Фотоэлектрические системы — Полезная информация — ВАРМА
Для того, чтобы фотоэлектрические модули были надежным источником электроэнергии, необходимы дополнительные элементы в системе: кабели, поддерживающая структура и, в зависимости от типа системы (соединенная с сетью, автономная или резервная), еще и электронный инвертор и контроллер заряда с аккумуляторной батареей. Такая система в целом называется солнечной фотоэлектрической системой, или солнечной станцией.
Есть три основных типа солнечных фотоэлектрических систем:
- Автономные системы, обычно применяемые для электроснабжения отдельных домов
- Соединенные с сетью системы
- Резервные системы
Автономные фотоэлектрические системы
Автономные фотоэлектрические системы используются там, где нет сетей централизованного электроснабжения. Для обепечения энергией в темное время суток или в периоды без яркого солнечного света необходима аккумуляторная батарея.
|
Конфигурация автономной фотоэлектрической системы
На нашем сайте есть простая форма, которая может быть использована для расчета автономной фотоэлектрической системы: для подсчета количества необходимых модулей, емкости батареи и т.д.
Хотя умелый человек может сделать большую часть работы по установке системы, электрические соединения должны быть сделаны квалифицированным персоналом.
Соединенные с сетью солнечные фотоэлектрические системы
Когда есть сеть централизованного электроснабжения, но есть желание иметь электроэнергию от чистого источника (солнца), солнечные панели могут быть соединены с сетью. При условии подключения достаточного количества фотоэлектрических модулей, определенная часть нагрузки в доме может питаться от солнечного электричества. Соединенные с сетью фотоэлектрические системы обычно состоят из одного или многих модулей, инвертора, кабелей, поддерживающей структуры и электрической нагрузки.
Конфигурация соединенной с сетью фотоэлектрической системы
Инвертор используется для соединения фотоэлектрических панелей с сетью. Существуют также так называемые AC-модули, в которых инвертор встроен на задней части модуля. Солнечные панели могут быть установлены на крыше здания под оптимальным углом наглона с помощью поддерживающей структуры или алюминиевой рамы. Простые системы с AC-модулями и заводскими поддерживающими структурами выпускаются все в более крупных масштабах.
Пример соединенной с сетью системы:
|
Резервные системы
Резервные солнечные системы используются там, где есть соединение с сетью централизованного электроснабжения, но сеть ненадежна. Резервные системы могут использоваться для электроснабжения в периоды, когда нет напряжения в сети. Малые резервные солнечные системы электроснабжения наиболее важной нагрузки — освещение, компьютер и средства связи (телефон, радио, факс и т.п.). Более крупные системы могут также снабжать энергией и холодильник во время отключения сети. Чем больше мощность необходимая для питания ответственной нагрузки, и чем дольше периоды отключения сети, тем большая мощность фотоэлектрической системы необходима.
Конфигурация резервной фотоэлектрической системы
|
Система состоит из фотоэлектрических модулей, контроллера, аккумуляторной батареи, кабелей, инвертора, нагрузки и поддерживающей структуры.
|
|
|
Строительство солнечных фотоэлектрических станций (СФЭС): инжиниринг и финансирование
В связи с развитием возобновляемых источников энергии (ВИЭ), растущим экологическим сознанием общества и государственной поддержкой все больше предпринимателей решают инвестировать в строительство солнечных фотоэлектрических станций.
Чтобы зарабатывать на энергии, сегодня необязательно быть нефтяным магнатом или даже добывать уголь.
Достаточно отыскать участок земли и правильно использовать солнечные лучи, которые доходят до поверхности Земли в достаточном количестве в течение года.
Правила строительства и эксплуатации солнечных электростанций, как и возможности генерации и продажи зеленой энергии, четко регулируются законодательством в каждой стране.
Однако важнейшим условием успеха любого фотоэлектрического проекта справедливо считается профессионализм подрядчика.
ESFC Investment Group, имея многолетний опыт финансирования солнечных электростанций по всей планете, вместе с партнерами готова предоставить передовые технологии и деловые связи для вашего проекта.
Реализация фотоэлектрического проекта включает следующие шаги:
• Технико-экономическое исследование.
• Создание общей концепции будущей электростанции и подсчет затрат.
• Поиск источников финансирования СФЭС в Испании и других странах.
• Заключение договоров на проектные и строительные работы.
• Разработка и утверждение детального графика строительства.
• Согласование экологических и других условий проекта.
• Получение разрешения на строительство СФЭС.
• Подготовка документации для подключения к электросети.
• Составление подробного проекта фотоэлектрической системы.
• Выбор и закупка фотоэлектрических панелей и другого оборудования.
• Подготовка строительной площадки и доставка материалов.
• Осуществление полного цикла строительно-монтажных работ.
• Строительство электрической подстанции и линии электропередач.
• Подключение и ввод в эксплуатацию.
• Обслуживание.
В большинстве стран мира окупаемость инвестиций в солнечной энергетике остается достаточно высокой.
Более того, в связи с высокими ценами на электроэнергию и снижением цен на солнечные панели, солнечная ферма сегодня приносит прибыль значительно быстрее.
Компания ESFC с партнерами разрабатывает каждый проект с учетом индивидуальных требований и потребностей заказчиков, стандартов качества и технических решений, а также с точки зрения стоимости.
Мы комплексно реализуем процесс строительства СФЭС по ЕРС-контракту (FIDIC), отвечая за каждый этап вашего проекта, от предложения необходимого финансирования до сдачи объекта в эксплуатацию.
Фотоэлектрические станции: преимущества и недостатки
Производство электрической энергии с использованием солнечных фотоэлектрических систем имеет много преимуществ для бизнеса и общества в целом, поскольку данная энергия является возобновляемой и широкодоступной.
Строительство СФЭС рассматривается инвесторами как наиболее простая и доступная опция среди остальных существующих ВИЭ, особенно если график производства солнечной энергии совпадает с графиком потребления (например, электроснабжение предприятий, работающих преимущественно в дневную смену).
Этот источник энергии не связан с шумовым загрязнением или выбросами углекислого газа.
Хотя крупномасштабные фотоэлектрические системы в местах с хрупкими экосистемами создают некоторые экологические проблемы, эта технология считается одной из наиболее безопасных для окружающей среды и здоровья человека.
Таблица: преимущества и недостатки солнечных фотоэлектрических станций.
| ПРЕИМУЩЕСТВА | НЕДОСТАТКИ |
|
|
Преимущества
СФЭС имеют огромное преимущество перед традиционными электростанциями в том, что Солнце является неиссякаемым источником энергии.
Эти энергетические объекты не загрязняют атмосферу, не выделяют парниковые газы.
Кроме того, они не производят шумового загрязнения, так как фотоэлектрические панели бесшумны.
Фотоэлектрические системы стоят достаточно дорого, однако строительство солнечных тепловых электростанций с теплоаккумулирующими установками обходится инвесторам значительно дороже по сравнению с простыми панелями.
Еще одним преимуществом СФЭС является их широкая доступность, поскольку даже в отдаленных местах, где может быть затруднен доступ для получения энергии из других источников, всегда можно получить солнечную энергию.
Эти объекты могут быть компактными или большими, предназначенными для удовлетворения бытовых нужд изолированного дома или для крупных потребителей.
Недостатки
Несмотря на очевидные преимущества, солнечные фотоэлектрические станции имеют некоторые недостатки.
Главным минусом технологии являются существенные колебания генерации из-за неравномерного солнечного излучения днем и ночью, а также в течение года.
Неравномерность солнечного излучения требует от инжиниринговых компаний внедрения оригинальных решений, включая гибридизацию СФЭС с тепловыми электростанциями или использование дорогостоящих технологий хранения энергии.
Эффективность фотоэлектрических систем в значительной мере зависит от географического положения объекта и климатических условий.
Так, угол падения солнечных лучей зависит от географической широты. Толщина атмосферных слоев на экваторе и на полюсах также отличается, как и в областях с высоким или низким рельефом.
Считается, что районы, наиболее подходящие для использования солнечной энергии — это жаркие пустыни в межтропических районах, которые имеют чистое небо и довольно низкую влажность воздуха. Это может означать экологическую проблему, поскольку солнечные фотоэлектрические станции занимают огромные площади и действуют на экологические системы нетронутых человеком пустынных районов планеты.
Все эти факторы, влияют на возможности коммерческого использования энергии Солнца, требуя проведения глубоких исследований на этапе инженерного проектирования СФЭС.
Использование солнечной энергии также создает определенные косвенные проблемы, такие как образование отходов фотоэлектрических панелей, которые являются токсичными.
Наконец, важно учитывать, что пустыни — это крайне малонаселенные места, удаленные от районов с высоким потреблением энергии.
Последнее может быть проблемой, которая влечет за собой неудобство передачи энергии на большие расстояния.
Международная компания ESFC с партнерами имеют обширный опыт финансирования и реализации промышленных и энергетических проектов.
Мы поможем оценить вашу идею и подскажем наиболее выгодные решения для производства электроэнергии.
Инженерное проектирование солнечных фотоэлектрических систем
Современная фотоэлектрическая система состоит из множества фотоэлектрических модулей, а также элементов, которые адаптируют генерируемый постоянный ток к потребностям потребителя (трансформаторные подстанции).
Если система предназначается для подачи электроэнергии в ночное время, инжиниринговая команда должна разработать соответствующую систему хранения энергии (батареи).
Компоненты фотоэлектрических систем включают:
• Солнечные элементы и панели.
• Опорные конструкции.
• Контроллеры напряжения.
• Инверторы тока.
• Системы защиты.
• Аккумуляторы.
Чтобы получить более четкое понимание инженерного проектирования солнечных фотоэлектрических станций, предлагаем ознакомиться с указанными компонентами.
Солнечные элементы и панели
Основной электронный прибор, используемый для преобразования солнечной энергии в электричество с помощью фотоэлектрического эффекта, называется фотоэлементом или солнечным элементом.
Он выполнен из полупроводникового материала, в котором в результате поглощения излучения на выводах создается напряжение.
Наиболее распространенным материалом, используемым при производстве фотоэлементов, сегодня является кремний. Наивысшая эффективность достигается в элементах из арсенида галлия (GaAs), но эти химические вещества являются очень дорогими и поэтому используются в основном в космических проектах.
Типичный солнечный элемент представляет собой полупроводниковую пластину из кристаллического либо же поликристаллического кремния с барьером, например, в виде pn-перехода.
Толщина пластин элемента составляет 200-400 мкм.
На передней и задней стороне пластины установлены металлические соединения, которые являются контактами и позволяют пластине действовать как фотоэлектрический элемент.
Монокристаллические солнечные элементы показывают самую высокую эффективность преобразования среди всех кремниевых элементов, но также являются самыми дорогими в производстве. Элементы из поликристаллического кремния состоят из кубических кремниевых блоков, производимых по особой технологии. Эти блоки разрезаются на прямоугольные плитки, в которых также образуется потенциальный барьер.
Поликристаллические кремниевые элементы несколько менее эффективны, чем монокристаллические.
В настоящее время фотоэлектрическая промышленность основана на монокристаллическом и поликристаллическом кремнии (в 1997 году эти материалы составляли около 80% мирового производства).
Основными преимуществами этой технологии являются возможность использования опыта развитой полупроводниковой промышленности (микроэлектроника), относительно высокая эффективность, простота и очень высокая стабильность эксплуатации.
В последнее время получили распространение так называемые «тонкопленочные» технологии.
Используя тонкие слои (толщиной в 1 микрометр) дорогого полупроводникового материала на дешевых подложках с большой площадью поверхности, производители смогли значительно снизить стоимость фотоэлектрического элемента.
Преимуществами ячеек из аморфного кремния являются низкая стоимость материала, низкое энергопотребление при производстве модуля (из-за низкой температуры процесса), возможность нанесения на гибкие подложки, интегрированные соединения ячеек и практическая простота получения очень больших поверхностей.
Другими материалами, используемыми для изготовления тонкопленочных элементов, являются теллурид кадмия (CdTe) и диселенид меди-индия (CIS). Возможности для их крупномасштабного производства уже были продемонстрированы.
Элементы объединяются в крупные модули, которые инкапсулированы для защиты от коррозии, влаги, загрязнения и атмосферных воздействий.
Корпуса должны быть прочными, так как ожидаемый срок службы фотоэлектрических модулей составляет порядка 20-30 лет.
На мировом рынке предлагается широкий спектр модулей различных размеров, которые удовлетворяют спрос на растущее количество фотоэлектрических устройств. Выпускаются специальные модули, которые интегрируются в крыши или же фасады зданий. Также производятся модули, которые особенно устойчивы к коррозии, вызываемой соленой морской водой.
Последним достижением в этой области стало производство светопрозрачного модуля для использования в виде окон зданий.
Аккумуляторы для солнечных систем
Самый простой способ хранить энергию, производимую в фотоэлектрических системах — использовать аккумуляторные батареи, особенно потому, что фотоэлектрические элементы вырабатывают постоянный ток, подходящий для зарядки таких батарей.
Заряженный аккумулятор гарантирует электроснабжение при отсутствии или недостаточном солнечном излучении. По сравнению со спросом на прочие батареи, рынок аккумуляторных батарей для фотоэлектрических систем сегодня очень мал, а их разработке в мире традиционно уделялось гораздо меньше внимания.
Большинство батарей, используемых в фотоэлектрических системах — это недорогие свинцово-кислотные устройства.
В регионах с экстремальным климатом, где требуется высокая надежность, используются никель-кадмиевые батареи.
Сегодня инвесторы могут ожидать, что качественные аккумуляторы этого типа проработают 7-8 лет при правильном обращении и использовании соответствующего контроллера заряда.
Сегодня это направление активно развивается при участии таких производителей аккумуляторных батарей, как Tesla. Одновременно разрабатываются нестандартные технологии, такие как криогенное хранение энергии.
Контроллеры заряда
Срок службы батареи в значительной мере зависит от того, как контролируется процесс зарядки и разрядки, особенно для свинцово-кислотных батарей.
Качественный контроллер заряда аккумулятора ограничит глубину и скорость разряда в зависимости от температуры аккумулятора, чтобы свести к минимуму испарение электролита.
Пределы напряжения зарядки и разрядки должны быть установлены в соответствии с конкретным типом батареи и рабочей температурой. Эти настройки могут существенно повлиять на максимальное время автономной работы.
Высокая температура аккумулятора может сократить срок его службы, поскольку ускоряет коррозию и саморазряд. Высокие температуры также могут увеличить выброс газов в ходе зарядки, чего следует избегать, в том числе путем принудительной вентиляции.
Фотоэлектрические модули, используемые для зарядки аккумуляторов, обычно работают при постоянном напряжении. Некоторые контроллеры в фотоэлектрических системах используют систему отслеживания пиковой точки, обеспечивая максимальную выходную мощность.
Преимущества использования MPPT зависят от конкретного применения оборудования, поэтому использование данной технологии необходимо сопоставить с дополнительными инвестиционными затратами и риском снижения надежности системы.
Список производителей контроллеров заряда для солнечных электростанций (Atess Power Technology, BR Solar и другие) чрезвычайно широк, но лишь небольшое количество фирм предлагает действительно оригинальные решения.
При поставке оборудования для солнечных фотоэлектрических станций учитываются требуемые параметры каждого компонента и те финансовые ресурсы, которые инвестор готов выделить для реализации того или иного проекта.
Фотоэлектрические инверторы
Основными функциями инвертора является преобразование постоянного тока в переменный и формирование волны выходного переменного напряжения.
Эти устройства предназначены для непрерывной работы вблизи точки максимальной мощности.
В настоящее время рынок предлагает широкий выбор инверторов для солнечных электростанций от таких производителей, как Huawei, SMA, Sungrow Power Supply или Power Electronics. Мы поможем заказчику определиться с выбором благодаря глубокому пониманию технологических особенностей и параметров оборудования.
Наиболее важными характеристиками инвертора в фотоэлектрических системах являются надежность и эффективность.
Эффективность инвертора обычно указывается компаниями для определенной расчетной рабочей мощности, но, как правило, инверторы в фотоэлектрических системах работают при частичной нагрузке.
Инверторы обычно имеют КПД при полной нагрузке от 95% до 98%, а при нагрузке 10% данный показатель колеблется от 85% до 95%. Инверторы демонстрируют непрерывное снижение эффективности по мере уменьшения выходной и входной мощности.
Высокая эффективность при частичной нагрузке особенно важна для инверторов, работающих в умеренном климате Европы, где среднегодовая выходная мощность фотоэлемента может составлять всего 12-15% от пиковой мощности.
К сожалению, не существует единого универсального решения, которое идеально подходит для каждой фотоэлектрической системы.
Поставка фотоэлектрических панелей для солнечной электростанции
Успех фотоэлектрического проекта складывается из ряда факторов, таких как устойчивость фотоэлементов к затенению, механическим повреждениям или повышенным температурам.
Всегда следует выбирать панели от известных производителей и при их установке пользоваться услугами опытных установщиков.
В настоящее время лидерами рынка фотоэлектрических панелей являются такие компании, как JinkoSolar, JA Solar Holdings, Trina Solar, Canadian Solar и LONGi Solar. Большая часть из крупнейших мировых производителей солнечных элементов находятся в Азии.
ESFC и партнеры тесно сотрудничают с ведущими производителями и поставщиками оборудования для солнечных электростанций из Китая, Европы и США.
Мы готовы предложить выгодное решение для любого проекта, используя свой опыт и деловые контакты.
Поставка оборудования для солнечных фотоэлектрических станций требует глубокого понимания технических характеристик оборудования и условия его эксплуатации.
Для такого важного решения, как выбор фотоэлектрических панелей, важно привлечь профессионалов на ранних этапах инженерного проектирования вашего объекта.
Выбирая фотоэлектрические панели для крупного проекта, важно тщательно взвешивать их параметры. Стоит помнить, что мощность панелей — важный параметр, но не единственный, который необходимо учитывать.
Ниже мы кратко перечислим, какие технические характеристики учитывать при выборе фотоэлектрических панелей.
Тип фотоэлектрического модуля
Солнечные панели для строительства электростанций изготавливаются из кремниевых элементов.
Их структура может быть монокристаллической или поликристаллической.
Интересно, что элементы с поликристаллической структурой получают больше энергии от рассеянного излучения, поэтому их практическое использование обычно оказывается более выгодным. Элементы из аморфного кремния являются наименее эффективными и дешевыми. У них высокий начальный КПД, который, однако, быстро падает в рабочих условиях.
Мощность панелей в MPP
Мощность в точке MPP (Maximum Power Point) — это мощность в точке максимальной (пиковой) мощности, которая достигается фотоэлектрическими панелями в оптимальных условиях.
Это ориентир при планировании фотоэлектрического генератора.
Поскольку солнечные панели работают в различных условиях инсоляции, количество поступающей солнечной энергии варьируется и зависит, например, от облачности, времени года и угла падения солнечных лучей.
Поэтому технические характеристики панелей указываются для стандартных тестовых условий (STC). Их получают в лабораторных условиях при температуре элемента 25⁰C и инсоляции 1000Вт / м².
В реальности условия эксплуатации существенно отличаются от лабораторных, поэтому инжиниринговая команда учитывает дополнительные параметры для выбора оптимальных фотоэлектрических панелей в том или ином случае.
Мощность панелей в NMOT / NOCT
Мощность в точке MPP в NMOT / NOCT означает фактическую мощность солнечной панели в точке максимальной мощности при условиях, приближенных к реальным.
Например, NOCT расшифровывается как Normal Operating Cell Temperature — температура элемента при нормальных рабочих условиях. Речь идет о температуре 25⁰C, инсоляции 800 Вт / м² и средней скорости ветра 1 м / с.
Эффективность фотоэлектрического модуля
Еще один критерий, который следует учитывать при выборе подходящей модели — это эффективность фотоэлектрического модуля.
Данный параметр важен, когда у инициатора проекта ограниченная площадь для фотоэлектрических установок.
Эффективность модуля равна отношению мощности солнечной батареи к интенсивности солнечного излучения. Более низкий КПД связан с большей площадью поверхности, необходимой для достижения той же мощности.
Температура при номинальных условиях (NMOT / NOCT)
Параметр, который стоит проанализировать при выборе подходящих фотоэлектрических панелей — это температура элемента при номинальных условиях работы (NMOT / NOCT).
Чем ниже значение NOCT, тем предпочтительнее. Фотоэлектрическая панель хорошего качества должна иметь значение NOCT, равное или менее 50⁰C.
Температурный коэффициент
Температурный коэффициент мощности в MPP определяет мощность, достигаемую фотоэлектрической панелью при определенной температуре.
Этот параметр показывает, на сколько процентов снижается мощность панели при повышении температуры на 1°C выше тестовой температуры 25°C. Параметр должен быть как можно ближе к нулю.
Годовое падение мощности
В первый год эксплуатации фотоэлектрические панели могут терять 2-3% эффективности.
В последующие годы ежегодное падение мощности меньше и составляет в среднем около 0,5% в год. Эффективность панели составляет в среднем 80% через 25 лет, а модели с очень низким уровнем деградации сохраняют эффективность 85% через 30 лет.
При выборе фотоэлектрических панелей необходимо отдавать предпочтение проверенным техническим решениям от ведущих мировых производителей. Такой подход гарантирует заказчику оптимальное соотношение цены, качества и долговечности.
Залогом успеха фотоэлектрического проекта является проявление должной осмотрительности при выборе компании, предлагающей поставку и монтаж оборудования.
Сегодня невозможно однозначно сказать, какая из имеющихся на рынке фотоэлектрических технологий наиболее выгодна.
Все зависит от индивидуальных требований заказчиков, расположения электростанции, а также параметров отдельного оборудования.
Надежность инжиниринговой компании, занимающейся поставкой и монтажом панелей, кажется более важной, чем используемая солнечная технология.
При выборе фотоэлектрической системы стоит учитывать суточный профиль потребления электроэнергии и характеристики вашего объекта.
Простого знания номинальной мощности фотоэлектрических модулей недостаточно для определения реальных возможностей получения энергии. Чтобы иметь возможность выбрать самые лучшие панели для вашего бизнеса и получить максимальную эффективность, необходимо получить экспертное заключение на этапе планирования.
Вас интересует проектное финансирование или фотовольтаика?
У вас остались вопросы?
Свяжитесь с официальными представителями компании ESFC, чтобы узнать больше о наших услугах.
Основы производства солнечной фотоэлектрической энергии | Департамент энергетики
Офис технологий солнечной энергии
Производство солнечной энергии включает в себя производство продуктов и материалов по всей цепочке создания стоимости солнечной энергии. Хотя существует некоторое концентрированное солнечно-тепловое производство, большая часть производства солнечной энергии в Соединенных Штатах связана с фотоэлектрическими (PV) системами. Эти системы состоят из фотоэлектрических модулей, стеллажей и проводки, силовой электроники и устройств системного мониторинга, все из которых производится. Узнайте, как работает ПВ.
Прочитайте Обзор цепочки поставок солнечной фотоэлектрической энергии , в котором исследуется глобальная цепочка поставок солнечной фотоэлектрической энергии и возможности развития производственных мощностей в США.
Производство фотоэлектрических модулей
Кремний фотоэлектрических модулей
Большинство коммерчески доступных фотоэлектрических модулей используют кристаллический кремний в качестве поглощающего материала.
Эти модули имеют несколько производственных этапов, которые обычно выполняются отдельно друг от друга.
- Производство поликремния — Поликремний представляет собой мелкозернистый кристаллический кремний высокой чистоты, обычно имеющий форму стержней или шариков в зависимости от метода производства. Поликремний обычно производят с использованием высокореакционноспособных газов, синтезируемых в основном с использованием металлургического кремния (полученного из кварцевого песка), водорода и хлора. В одном процессе, называемом процессом Сименса, газообразный состав кремния, водорода и хлора проходит над нагретой кремниевой нитью, разрывая молекулярные связи и откладывая атом кремния на нить, которая в конечном итоге вырастает в большой поликремниевый стержень U-образной формы. Атомы водорода и хлора повторно используются в замкнутом цикле. Чтобы нить не загрязняла высокочистый поли, сама нить также сделана из чистого кремния. В другом методе маленькие шарики кремния помещаются на дно сосуда в форме перевернутого конуса, куда закачивается составной газ кремния и водорода, в результате чего маленькие шарики плавают у поверхности.
Нагревание сосуда приводит к разрыву кремний-водородных связей, в результате чего атомы кремния осаждаются на маленькие шарики до тех пор, пока они не станут слишком тяжелыми, чтобы плавать, и падают на дно сосуда, где их собирают, готовые к использованию.
- Производство слитков и пластин – Для превращения поликремния в пластины поликремний помещают в контейнер, который нагревают до тех пор, пока поликремний не превратится в жидкую массу. В одном процессе, называемом процессом Чохральского, большой цилиндрический слиток монокристаллического кремния выращивается путем прикосновения небольшого кристаллического зерна к поверхности жидкости и медленного вытягивания его вверх. В другом процессе, называемом направленным затвердеванием, жидкая масса медленно охлаждается до тех пор, пока она не затвердеет снизу вверх, образуя крупнозернистый слиток мультикристаллического кремния. Затем слитки кремния нарезаются на очень тонкие пластины с помощью проволочных пил с алмазным покрытием. Образующиеся кремниевые опилки называются пропилом. Хотя это менее распространено, производство пластин без пропилов может быть достигнуто путем вытягивания охлажденных слоев из ванны с расплавленным кремнием или с использованием газообразных соединений кремния для осаждения тонкого слоя атомов кремния на кристаллический шаблон в форме пластины.
- Изготовление элементов – Кремниевые пластины затем перерабатываются в фотоэлектрические элементы. Первым шагом является химическое текстурирование поверхности пластины, которое устраняет повреждения пилой и увеличивает количество света, попадающего на пластину, когда она подвергается воздействию солнечного света. Последующие процессы существенно различаются в зависимости от архитектуры устройства. Для большинства типов ячеек требуется, чтобы пластина подвергалась воздействию газа, содержащего электрически активную легирующую примесь, и покрывала поверхность пластины слоями, которые улучшают работу ячейки. Трафаретная печать серебряной металлизации для электрических контактов также очень распространена среди типов ячеек.
Нагревание сосуда приводит к разрыву кремний-водородных связей, в результате чего атомы кремния осаждаются на маленькие шарики до тех пор, пока они не станут слишком тяжелыми, чтобы плавать, и падают на дно сосуда, где их собирают, готовые к использованию. 
Образующиеся кремниевые опилки называются пропилом. Хотя это менее распространено, производство пластин без пропилов может быть достигнуто путем вытягивания охлажденных слоев из ванны с расплавленным кремнием или с использованием газообразных соединений кремния для осаждения тонкого слоя атомов кремния на кристаллический шаблон в форме пластины. 
- Сборка модуля – На предприятии по сборке модулей медные ленты, покрытые припоем, соединяют серебряные шины на передней поверхности одной ячейки с задней поверхностью соседней ячейки в процессе, известном как язычки и натягивание. Взаимосвязанный набор ячеек расположен лицевой стороной вниз на листе стекла, покрытом листом полимерного герметика. Второй лист герметика помещается поверх ячеек лицевой стороной вниз, за ним следует прочный полимерный задний лист или другой кусок стекла. Вся стопка материалов ламинируется в печи, чтобы сделать модуль водонепроницаемым, затем снабжается алюминиевой рамой, герметиком по краям и распределительной коробкой, в которой ленты подключены к диодам, предотвращающим обратный поток электричества. Электрические кабели от распределительной коробки передают ток, вырабатываемый модулем, к соседнему модулю или силовой электронике системы.
Тонкая пленка PV
Тонкая пленка PV может относиться к ряду различных поглощающих материалов, наиболее распространенным из которых является теллурид кадмия (CdTe).
Тонкопленочные фотоэлектрические модули обычно обрабатываются как единое целое от начала до конца, где все этапы выполняются на одном объекте. Производство обычно начинается с флоат-стекла, покрытого прозрачным проводящим слоем, на который осаждается фотоэлектрический поглощающий материал в процессе, называемом сублимацией на близком расстоянии друг от друга. Лазерное скрайбирование используется для формирования клеточных полос и формирования соединительного пути между соседними клетками. Накладывают медные ленты, сверху кладут герметизирующий лист и второй лист стекла, а стопку ламинируют, чтобы сделать ее водонепроницаемой. Наконец, к задней части модуля крепится распределительная коробка. Там электрические кабели модуля крепятся к медным лентам, которые проходят в распределительную коробку через отверстия в заднем стекле.
Системы стеллажей
Опорные конструкции, предназначенные для поддержки фотоэлектрических модулей на крыше или в поле, обычно называют системами стеллажей.
Производство фотоэлектрических стеллажных систем значительно различается в зависимости от того, где будет происходить установка. Наземные стеллажи изготовлены из стали, которая обычно покрыта или оцинкована для защиты от коррозии и требует бетонного фундамента. В больших наземных системах обычно используется одноосевой механизм слежения, который помогает солнечным панелям следовать за солнцем, когда оно движется с востока на запад. Для отслеживания требуются механические детали, такие как двигатели и подшипники. Также можно использовать стационарные стеллажи (называемые «фиксированным наклоном»). Монтаж стеллажей на крышу зависит от типа кровли. Для плоских крыш, например, на больших коммерческих или промышленных зданиях, используются стальные стеллажи с фиксированным наклоном. Обычно его прикрепляют к тяжелым блокам, которые сидят на крыше. Для скатных жилых крыш стеллажи предназначены для надежного крепления к стропилам и удержания модулей на высоте нескольких дюймов над крышей. Это позволяет воздушному потоку охлаждать заднюю часть модулей, повышая их производительность.
Силовая электроника
Силовая электроника для фотоэлектрических модулей, включая оптимизаторы мощности и инверторы, собирается на электронных платах. Это оборудование преобразует электричество постоянного тока (DC), которое генерирует солнечная панель, в электричество переменного тока (AC), которое использует электрическая сеть. Узнайте больше о том, как работают инверторы.
Сборка начинается с шаблона печатной платы. Паяльная паста печатается там, где небольшие компоненты, такие как транзисторы и диоды, размещаются с помощью робототехники. Иногда более крупные компоненты, такие как конденсаторы и трансформаторы, размещаются на плате вручную. После того, как все компоненты установлены, плата проходит через ванну с припоем в печи, чтобы соединить компоненты. Вся плата покрыта лаком и запаяна в водонепроницаемый корпус с портами для внешних подключений.
Узнайте больше о том, как работает солнечная энергия, об областях исследований SETO и ресурсах солнечной энергии.
Фотогальваника | Министерство энергетики
Перейти к основному содержаниюФотогальванические (PV) технологии, более известные как солнечные панели, генерируют энергию с помощью устройств, которые поглощают энергию солнечного света и преобразуют ее в электрическую энергию с помощью полупроводниковых материалов. Эти устройства, известные как солнечные элементы, затем соединяются в более крупные энергоблоки, известные как модули или панели. Узнайте больше о том, как работает PV.
Управление технологий солнечной энергии Министерства энергетики США (SETO) поддерживает проекты исследований и разработок в области фотоэлектрических систем, которые снижают стоимость вырабатываемой солнечной энергией электроэнергии за счет повышения эффективности и надежности. Исследовательские проекты PV в SETO работают над сохранением лидерства США в этой области, и за последние несколько десятилетий они оказали сильное влияние.
Примерно половина мировых рекордов эффективности солнечных батарей, которые отслеживаются Национальной лабораторией возобновляемых источников энергии, были подтверждены Министерством энергетики, в основном исследованиями SETO PV. SETO работает над приведенной стоимостью 0,02 доллара за киловатт-час (кВт-ч) для солнечных фотоэлектрических систем коммунального назначения, 0,04 доллара за кВт-ч для коммерческих фотоэлектрических систем и 0,05 доллара за кВт-ч для жилых фотоэлектрических систем на крыше.
В сентябре 2021 года Министерство энергетики опубликовало отчет Solar Futures Study , в котором исследуется роль солнечной энергии в достижении этих целей в рамках обезуглероженной электросети США. Узнайте больше о целях SETO .
В области исследований SETO в области фотоэлектрических систем усилия сосредоточены на нескольких темах. Узнайте больше о них ниже.
Темы исследований
Надежность фотоэлектрических систем и разработка стандартов
Надежность фотоэлектрических систем означает способность этих технологий надежно производить электроэнергию в течение длительного и предсказуемого срока службы.
Учить больше
Проектирование фотоэлектрических систем и выход энергии
Проектирование фотоэлектрических систем и исследования выхода энергии направлены на то, чтобы понять, как можно сконфигурировать солнечные установки и эксплуатировать их для максимизации выработки энергии.
Учить больше
Дизайн фотоэлектрических элементов и модулей
Исследования технологий фотоэлектрических элементов и модулей направлены на повышение эффективности и надежности, снижение производственных затрат и снижение стоимости солнечной электроэнергии.
Учить больше
Управление прекращением эксплуатации солнечной фотоэлектрической энергии
Управление прекращением эксплуатации фотоэлектрических систем относится к процессам, которые происходят, когда солнечные панели и все другие компоненты выводятся из эксплуатации.
Учить больше
Финансирование SETO для исследований в области фотоэлектрических систем присуждается за инновационные концепции и экспериментальные проекты в рамках ряда технологических подходов, которые обещают добиться значительного снижения затрат и обеспечить более быстрое широкомасштабное развертывание. Эти проекты сосредоточены на концепциях, которые могут добиться коммерческого успеха в краткосрочной перспективе или в течение 10-20 лет. Это создает в Соединенных Штатах инновационную экосистему, поддерживающую долгосрочный рост солнечной энергетики. Проектами в этой области исследований управляет группа по фотогальванике и группа по производству и конкурентоспособности. Узнайте больше о программах финансирования SETO и текущих возможностях финансирования. Чтобы увидеть все фотоэлектрические проекты, финансируемые SETO, посетите базу данных исследований солнечной энергии.
Photovoltaics Technologies
- Crystalline Silicon
- Cadmium Telluride (CdTe)
- Copper Indium Gallium Diselenide (CIGS)
- Perovskites
- Multijunction (III-V)
- Organic
More Photovoltaics Information
Информационный бюллетень: Фотогальваника
Основы солнечной фотоэлектрической технологии
Основы проектирования солнечной фотоэлектрической системы
Солнечная производительность и эффективность
Фотогальванические элементы 101: Учебник по солнечным фотоэлектрическим элементам
Руководство домовладельца по переходу на солнечную энергию
Истории успеха в фотоэлектрической отрасли
EERE История успеха — Национальная лаборатория достигает самых точных в мире измерений производительности кремниевых модулей
NREL Министерства энергетики США — одна из немногих аккредитованных лабораторий в мире, которые измеряют и оценивают производительность солнечных фотоэлектрических модулей.
Учить больше
История успеха EERE — маленькое чудо: новый преобразователь и установка проводки могут повысить производительность фотоэлектрического модуля
Устройство силовой электроники eIQ Energy позволяет модулям работать независимо, увеличивая при этом выходную мощность.
Учить больше
История успеха EERE — Гаджет инспектора: новое устройство может обнаруживать дефекты в фотоэлектрических модулях
Сканер Startup Tau Science выявляет признаки повреждения модуля и обеспечивает безопасность ремонтных бригад.
Учить больше
История успеха EERE — X отмечает успех: проектирование солнечных станций становится высокотехнологичным
Учить больше
История успеха EERE — исследователи освещают износ солнечных панелей для увеличения срока службы
Исследователи из Университета Кейс Вестерн Резерв используют электролюминесценцию и машинное обучение, чтобы выявить эволюцию деградации солнечных модулей.
