太阳能电池:目前哪些太阳能组件提供最好的技术和最好的性能?
发布日期:2022 年 2 月 17 日 / 更新日期:2023 年 2 月 23 日 - 作者: Konrad Wolfenstein
太阳能组件:有哪些类型?
太阳能电池的技术发展继续快速进步。 昨天的超现代和创新往往明天就过时了。 技术进步使系统变得越来越稳定和高效,从而导致对光伏发电的需求不断增加。 德国制定的到 2045 年实现气候中和的目标可能会进一步刺激这一趋势,这就是为什么可再生能源预计在未来几年将出现显着增长。
不同类型的太阳能组件对光伏技术的效率起着至关重要的作用。 在这个国家,有四种模块类型在光伏系统中占主导地位。 我们将向您介绍他们的优点和缺点以及他们的观点。
太阳能组件:有哪些类型?
光伏组件类型的特点是其技术设计有时存在显着差异。 这意味着它们在性能、使用持续时间和成本方面提供了截然不同的结果。 下面我们想仔细看看它们:
- 玻璃-玻璃/双玻组件
- 多晶组件
- 单晶组件
- 薄膜模块
- CIS/CIGS 模块
玻璃-玻璃/双玻组件
采用双面电池技术的玻璃组件,可以在组件的正面和背面捕获光线。 增加光的使用可以提高模块的效率。
适合:
多晶组件(显着特征:蓝色)
多晶光伏组件与相关的单晶组件一样,由硅制成。 熔化后,将其倒入细长的方形模具中并缓慢冷却。 由此产生的晶体结构在进一步的生产步骤中被分割并分解成形成多晶太阳能电池的圆盘。 从视觉上看,它们的特点是醒目的蓝色。
该工艺的优点是相对便宜,这就是多晶光伏组件长期以来一直是使用最广泛的太阳能电池之一的原因。 该技术经过了长期的运行尝试和测试,因此极其可靠。 除了故障敏感性低之外,该系统还具有较长的使用寿命。 然而,该制造过程的缺点是单个晶体的边界层会发生模糊。 这意味着这些太阳能电池的效率仅处于中间范围,即 12% 至 16%。 这增加了空间需求并降低了效率。
多晶硅和单晶硅组件的另外两个共同缺点是它们的重量相对较高,并且在漫射照明条件和高温下性能会下降。
单晶硅组件(显着特征:闪烁的深蓝色到黑色)
单晶硅组件也是由硅制成的。 与多晶结构相反,硅被二次熔化,形成柱状单晶(因此称为“单晶”)。 它们不会遭受多晶组件所观察到的摩擦损失。 这使得深蓝色到黑色闪烁太阳能电池的效率高达 20%。
单晶硅组件除了对故障的敏感度较低以及其实施经过数十年的尝试和测试外,还具有较小的空间需求的特点。 然而,这些模块的生产成本相对较高。 除此之外,它们的重量相对较高,并且在照明条件差和高温下效率较低。
关于晶体太阳能组件的结论
总之,两种晶体模块形式都表现有效。 然而,它们相对较重,尽管单晶太阳能组件由于效率较高而在空间有限时是更好的选择。 尽管价格较高,但其更高的效率确保了它们经常优于多晶太阳能电池。
然而,多晶组件的价格(每千瓦)降低三分之一,确保它们继续受到广泛欢迎,特别是在没有空间限制的大型光伏系统中。
薄膜模块
顾名思义,薄膜模块的特点是深度非常浅。 薄膜模块传统上采用非晶硅半导体制造。 在该系统中,通常由玻璃制成的载体材料被汽化成薄层。 这种构造方法意味着薄膜太阳能电池比由硅片制成的两个太阳能模块薄约100倍。
在微电子、光伏和微系统技术中,晶圆是厚度约为一毫米的圆形或方形盘。 它们由单晶或多晶(半导体)毛坯(即所谓的锭)制成,通常用作电子元件的基板(基板),包括集成电路(IC,“芯片”)、微机械元件或光电涂层。 在制造微电子元件时,通常将多个晶圆组合成一批,并直接依次或并行地进行加工。
这也是薄膜模块的最大优势之一,因为它们的重量轻意味着它们可以非常灵活和多功能地使用。 这就是为什么这些模块长期以来不仅用于大型光伏系统,而且还用于手表和其他小型电子产品的发电。 此外,由于原材料要求较低,薄膜模块易于制造且生产成本低廉,这进一步推动了薄膜模块的普及。 在不利的光照条件下,它们的性能曲线也不像上述两种晶体模块那样平坦。
然而,窄模块的缺点是它们的效率比其他太阳能电池低得多。 该比例高达 7%,因此它们在光伏系统中的使用需要大量空间。 为了实现更高的效率,制造商现在已改用碲化镉(CdTe)生产薄膜模块。 该设计原理的优点是效率稍高,可达8%。 它特别适合在雾霾和漫射光严重的地区使用。 然而,用户必须接受更高的价格,并且在拆卸时,还要接受模块中所含镉的更昂贵的回收费用。 尽管成本增加,但这种更有效的模块化设计的使用现在正在增加。
此外,许多公司目前正在研究使用铜锌锡硫化物和硫(CZTS)制造的薄膜模块。 这种半导体材料比传统的薄膜太阳能电池具有优势,因为它在结构中不必使用稀有和有毒元素。 然而,这项技术可能还需要一段时间才能实现大规模生产。
CIS/CIGS薄膜模块
这些模块是一种特殊形式的薄膜太阳能电池,目前是该领域第二常见的类型,仅次于 CdTe 变体。 它们基于铜铟二硒化物 (CIS) 或铜铟镓二硒化物 (CIGS) 化合物,其导电性能明显优于基于硅的薄膜模块。 其效率在12%至15%之间,相当于薄膜太阳能电池中的最高效率。 它们在漫射光和高温下的损失也很小,而且重量轻且不易发生故障。
这些优点被模块中所含硒的昂贵生产和复杂回收所抵消。 此外,由于这些模块的存在相对较新,因此系统的耐用性没有长期的经验。 然而,主要是高价格导致这些太阳能电池的生产多年来停滞不前。
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