Монокристаллический модуль. Особенности и преимущества

Монокристаллический фотомодуль – это солнечная батарея, которую используют как альтернативный источник энергии, что способен генерировать электричество при отсутствии внешней сети, либо использоваться в качестве дополнительного или резервного питания.

Из чего состоит фотомодуль на монокристаллах?

Кремний – главный составляющий элемент любой солнечной панели.

Именно с помощью кристаллов кремния методами пленарной технологии производят фотоэлектрические преобразователи.

Для изготовления монокристаллических фотомодулей используют кремний солнечного качества (содержание кремния свыше 99,99 % по весу), со средними значениями времени жизни неравновесных носителей и удельного сопротивления (до 25мкс и до 10 Ом. см).

Солнечная панель включает:

• Солнечные элементы (фотоэлектрические преобразователи энергии)
• Фотоэлектрический генератор (устройство, преобразующее энергию оптического излучения в электрическую  в полупроводниках)
• Герметизирующая пленка ЭВА (этиленвинилацетатная, наделена хорошей липкостью к поверхностям стекла и пластика и применяется в качестве клеевой основы) + защитная пленка ПЭТ (полиэтилентерефталат (термопластик))
• Блок терминалов с электрическими контактами, предназначенных для подключения модуля
• Стеклянная плита (защищает модули от механических повреждений)
• Металлические шины (придают гибкости, позволяют свернуть батареи в продольном и поперечном направлениях)
• Алюминиевый каркас (предназначена для фиксирования и закрепления панели)

Производство монокристаллической панели

 Чтобы изготовить монокристаллический фотомодуль используют максимально чистый  кремний. Существует монокристаллический кремний, изготовлен по  технологии    бестигельной зонной плавки  (диаметр слитка 150 мм) и кремний, который получают способом  Я. Чохральского (диаметр слитка  400 мм).

 В процессе выращивания монокристалла по методу Яна Чохральского выделяют следующие стадии: 

• погрузки и плавления шихты (смесь исходных материалов);
• стабилизация расплава;
• выращивание перетяжки;
• доведение перетяжки к заданному диаметру;
• выращивание тела монокристалла;
• выращивание обращенного конуса;
• охлаждение монокристалла.

Когда монокристалл затвердел, его разрезают на тонкие пластины (250-300 мкм). Их пронизывают металлическими электродами.

Чтобы изготовить солнечную панель, нужно соединить несколько модулей вместе. На каждый модуль наносится паяльный флюс. Провод разогревается паяльником, после чего модули помещают на специальную панель. По окончанию пайки модули очищают при помощи ультразвука в воде с температурой 60 градусов. Высушенные и полностью очищенные модули готовы к дальнейшей сборке.

После этого приступают к спайке нескольких модулей группы. Вначале наносится флюс, улучшающий качество спайки. С большой сноровкой модули собираются в четыре группы, состоящие из девяти модулей каждая. Таким образом, на одну панель уходит 36 модулей. Модули крепятся край к краю, с ними нужно обращаться крайне осторожно. С помощью вольтметра проверяют напряжение на каждом из модулей. На этой стадии спайку легко поправить, если что-то не работает. Если напряжение соответствует норме, модули, выстроенные в девять рядов, поднимают пневматическим захватом. Так с ними легче обращаться и нет опасности загрязнить поверхность. Модули устанавливаются на профиль.

Затем через них пропускается металлическая лента, являющаяся проводником и связывающая вместе четыре группы по девять модулей. Каждый из модулей приваривается к металлической ленте. После этого модули закрываются сверху прозрачным листом многослойного стекла, которое служит жесткой основой и поддерживает модули. Наложение частей формирует многослойный каркас, который придаёт панели дополнительную жесткость и прочность.

Наконец для защиты модулей каркас запечатывают плёнкой. Чтобы заламинировать и придать жёсткость панели, её помещают в печь с вакуумом. Там панель выдерживается в течение 15 минут при температуре 80 °С. На выходе из печи все компоненты панели прочно связаны воедино. Её помещают в имитатор солнца для тестирования: отрицательные и положительные контакты подсоединяют к вольтметру. Панель вставляют в симулятор, где на него подаётся мощный поток света. С вольтметра считываются показания, таким образом, определяется сила тока, вырабатываемая панелью.

На следующем этапе панель помещается в алюминиевую раму, фиксируется и закрепляется. На производство одной батареи уходит около часа работы и спрос на панели продолжает расти по мере того, как дополнительные источники энергии в домах становятся не причудой, а необходимостью.

В результате фотомодуль выглядит как монолитная панель из закаленного стекла, на текстуре которого между слоями герметизирующей плёнки размещены солнечные элементы (их количество может составлять 36, 60 или 72).

*В таблице обозначены максимальные данные.

Эксплуатация фотоэлектрических модулей

Монокристаллические панели смонтированы в надежный и долговечный корпус, который защищает их от пыли, влажности и прочих загрязнений. Такой тип фотомодулей правильно использовать в составе сетевых солнечных электростанций, так как они демонстрируют гораздо выше мощностные показатели, нежели любой другой вид панелей при открытом солнце. Это, в свою очередь, приводит к увеличению ГОДОВОЙ выработки электроэнергии.

Также, важно отметить, что фотомодули могут размещаются не только на статичных зданиях, площадях, но и на передвижных конструкциях, например, яхтах. В последнем случае проекты обсуждаются и осуществляются в индивидуальном порядке. 

Использование в Украине. Целесообразно или нет?

Применять в Украине солнечные панели из монокристаллических модулей желательно и выгодно, учитывая климатическую зону страны, для которой  характерна переменная облачность вместе с высокой солнечной инсоляцией. В связи с тем, что технология изготовления монокристаллических модулей сложнее, нежели поликристаллических, они стоят дороже, но цена оправдывается высокой эффективностью и долгим сроком службы.