Produkcja baterii słonecznych: technologia i wyposażenie

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2023-12-17 10:38

Ludzkość stara się przestawić się na alternatywne źródła zasilania elektrycznego, które pomogą utrzymać czyste środowisko i obniżyć koszty wytwarzania energii. Produkcja baterii słonecznych to nowoczesna metoda przemysłowa. System zasilania obejmuje odbiorniki słoneczne, baterie, sterowniki, falowniki i inne urządzenia przeznaczone do określonych funkcji.

Bateria słoneczna jest głównym elementem, od którego zaczyna się akumulacja i konwersja energii promieni. We współczesnym świecie wybór panelu wiąże się z wieloma pułapkami, ponieważ branża oferuje dużą liczbę produktów połączonych pod jedną nazwą.

Krzemowe ogniwa słoneczne

Te produkty są popularne wśród dzisiejszych konsumentów. Podstawą ich produkcji jest krzem. Jego zasoby w głębinach są rozległe, a produkcja jest stosunkowo niedroga. Ogniwa krzemowe wypada korzystnie w porównaniu z innymi ogniwami słonecznymi pod względem wydajności.

Rodzaje elementów

Silikonowe ogniwa słoneczne są produkowane w następujących typach:

• monokrystaliczne;
• polikrystaliczne;
• amorficzny.

Powyższe formy urządzeń różnią się rozmieszczeniem atomów krzemu w krysztale. Główną różnicą między elementami jest inny wskaźnik wydajności konwersji energii świetlnej, który dla dwóch pierwszych typów jest w przybliżeniu na tym samym poziomie i przekracza wartości dla urządzeń wykonanych z krzemu amorficznego.

Dzisiejsza branża oferuje kilka modeli łapaczy światła słonecznego. Ich różnica polega na sprzęcie używanym do produkcji paneli słonecznych. Istotną rolę odgrywa technologia produkcji i rodzaj materiału wyjściowego.

Pojedynczy kryształ

Te elementy składają się z połączonych ze sobą ogniw silikonowych. Zgodnie z metodą naukowca Czochralskiego powstaje absolutnie czysty krzem, z którego powstają monokryształy. Kolejnym procesem jest cięcie zamrożonego i utwardzonego półproduktu na płyty o grubości od 250 do 300 mikronów. Cienkie warstwy są nasycone metalową siatką elektrod. Pomimo wysokich kosztów produkcji takie elementy są dość szeroko stosowane ze względu na wysoki współczynnik konwersji (17-22%).

Produkcja elementów polikrystalicznych

Technologia produkcji ogniw słonecznych z polikryształów polega na stopniowym schładzaniu stopionej masy krzemowej. Produkcja nie wymaga drogiego sprzętu, dzięki czemu zmniejsza się koszt pozyskania krzemu. Polikrystaliczne zasobniki słoneczne mają niższy współczynnik sprawności (11-18%), w przeciwieństwie do monokrystalicznych. Tłumaczy się to tym, że podczas procesu chłodzenia masa krzemu jest nasycana drobnymi ziarnistymi bąbelkami, co prowadzi do dodatkowego załamania promieni.

Amorficzne elementy krzemowe

Produkty są klasyfikowane jako szczególne, ponieważ ich przynależność do typu krzemu wynika z nazwy użytego materiału, a produkcja ogniw słonecznych odbywa się w technologii urządzeń foliowych. Kryształ w procesie produkcyjnym ustępuje miejsca wodorowi krzemu lub silonowi, którego cienka warstwa pokrywa podłoże. Baterie mają najniższą wartość sprawności, tylko do 6%. Elementy, pomimo znacznej wady, posiadają szereg niezaprzeczalnych zalet, które dają im prawo do stania się w zgodzie z powyższymi typami:

• Wartość pochłaniania optyki jest dwadzieścia razy wyższa niż w przypadku napędów monokrystalicznych i polikrystalicznych;
• ma minimalną grubość warstwy tylko 1 mikron;
• pochmurna pogoda nie wpływa na prace związane z konwersją światła, w przeciwieństwie do innych gatunków;
• ze względu na wysoką wytrzymałość na zginanie może być bezproblemowo używany w trudnych miejscach.

Opisane powyżej trzy typy konwerterów solarnych uzupełniają produkty hybrydowe wykonane z materiałów o podwójnych właściwościach. Takie właściwości uzyskuje się, gdy w amorficznym krzemie zawarte są mikroelementy lub nanocząstki. Otrzymany materiał jest podobny do krzemu polikrystalicznego, ale wypada korzystnie w porównaniu z nim pod względem nowych właściwości technicznych.wskaźniki.

Surowiec do produkcji ogniw słonecznych typu CdTe z folią

Dobór materiału podyktowany jest koniecznością obniżenia kosztów produkcji oraz poprawy wydajności pracy. Najczęściej używany absorbujący światło tellur kadmu. W latach 70. ubiegłego wieku CdTe był uważany za głównego pretendenta do wykorzystania przestrzeni, we współczesnym przemyśle znalazł szerokie zastosowanie w energetyce słonecznej.

Ten materiał jest klasyfikowany jako kumulacyjna trucizna, więc debata na temat jego szkodliwości nie ustępuje. Badania naukowców wykazały, że poziom szkodliwych substancji przedostających się do atmosfery jest akceptowalny i nie szkodzi środowisku. Poziom sprawności to tylko 11%, ale koszt przetworzonej energii elektrycznej z takich ogniw jest o 20-30% niższy niż z urządzeń typu krzemowego.

Akumulatory promieni wykonane z selenu, miedzi i indu

Półprzewodniki w urządzeniu to miedź, selen i ind, czasami dopuszcza się zastąpienie tych ostatnich galem. Wynika to z dużego zapotrzebowania na ind do produkcji monitorów płaskich. Dlatego wybrano tę opcję substytucji, ponieważ materiały mają podobne właściwości. Jednak dla wskaźnika sprawności wymiana odgrywa znaczącą rolę, produkcja baterii słonecznej bez galu zwiększa sprawność urządzenia o 14%.

Polimerowe kolektory słoneczne

Te elementy są klasyfikowane jako młode technologie, ponieważ pojawiły się ostatnio na rynku. Półprzewodniki organiczne pochłaniają światłoprzekształcić go w energię elektryczną. Do produkcji wykorzystywane są fulereny z grupy węglowej, polifenylen, ftalocyjanina miedzi itp. W efekcie uzyskuje się cienkie (100 nm) i elastyczne folie, które w pracy dają współczynnik wydajności na poziomie 5-7%. Wartość jest niewielka, ale produkcja elastycznych ogniw słonecznych ma kilka pozytywnych punktów:

• Wyprodukowanie nie kosztuje dużo;
• możliwość instalowania elastycznych baterii w zakrętach, gdzie elastyczność ma ogromne znaczenie;
• względna łatwość i przystępna cena instalacji;
• Elastyczne baterie są przyjazne dla środowiska.

Wytrawianie chemiczne podczas produkcji

Najdroższa bateria słoneczna to multikrystaliczny lub monokrystaliczny wafel krzemowy. W celu najbardziej racjonalnego wykorzystania krzemu wycina się figury pseudokwadratowe, ten sam kształt pozwala ciasno ułożyć płytki w przyszłym module. Po procesie cięcia na powierzchni pozostają mikroskopijne warstwy uszkodzonej powierzchni, które są usuwane poprzez trawienie i teksturowanie w celu poprawy odbioru padających promieni.

Powierzchnia obrobiona w ten sposób to przypadkowo rozmieszczone mikropiramidy, odbite od krawędzi, których światło pada na boczne powierzchnie innych występów. Procedura rozluźniania zmniejsza współczynnik odbicia materiału o około 25%. Proces trawienia przyjmuje szereg kwaśnych i zasadowychprzetwarzania, ale niedopuszczalne jest znaczne zmniejszenie grubości warstwy, ponieważ płyta nie wytrzymuje dalszej obróbki.

Półprzewodniki w ogniwach słonecznych

Technologia produkcji ogniw słonecznych zakłada, że główną koncepcją elektroniki stałej jest połączenie p-n. Jeżeli przewodność elektronowa typu n i przewodność dziurowa typu p są połączone w jednej płytce, to w miejscu ich styku występuje złącze p-n. Główną właściwością fizyczną tej definicji jest zdolność do służenia jako bariera i przepuszczania energii elektrycznej w jednym kierunku. To właśnie ten efekt pozwala na ustalenie pełnej pracy ogniw słonecznych.

W wyniku dyfuzji fosforu na końcach płytki tworzy się warstwa typu n, która opiera się na powierzchni elementu na głębokości zaledwie 0,5 mikrona. Produkcja baterii słonecznej zapewnia płytką penetrację nośników przeciwnych znaków, które powstają pod działaniem światła. Ich droga do strefy wpływu złącza p-n musi być krótka, w przeciwnym razie mogą się nawzajem ugasić, gdy się spotkają, nie generując żadnej ilości energii elektrycznej.

Zastosowanie trawienia plazmowo-chemicznego

Konstrukcja baterii słonecznej ma przednią powierzchnię z zainstalowaną kratką do przechwytywania prądu i tylną stronę, która jest stałym stykiem. Podczas zjawiska dyfuzji między dwiema płaszczyznami występuje zwarcie elektryczne, które jest przenoszone do końca.

Aby usunąć zwarcie, sprzęt służy dobaterie słoneczne, co pozwala to zrobić za pomocą plazmowo-chemicznego, chemicznego trawienia lub mechanicznego, laserowego. Często stosowana jest metoda oddziaływania plazmochemicznego. Trawienie jest wykonywane jednocześnie dla stosu ułożonych razem płytek krzemowych. Wynik procesu zależy od czasu trwania obróbki, składu środka, wielkości kwadratów materiału, kierunku strumienia jonów i innych czynników.

Zastosowanie powłoki antyrefleksyjnej

Dzięki nałożeniu tekstury na powierzchnię elementu, odbicie zostaje zredukowane do 11%. Oznacza to, że jedna dziesiąta promieni po prostu odbija się od powierzchni i nie bierze udziału w tworzeniu elektryczności. W celu zmniejszenia takich strat na przednią stronę elementu nakładana jest powłoka z głęboką penetracją impulsów świetlnych, która nie odbija ich z powrotem. Naukowcy biorąc pod uwagę prawa optyki określają skład i grubość warstwy, dzięki czemu produkcja i montaż paneli słonecznych z taką powłoką zmniejsza odbicie nawet o 2%.

Poszycie stykowe z przodu

Powierzchnia elementu jest zaprojektowana do pochłaniania największej ilości promieniowania, to właśnie ten wymóg określa wymiary i właściwości techniczne zastosowanej siatki metalowej. Wybierając konstrukcję frontu, inżynierowie rozwiązują dwa przeciwstawne problemy. Spadek strat optycznych następuje przy cieńszych liniach i ich usytuowaniu w dużej odległości od siebie. Produkcja baterii słonecznej o zwiększonym rozmiarze sieci prowadzi do tego, że niektóre ładunki nie mają czasu na kontakt i są tracone.

Dlatego naukowcy ustandaryzowali wartość odległości i grubości linii dla każdego metalu. Zbyt cienkie paski otwierają przestrzeń na powierzchni elementu, aby pochłaniać promienie, ale nie przewodzą silnego prądu. Nowoczesne metody nakładania metalizacji polegają na sitodruku. Jako materiał najbardziej uzasadnia się pasta zawierająca srebro. Dzięki jego zastosowaniu wydajność elementu wzrasta o 15-17%.

Metalizacja z tyłu urządzenia

Osadzanie metalu z tyłu urządzenia odbywa się na dwa sposoby, z których każdy wykonuje własną pracę. Ciągła cienka warstwa na całej powierzchni, z wyjątkiem pojedynczych otworów, jest natryskiwana aluminium, a otwory są wypełniane pastą zawierającą srebro, która pełni rolę kontaktową. Warstwa litego aluminium służy jako rodzaj urządzenia lustrzanego na tylnej stronie, które zapewnia darmowe ładunki, które mogą zostać utracone w zwisających kryształowych wiązaniach sieci. Dzięki takiej powłoce panele słoneczne pracują o 2% więcej mocy. Opinie klientów mówią, że takie elementy są trwalsze i nie mają tak dużego wpływu na pochmurną pogodę.

Wykonywanie paneli słonecznych własnymi rękami

Źródła zasilania ze słońca, nie każdy może zamówić i zainstalować w domu, ponieważ ich koszt jest dziś dość wysoki. Dlatego wielu rzemieślników i rzemieślników opanowuje produkcję paneli słonecznych w domu.

Komplety fotokomórek do samodzielnego montażu można kupić w Internecie w różnych witrynach. Ich kosztzależy od liczby użytych płyt i mocy. Na przykład zestawy o małej mocy, od 63 do 76 W z 36 płytami, kosztują 2350-2560 rubli. odpowiednio. Elementy pracy odrzucone z linii produkcyjnych z jakiegokolwiek powodu są również kupowane tutaj.

Wybierając typ konwertera fotowoltaicznego, należy wziąć pod uwagę fakt, że ogniwa polikrystaliczne są bardziej odporne na zachmurzenie i pracują wydajniej niż monokrystaliczne, ale mają krótszą żywotność. Monokrystaliczne są bardziej wydajne w słoneczną pogodę i wytrzymują znacznie dłużej.

Aby zorganizować produkcję paneli słonecznych w domu, musisz obliczyć całkowite obciążenie wszystkich urządzeń, które będą zasilane przez przyszły konwerter i określić moc urządzenia. Stąd wynika liczba fotokomórek z uwzględnieniem kąta nachylenia panelu. Niektórzy rzemieślnicy przewidują możliwość zmiany położenia płaszczyzny akumulacyjnej w zależności od wysokości przesilenia, a zimą - od grubości śniegu, który spadł.

Do wykonania obudowy używane są różne materiały. Najczęściej stawiają narożniki aluminiowe lub nierdzewne, używają sklejki, płyty wiórowej itp. Część przezroczysta wykonana jest ze szkła organicznego lub zwykłego. W sprzedaży są fotokomórki z już przylutowanymi przewodami, lepiej jest kupić takie, ponieważ zadanie montażu jest uproszczone. Płytki nie są układane jedna na drugiej – dolne mogą dawać mikropęknięcia. Lut i topnik są wstępnie nałożone. Wygodniej jest lutować elementy, umieszczając je natychmiast po stronie roboczej. Na końcu skrajne płyty są przyspawane do opon (szersze przewody), po czym wyprowadzane są „minus” i „plus”.

Po zakończeniu pracy panel jest testowany i uszczelniany. Zagraniczni rzemieślnicy używają do tego związków, ale dla naszych rzemieślników są one dość drogie. Przetworniki domowej roboty są uszczelnione silikonem, a tylna strona pokryta jest lakierem na bazie akrylu.

Podsumowując, należy stwierdzić, że recenzje mistrzów, którzy własnoręcznie wykonali panele słoneczne, są zawsze pozytywne. Po wydaniu pieniędzy na produkcję i instalację konwertera, rodzina szybko za nie płaci i zaczyna oszczędzać, korzystając z darmowej energii.