Монтаж и сервис оборудования по использованию возобновляемых источников энергии

Почанин Юрий

2.«Сименс»-процесс – один из основных промышленных способов получения материала для ФЭП, предложенный фирмой «Siemens A. G.» и включающий в себя очистку Si путем перевода его в трихлорсилан с последующим водородным восстановлением с получением поликристаллического кремния.

3. Высокочистый кремний можно получать путем его восстановления из тетра хлорида активным металлом (данный способ относится к одним из первых для получения кремния высокой чистоты). Способ основан на восстановлении чистого кремния с помощью активного металла при использовании в качестве исходного материала SiCl4 (в качестве восстановителя используют Zn).

Однако предлагаемые технологии имеют ряд недостатков, поэтому развитие данного направления идет незначительными темпами.

4.Метод

получения материала для создания дешевых солнечных батарей – гидрогенизированные аморфные пленки кремния (Si:H), которые представляют собой сплав кремния с водородом, содержание последнего составляет 10–35 %.

5. Карботермический способ получения кремня для ФЭП.

6.Экстрагирование кремния из сплава. Этот способ представляет собой разделительное экстрагирование кремния из алюмокремниевого расплава. Он основан на том, что при охлаждении расплава первой выделяемой кристаллической фазой является высокочистый кремний. Более усовершенствованный метод предполагает использование в качестве анода сплава Cu-Si, а в качестве электролита – водный раствор H2SO4. После электролитического извлечения меди из оставшегося шлама выделялся чистый кремний (чистотой порядка 99,999–99,9999 %).

7. Выращивание чистых кристаллов кремния из расплава. Для очистки полупроводниковых материалов в технологии солнечных преобразователей используется метод перекристаллизации. Применение метода нормальной направленной кристаллизации из расплава позволяет совмещать в одном технологическом цикле сразу три операции: очистку материала, легирование и выращивание из него мульти-, монокристалла .

Исследования проводятся с целью заменить (или снизить стоимость единицы выпускаемой продукции) сложную и недешевую промышленную трихлорсилановую технологию более простой и недорогой, но достаточно эффективной технологией очистки для получения кремния «солнечного» качества. Для этого предлагаются процессы очистки не в газовой, а конденсированной фазе.

Повышение КПД ФЭП – основная задача ученых, занятых проблемами солнечной энергетики. Будущее солнечной энергетики в настоящее время видится в развитии нано технологий, как наиболее прогрессивных и революционных областей современной науки. Развитие технологий солнечной энергетики происходит по пути совершенствования материала слоев полупроводников. Наибольшие перспективы, открывающие качественно новый уровень в создании солнечных элементов, имеют в настоящее время аморфный и микрокристаллический кремний, из которых возможно выращивать пленки, толщиной всего несколько нанометров. Фотогальванический элемент, представляющий из себя две такие пленки, осажденные одна на другую на стеклянной поверхности, обладает высокой электропроводимостью и пригоден для длительного применения. Тем не менее практического применения эти элементы до сих пор не получили, поскольку технология, позволяющая массово выпускать такие элементы еще не создана

Тонкопленочные фотоэлементы представляющие собой тонкую пластину из стекла с нанесенными слоями полупроводников либо фольгу, можно размещать на поверхности любой конфигурации, наносить на ткани, даже использовать вместо жалюзи. Коренным образом изменилась и технология нанесения слоев полупроводника. Ранее нанесение осуществлялось путем вакуумного напыления, в настоящее же время разработана инновационная технология – печатание специальными чернилами, содержащими смесь полупроводниковых нано частиц. Применение новой технологии и увеличение объемов производства привели к значительному удешевлению солнечной электроэнергии.

Основным показателем эффективности фотоэлементов является коэффициент полезного действия – отношение количества энергии, поступившей на фотоэлемент, к количеству энергии, получаемой потребителем. Наибольшей эффективности работы (КПД) фотоэлектрических панелей можно добиться только при их установке перпендикулярно падающим солнечным лучам. Угол наклона солнца относительно горизонта меняется как в течение суток так и в течение года. Для увеличения КПД солнечных электростанций применяют системы автоматического слежения за солнцем (трэкеры). Такие установки дороги и сложны в установке, поэтому их применение оправдано только при

большом количестве панелей. Ещё одним эффективным способом повышения энергоотдачи фото панелей является применение концентраторов солнечного излучения: линзы Френеля, параболические концентраторы, гелиостаты. Но увеличение плотности энергии, поступающей на фото панель приводит к необходимости использования систем охлаждения, что делает конструкцию более сложной. Солнечный модуль – это батарея взаимосвязанных солнечных элементов, заключенных под стеклянной крышкой, рис. 2. Чем интенсивнее свет, падающий на фотоэлементы и чем больше их площадь, тем больше вырабатывается электричества и тем больше сила тока.

Рис. 2. Солнечный модуль

Модули классифицируются по пиковой мощности в ваттах (Вт). Один пиковый ватт – техническая характеристика, которая указывает на значение мощности установки в определенных условиях, т.е. когда солнечное излучение в 1 кВт/м² падает на элемент при температуре 25°С. Такая интенсивность достигается при хороших погодных условиях и Солнце в зените. Чтобы выработать один пиковый ватт, нужен один элемент размером 10 x 10 см. Более крупные модули, площадью 1м x 40см, вырабатывают около 40–50 Вт. Однако солнечная освещенность редко достигает величины 1 кВт/м². Более того, на солнце модуль нагревается значительно выше номинальной температуры. Оба эти фактора снижают производительность модуля.

Эффективность широко применяемых фотоэлементов и модулей, достигнутых в лабораторных условиях представлена в таблице 2.

Соединение нескольких фотоэлектрических элементов вместе образует фотоэлектрический модуль (ФЭМ) или солнечные панели (СП). Для получения большой мощности несколько ФЭМ соединяется в фотоэлектрические батареи.

В течение ряда лет разработано множество типов солнечных элементов на основе кремния. В настоящее время широко используются следующие типы фотоэлектрических преобразователей (ФЭП), изготовленных из различных полупроводниковых материалов. ФЭП из поликристаллических фотоэлектрических элементов. рис.3, наиболее распространены ввиду оптимального соотношения цены и КПД среди всех разновидностей панелей, КПД которых составляет 12–14%. Такие панели имеют синий цвет и кристаллическую структуру

Таблица 2. Эффективность фотоэлементов и модулей

Рис. 3. Поликристаллический ФЭП

ФЭП из монокристаллических фотоэлектрических элементов, рис.4, более эффективны, а по цене более дорогие в пересчете на ватт мощности. КПД таких панелей составляет 14–19%(4).

Рис. 4. Монокристаллический ФЭП

В связи с тем, что монокристаллические элементы имеют форму многоугольников, всю площадь трудно рационально использовать. Из-за этого удельная мощность солнечной батареи оказывается несколько ниже, чем удельная мощность отдельного ее элемента.

ФЭП из аморфного кремния, рис.5, имеют низкий КПД, в пределах 6–8%. Несмотря на это, среди всех кремниевых технологий фотоэлектрических преобразователей такие солнечные батареи вырабатывают самую дешевую электроэнергию.

<