Эволюция размеров ячеек фотоэлементов

Солнечные элементы (фотоэлектрические ячейки, фотоэлектрические преобразователи, ФЭП), являющиеся основным рабочим элементом солнечной батареи, влияющие на производительность. Но они не всегда имели привычный нам теперешний размер. Активная эволюция размеров ФЭП произошла в последние годы и не плавно, а скачками.

О том, как это произошло — в нашей статье.

Первые ФЭПы и ранние годы

Вопреки нашему теперешнему представлению, первый фотоэлектрический элемент был создан российским учёным Александром Григорьевичем Столетовым и имел не плоскую, а колбообразную форму.

Далее, в процессе эволюции и развития изучения внешнего фотоэффекта, фотоэлектрические преобразователи приобрели привычный нам вид. К моменту коммерциализации солнечной энергетики компанией Bell Telephone Labs в 1955 году, ФЭП, созданный под руководством учёных Чапина, Фуллера и Пирсона, имел площадь в 2 квадратных сантиметра и КПД 6%.

Традиционно монокристаллические кремниевые ячейки до 2010 года изготавливались почти исключительно в размере 125х125 мм. Затем все больше распространение получили ячейки размером 156×156 мм. Этот стандарт размера получил официальную маркировку — M1. Из-за одинакового размера ячеек размеры самих солнечных модулей почти не отличались у разных производителей.

В 2013 году стандарт М1 был незначительно увеличен некоторыми производителями до размеров 156,75х156,75 мм. Новый стандарт получил маркировку — М2. До 2015 года на рынке доминировали стандартные ячейки M1 и M2.

Современная тенденция к увеличению размера ячейки

В 2018 году некоторые производители начали внедрять фотоэлектрические модули на основе еще более крупных элементов размером 161,70х161,70 мм, определяемых размером M4. Увеличение площади примерно на 6% позволило оптимизировать производственные затраты. Они снизились не только на ячейку, но и на весь солнечный модуль. Таким образом, снизились и удельные затраты на единицу мощности.

Также, к плюсам эволюции размеров ФЭП для коммерческих СЭС можно отнести, например, уменьшение количества коммутационных элементов на единицу мощности.

Несмотря на то, что стандарт M4 еще не успел укрепится на рынке, в 2019 году, некоторые производители стали применять в производстве солнечных батарей ячейки размером 166×166 мм под названием M6.

Кстати, рекордсменом по КПД преобразования солнечного излучения в электроэнергию на сегодняшний день является компания Jinko Solar — 24,79%. В своих модулях серии Tiger Pro TR мощностью 610 Ватт они используют фотоячейки размера М6. Это показывает, что эволюция размеров ФЭП происходит не «для галочки», а имеет вполне утилитарное значение.

Последствия

Следствием увеличения размера ячеек является увеличение размера самого фотоэлектрического модуля. При переключении с ячеек M2 на ячейки M4 происходит увеличение ширины рамки модуля примерно на 1 см и увеличение длины примерно на 3 см. Это изменение настолько важно, что оно должно быть учтено при проектировании полей фотоэлектрических модулей.

Изменение размера модулей также может вызвать проблему с заменой поврежденного модуля новым. Он просто не будет соответствовать по размеру. В связи с этим необходимо учитывать не только мощностные показатели, но и размеры при выборе солнечных панелей. Это касается как для нового строительства солнечной станции, так и для модернизации существующих объектов.

Конечно же, данные условия более важны для коммерческих объектов. Размеры домашних солнечных электростанций имеют меньшую корреляцию с размерами фотоячеек.

Если Вам понравилась статья, Вы можете поддержать проект финансово с помощью Ю-Money или став нашим патроном на сервисах Patreon и SPONSR:

Также Вы можете подписаться, оставив свой e-mail в форме ниже, и получать уведомления о выходе новых статей, интересные анонсы и новости проекта Solar-News