергии. Наибольшее потребление энергии приходится на то время, когда выработка её минимальна.
• Большая площадь, требующаяся для конструкции достаточной мощности.
• Хрупкость конструкции батареи, необходимость постоянной очистки её поверхности от загрязнений, снега и т. п.
• Модули солнечной батареи работают наиболее эффективно при 25°C. Во время работы же они нагреваются солнцем до значительно более высокой температуры, сильно снижающей их эффективность. Чтобы поддерживать КПД на оптимальном уровне, необходимо обеспечивать охлаждение батареи.

Следует заметить, что постоянно появляются разработки солнечных элементов, использующих новейшие материалы и технологии. Это позволяет постепенно устранять недостатки, присущие солнечным батареям или уменьшать их влияние. Так, КПД новейших элементов, использующих органические и полимерные модули, достигает уже 35% и есть ожидания достижения 90%, а это делает возможным при тех же размерах батареи получить много бòльшую мощность, либо, сохранив энергоотдачу, значительно уменьшить габариты батареи.

Кстати, средний КПД автомобильного двигателя не превышает 35%, что позволяет говорить о достаточно серьёзной эффективности солнечных панелей.

Появляются разработки элементов на основе нанотехнологий, одинаково эффективно работающих под разными углами падающего света, что избавляет от необходимости их позиционирования.

Таким образом, уже сегодня можно говорить о преимуществах солнечных батарей по сравнению с другими источниками энергии:

• Отсутствие механических преобразований энергии и движущихся частей.
• Минимальные расходы на эксплуатацию.
• Долговечность 30~50 лет.
• Тишина при работе, отсутствие вредных выбросов. Экологичность.
• Мобильность. Батарея для питания ноутбука и зарядки аккумулятора для светодиодного фонарика вполне поместится в небольшом рюкзаке.
• Независимость от наличия постоянных источников тока. Возможность подзарядки аккумуляторов современных гаджетов в полевых условиях.
• Нетребовательность к внешним факторам. Солнечные элементы можно разместить в любом месте, на любом ландшафте, лишь бы они достаточно освещались солнечным светом.

В приэкваториальных районах Земли средний поток солнечной энергии составляет в среднем 1,9 кВт/м 2 . В средней полосе России он находится в пределах 0,7~1,0 кВт/м 2 . КПД классического кремниевого фотоэлемента не превышает 13%.

Как показывают опытные данные, если прямоугольную пластину направить своей плоскостью на юг, в точку солнечного максимума, то за 12‑часовой солнечный день она получит не более 42% суммарного светового потока из‑за изменения угла его падения.

Это означает, что при среднем солнечном потоке 1 кВт/м 2 , 13% КПД батареи и её суммарной эффективности 42% удастся получить за 12 часов не более 1000 x 12 x 0,13 x 0,42 = 622,2 Втч, или 0,6 кВтч за день с 1 м 2 . Это при условии полного солнечного дня, в облачную погоду — значительно меньше, а в зимние месяцы эту величину нужно разделить ещё на 3.

Учитывая потери на преобразование напряжения, схему автоматики, обеспечивающую оптимальный зарядный ток аккумуляторов и предохраняющую их от перезаряда, и прочие элементы можно принять за основу цифру 0,5 кВтч/м 2 . Этой энергией можно в течение 12 часов поддерживать ток заряда аккумулятора 3 А при напряжении 13,8 В.

То есть для заряда полностью разряженной автомобильной батареи ёмкостью 60 Ач потребуется солнечная панель в 2 м 2 , а для 50 Ач — примерно 1,5 м 2 .

Для того чтобы получить такую мощность можно приобрести готовые панели, выпускающиеся в диапазоне электрических мощностей 10~300 Вт. Например, одна 100 Вт панель за 12‑ти часовой световой день с учётом коэффициента 42% как раз обеспечит 0,5 кВтч.

Такая панель китайского производства из монокристаллического кремния с очень неплохими характеристиками стоит сейчас на рынке около 6400 р. Менее эффективная на открытом солнце, но имеющая лучшую отдачу в пасмурную погоду поликристаллическая — 5000 р.

При наличии определённых навыков в монтаже и пайке радиоэлектронной аппаратуры можно попробовать собрать подобную солнечную батарею и самому. При этом не стоит рассчитывать на очень большой выигрыш в цене, кроме того, готовые панели имеют заводское качество как самих элементов, так и их сборки.

Но продажа таких панелей организована далеко не везде, а их транспортировка требует очень жёстких условий и обойдётся достаточно дорого. Кроме того, при самостоятельном изготовлении появляется возможность, начав с малого, постепенно добавлять модули и наращивать выходную мощность.

Подбор материалов для создания панели

В китайских интернет‑магазинах, а также на аукционе eBay предлагается широчайший выбор элементов для самостоятельного изготовления солнечных батарей с любыми параметрами.

Ещё в недалёком прошлом самодельщики приобретали пластины, отбракованные при производстве, имеющие сколы или другие дефекты, но существенно более дешёвые. Они вполне работоспособны, но имеют немного пониженную отдачу по мощности. Учитывая постоянное снижение цен, сейчас это уже вряд ли целесообразно. Ведь теряя в среднем 10% мощности, мы теряем и в эффективной площади панели. Да и внешний вид батареи, состоящей из пластин с отколотыми кусочками выглядит довольно кустарно.

Можно приобрести такие модули и в российских онлайн‑магазинах, например, molotok.ru предлагает поликристаллические элементы с рабочими параметрами при световом потоке 1,0 кВт/м 2:

• Напряжение: холостого хода — 0,55 В, рабочее — 0,5 В.
• Ток: КЗ — 1,5 А, рабочий — 1,2 А.
• Рабочая мощность — 0,62 Вт.
• Габариты — 52х77 мм.
• Цена 29 р.

Совет: Надо учитывать, что элементы очень хрупкие и при транспортировке часть из них может быть повреждена, поэтому при заказе следует предусмотреть некоторый запас по их количеству.

Изготовление солнечной батареи для дома своими руками

Для изготовления солнечной панели нам понадобится подходящая рама, которую можно сделать самостоятельно или подобрать готовую. Из материалов для нее лучше всего использовать дюралюминий, он не подвержен коррозии, не боится сырости, долговечен. При соответствующей обработке и покраске для защиты от атмосферных осадков подойдёт и стальная, и даже деревянная.

Совет: Не стоит делать панель очень больших размеров: она будет неудобна в монтаже элементов, установке и обслуживании. К тому же маленькие панели имеют низкую парусность, их можно удобнее разместить под требуемыми углами.

Рассчитываем комплектующие

Определимся с размерами нашей рамы. Для зарядки 12-ти вольтового кислотного аккумулятора требуется рабочее напряжение не ниже 13,8 В. Примем за основу 15 В. Для этого нам придётся соединить последовательно 15 В / 0,5 В = 30 элементов.

Совет: Выход солнечной панели следует подключать к аккумулятору через защитный диод во избежание его саморазряда в темное время суток через солнечные элементы. Так что на выходе нашей панели будет: 15 В – 0,7 В = 14,3 В.

Чтобы получить зарядный ток 3,6 А, нам необходимо соединить в параллель три таких цепочки, или 30 x 3 = 90 элементов. Это будет нам стоить 90 x 29 р. = 2610 р.

Совет: Элементы солнечной панели соединяются параллельно‑последовательно. Необходимо соблюдать равенство количества элементов в каждой последовательной цепочке.

Таким током мы можем обеспечить стандартный режим заряда для полностью разряженного аккумулятора ёмкостью 3,6 x 10 = 36 Ач.

Реально эта цифра будет меньше из‑за неравномерности солнечного освещения в течение дня. Таким образом, для заряда стандартной автомобильной батареи 60 Ач, нам нужно будет соединить параллельно две таких панели.

Эта панель может нам обеспечить электрическую мощность 90 x 0,62 Вт ≈ 56 Вт.

Или в течение 12‑часового солнечного дня с учётом поправочного коэффициента 42% 56 x 12 x 0,42 ≈ 0,28 кВтч.

Разместим наши элементы в 6 рядов по 15 штук. Для установки всех элементов нам потребуется поверхность:

• Длина — 15 x 52 = 780 мм.
• Ширина — 77 x 6 = 462 мм.

Для свободного размещения всех пластин примем габариты нашей рамы: 900×500 мм.

Совет: Если есть готовые рамы с другими габаритами, можно пересчитать количество элементов в соответствии с приведёнными выше намётками, подобрать элементы других типоразмеров, попробовать разместить их, комбинируя длину и ширину рядов.

Также нам потребуются:

• Паяльник электрический 40 Вт.
• Припой, канифоль.
• Монтажный провод.
• Силиконовый герметик.
• Двусторонний скотч.

Этапы изготовления

Для монтажа панели необходимо подготовить ровное рабочее место достаточной площади с удобным подходом со всех сторон. Сами пластины элементов лучше разместить отдельно в стороне, где они будут защищены от случайных ударов и падений. Брать их следует аккуратно, по одной.

Устройства защитного выключения повышают безопасность домашней электросети, снижая вероятность поражения электричеством и возникновения пожаров. Детальное ознакомление с характерными особенностями разных видов выключателей дифференциального тока подскажет, для квартиры и дома.

При эксплуатации электросчетчика возникают ситуации, когда его надо заменить и заново подключить — об этом можно прочитать .

Обычно для изготовления панели используют способ приклеивания предварительно распаянных в единую цепь пластин элементов на плоскую основу‑подложку. Мы предлагаем другой вариант:

1. Вставляем в раму, хорошо закрепляем и герметизируем по краям стекло или кусок плексигласа.
2. Раскладываем на нем в соответствующем порядке, приклеивая их двусторонним скотчем, пластины элементов: рабочей стороной к стеклу, выводами для пайки — к задней стороне рамы.
3. Положив раму на стол стеклом вниз, мы сможем удобно распаивать выводы элементов. Выполняем электрический монтаж в соответствии с выбранной принципиальной схемой включения.
4. Склеиваем окончательно пластины с задней стороны скотчем.
5. Подкладываем какую‑либо демпфирующую прокладку: листовую резину, картон, ДВП и т. п.
6. Вставляем в раму заднюю стенку и герметизируем её.

При желании вместо задней стенки можно залить раму сзади каким‑нибудь компаундом, например, эпоксидкой. Правда, это уже исключит возможность разборки и ремонта панели.

Конечно, одной батареи в 50 Вт не хватит для обеспечения энергией даже небольшого домика. Но с её помощью уже можно реализовать в нем освещение, используя современные светодиодные светильники.

Для комфортного существования городского жителя сейчас в сутки требуется не менее 4 кВтч электроэнергии. Для семьи — соответственно количеству её членов.

Следовательно, солнечная батарея частного дома для семьи из трёх человек должна обеспечивать 12 кВтч. Если предполагается электроснабжение жилища только от солнечной энергии нам нужна будет солнечная батарея площадью, не менее 12 кВтч / 0,6 кВтч/м 2 = 20 м 2 .

Эту энергию необходимо запасти в аккумуляторных батареях, ёмкостью 12 кВтч / 12 В = 1000 Ач, или примерно 16 батарей по 60 Ач.

Для нормальной работы аккумуляторной батареи с солнечной панелью и её защиты потребуется контроллер заряда.

Чтобы преобразовать 12 В постоянного тока в 220 В переменного, нужен будет инвертор. Хотя сейчас на рынке уже в достаточном количестве представлено электрооборудование на напряжения 12 или 24 В.

Совет: В низковольтных сетях электроснабжения действуют токи значительно более высоких значений, поэтому для выполнения проводки к мощному оборудованию следует выбирать провод соответствующего сечения. Проводка для сетей с инвертором выполняется по обычной схеме 220 В.

Делаем выводы

При условии аккумулирования и рационального использования энергии, уже сегодня нетрадиционные виды электроэнергетики начинают создавать солидную прибавку в общем объёме её выработки. Можно даже утверждать, что они постепенно становятся традиционными.

Учитывая значительно снизившийся в последнее время уровень энергопотребления современной бытовой техники, применение энергосберегающих осветительных приборов и значительно увеличившийся КПД солнечных батарей новых технологий, можно сказать, что уже сейчас они способны обеспечивать электроэнергией небольшой частный дом в южных странах с большим количество солнечных дней в году.

В России же они вполне могут применяться, как резервные или дополнительные источники энергии в комбинированных системах электроснабжения, а если эффективность их удастся повысить хотя бы до 70%, то вполне реально будет и их использование в качестве основных поставщиков электроэнергии.

Видео о том, как изготовить прибор для сбора солнечной энергии самому

Использование солнечной радиации для выработки электричества – самое перспективное направление среди многих альтернативных источников. Учитывая регулярно возрастающую цену на достаточно дорогую электроэнергию, многие предприятия и жители России заинтересованы в приобретении солнечных панелей и электростанций, в том числе продуктов отечественного производителя, выпускающего качественный и недорогой товар.

Солнечные батареи, собранные на российских предприятиях, в сравнении с аналогичной зарубежной продукцией обладают следующими преимуществами :

1. Оснащены антибликовым покрытием, позволяющим иметь повышенный КПД.
2. Работают в широком диапазоне температур – от -50 до 70 о С.
3. Способны выдержать удар и механическое воздействие большой силы.
4. Полноценно работают даже в пасмурную и дождливую погоду.
5. Стоимость продукции относительно зарубежных аналогов значительно ниже.

Недостатки российских солнечных панелей являются следствием отсутствия государственной поддержки данной отрасли и не отлаженностью процесса производства, из-за чего в ряде случаев проявляются недостатки в качестве сборки, количестве и ассортименте выпускаемой продукции.

Российские модули отличаются повышенной надежностью, что достигается применением закаленного стекла, а для предотвращения деформации – металлических каркасов. Аморфным модулям механические факторы не страшны, а благодаря своим физическим свойствам, их допустимо сворачивать в рулон и использовать в ситуациях повышенной сложности.

Подробнее про это

Российские производители солнечных панелей

В России основную часть всех солнечных модулей производят следующие заводы:

ООО Хевел , находящийся в Новочеркасске. Производит тонкопленочные гибридные и промышленных нужд. Выпускаемая продукция:

• Модули низкого и высокого напряжения HEVEL Pramac P-серии (Р7, P7L, P7F, P7LF). Изготавливаются по тонкопленочной микроморфной технологии, способны преобразовывать в электричество видимый и инфракрасный спектр света. Цена 7500 руб.;
• Тонкопленочные модули (110-135 Вт), изготавливаются на основе технологии аморфного кремния, за счет чего повышен КПД модулей в сравнении с изделиями предыдущих поколений. Цена 7400-7600 руб.

Читайте так же: Делаем солнечные батареи для дома своими руками

ЗАО Телеком-СТВ , расположенный в Зеленограде, производит легкие небольшие бытовые модули на основе поли- и монокристаллических элементов и гибридные батареи следующих модификаций:

• Монокристаллические с мощностью 18-27 Вт;
• Монокристаллические повышенной эффективности 5-250 Вт;
• Мультикристаллические 5-25 Вт;
• Складные – 120 и 180 Вт;
• Электростанции морского применения 16-215 Вт;
• Зарядные устройства 12 Вт;
• Мини модули 0,019-0,215 Вт.

Цена на панели составляет 1,3 $/Втпик, или от 280 руб. за модуль.

Видео с рассказом о компании и ее возможностях

ОАО Сатурн , г. Краснодар выпускает панели и электростанции на основе арсенида галлия, которые применяются в космической промышленности. Среди моделей выпускаемых солнечных батарей можно отметить следующие:

• Панель СБ КА «Спектр-Р» (Si);
• СБ КА «Orbcomm» (GaAs);
• СБ КА «Ресурс ДК» (Si);
• Модуль СБ КА «ГЛОНАСС» (Si и GaAs).

из г. Рязань производит батареи, отличающиеся мощностью, надежностью, и высоким качеством исполнения, которые подойдут для энергообеспечения дома, зарядки портативных приборов и других задач. Ассортимент выпускаемых солнечных панелей следующий:

• Модуль Тип RZMP-220 – применяется в автономных зарядках. Ассортимент моделей: RZMP-240 (250 – 275). Цена от 14500 руб.;
• Тип RZMP-130 – используется в автономных системах с током 12 В, и любым контроллером зарядки. Ассортимент моделей: RZMP-130 (135 – 165). Цена 14600-18400 руб.;
• Тип RZMP «Фотоэлемент Р» – используется в сетевых и автономных устройствах с контроллерами зарядки. Ассортимент моделей: RZMP-280 (285, 290). Цена от 19 тыс. руб.

Солнечные батареи, изготовленные на основе технологии аморфного кремния, более эффективны по сравнению с монокристаллическим, что заметно проявляется при недостатке освещения, достигая разницы в производительности до 30%, но почти не реагируют на изменение освещенности, проявляя «инерционность» при восстановлении освещения, продолжая функционировать с такой же мощностью.

Зарубежные фирмы-производители

Самыми крупными фирмами, выпускающими солнечные панели и электростанции, выступают следующие фирмы:

1. Motech – тайванская компания, имеющая производственные площади в США в виде дочерней фирмы AES Polysilicon. Начав производство с ячеек для батарей, постепенно нарастила виды выпускаемой продукции до поликристаллического кремния, пластин и готовых панелей.
2. Yingli Green Energy – старая, вертикально интегрированная китайская компания, которая, благодаря наличию производственных мощностей по выработке поликристаллического кремния, входит в число фирм, выпускающих весь ассортимент панелей с наименьшей себестоимостью. Последней серией выпускаемых батарей стали панели «Panda».
3. Suntech – крупная китайская фирма, внедряющая с 2010 г. вертикальную интеграцию для сокращения издержек производства и сокращения себестоимости продукции.
4. Trina Solar – китайская фирма, производящая качественные панели, и реализующая их по минимальной цене, благодаря невысокой себестоимости продукции.
5. Hanwha Solar One – корейский производитель. Изготавливает качественные солнечные электростанции на заводах, расположенных в Китае.
6. Canadian Solar – фирма со штаб-квартирой в Канаде, а производством в Онтарио и Китае. Отличается большим ассортиментом и объемами производимой продукции.
7. Solarworld – крупный немецкий производитель, нацеленный на рынки Европы и США, и не имеющий своих заводов в азиатском регионе.
8. First Solar – американский производитель тонкопленочных панелей на основе теллур-кадмиевой технологии, которая отличается самой низкой себестоимостью батарей относительно остальных конкурентов.
9. Sunpower – производит на территории США наиболее эффективные солнечные электростанции, но во время кризиса испытывает спад производства из-за высоких затрат.
10. Renewable Energy Corporation – норвежская компания, выпускающая модули и поликристаллический кремний. Из-за продолжающегося кризиса перенесла производственные мощности в Сингапур.
11. Panasonic/Sanyo производит высокоэффективную продукцию, нацеленную на рынки Японии и США.

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.

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

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: