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 Яндекс.Денег или став нашим патроном на сервисе Patreon:
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