Saulės baterijų gamyba: technologija ir įranga

2024 Autorius: Howard Calhoun | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2023-12-17 10:34

Žmonija siekia pereiti prie alternatyvių elektros tiekimo š altinių, kurie padės išlaikyti švarią aplinką ir sumažinti energijos gamybos sąnaudas. Saulės baterijų gamyba yra modernus pramoninis metodas. Maitinimo sistemą sudaro saulės imtuvai, baterijos, valdikliai, inverteriai ir kiti įrenginiai, skirti konkrečioms funkcijoms atlikti.

Saulės baterija yra pagrindinis elementas, nuo kurio prasideda spindulių energijos kaupimas ir konversija. Šiuolaikiniame pasaulyje vartotojas susiduria su daugybe spąstų renkantis skydelį, nes pramonė siūlo daugybę gaminių, sujungtų vienu pavadinimu.

Silicio saulės elementai

Šie produktai yra populiarūs tarp šių dienų vartotojų. Silicis yra jų gamybos pagrindas. Jo atsargos gelmėje yra plačiai paplitusios, o gamyba yra palyginti nebrangi. Silicio elementai yra palankesni savo našumo lygiu palyginti su kitais saulės elementais.

Elementų tipai

Silikoniniai saulės elementai gaminami šių tipų:

• monokristalinis;
• polikristalinis;
• amorfinis.

Aukščiau pateiktos įtaisų formos skiriasi tuo, kaip kristale išsidėstę silicio atomai. Pagrindinis elementų skirtumas yra skirtingas šviesos energijos konversijos efektyvumo rodiklis, kuris pirmųjų dviejų tipų yra maždaug tokio paties lygio ir viršija įrenginių, pagamintų iš amorfinio silicio, vertes.

Šiandien pramonė siūlo keletą saulės šviesos gaudyklių modelių. Jų skirtumas yra saulės kolektorių gamybai naudojama įranga. Gamybos technologija ir pradinės medžiagos tipas vaidina svarbų vaidmenį.

Vieno kristalo tipas

Šiuos elementus sudaro silikoniniai elementai, sujungti kartu. Mokslininko Czochralskio metodu gaminamas absoliučiai grynas silicis, iš kurio gaminami monokristalai. Kitas procesas – šaldyto ir sukietėjusio pusgaminio supjaustymas į 250–300 mikronų storio plokštes. Ploni sluoksniai yra prisotinti metaliniu elektrodų tinkleliu. Nepaisant didelių gamybos sąnaudų, tokie elementai naudojami gana plačiai dėl didelio konversijos koeficiento (17-22%).

Polikristalinių elementų gamyba

Saulės elementų gamybos iš polikristalų technologija yra tokia, kad išlydyto silicio masė palaipsniui aušinama. Gamybai nereikia brangios įrangos, todėl sumažėja silicio gavimo kaštai. Polikristalinės saulės saugyklos turi mažesnį naudingumo koeficientą (11-18%), skirtingai nei monokristalinės. Tai paaiškinama tuo, kad aušinimo proceso metu silicio masė yra prisotinama smulkių granuliuotų burbuliukų, todėl spinduliai lūžta papildomai.

Amorfiniai silicio elementai

Gaminiai priskiriami specialiosioms rūšims, nes jų priklausymas silicio tipui kilęs iš naudojamos medžiagos pavadinimo, o saulės elementų gamyba vykdoma naudojant plėvelinių įrenginių technologiją. Kristalas gamybos procese užleidžia vietą silicio vandeniliui arba silionui, kurio plonas sluoksnis dengia pagrindą. Baterijos turi mažiausią efektyvumo vertę, tik iki 6%. Elementai, nepaisant reikšmingo trūkumo, turi daug neabejotinų pranašumų, kurie suteikia jiems teisę atitikti aukščiau išvardytus tipus:

• optikos sugerties vertė yra dvi dešimtis kartų didesnė nei monokristalinių ir polikristalinių diskų;
• minimalus sluoksnio storis yra tik 1 mikronas;
• debesuotas oras, skirtingai nuo kitų rūšių, nedaro įtakos šviesos konversijos darbams;
• dėl didelio lenkimo stiprumo jį galima be problemų naudoti sudėtingose vietose.

Aukščiau aprašytus trijų tipų saulės energijos keitiklius papildo hibridiniai produktai, pagaminti iš medžiagų, turinčių dvejopų savybių. Tokios charakteristikos pasiekiamos, jei amorfiniame silicyje yra mikroelementų ar nanodalelių. Gauta medžiaga yra panaši į polikristalinį silicį, bet su juo palankiai palyginama naujomis techninėmis savybėmis.rodikliai.

Žaliava CdTe plėvelės tipo saulės elementų gamybai

Medžiagos pasirinkimą lemia poreikis sumažinti gamybos sąnaudas ir pagerinti darbo našumą. Dažniausiai naudojamas šviesą sugeriantis kadmio teluridas. Praėjusio amžiaus aštuntajame dešimtmetyje CdTe buvo laikomas pagrindiniu varžovu naudoti kosmosą, o šiuolaikinėje pramonėje jis buvo plačiai pritaikytas saulės energijos srityje.

Ši medžiaga priskiriama kaupiamųjų nuodų kategorijai, todėl diskusijos dėl jos kenksmingumo nesiliauja. Mokslininkų atliktais tyrimais nustatyta, kad į atmosferą patenkančių kenksmingų medžiagų kiekis yra priimtinas ir nekenkia aplinkai. Efektyvumo lygis yra tik 11%, tačiau konvertuojamos elektros energijos iš tokių elementų kaina yra 20-30% mažesnė nei naudojant silicio tipo įrenginius.

Spindulio akumuliatoriai, pagaminti iš seleno, vario ir indžio

Puslaidininkiai įrenginyje yra varis, selenas ir indis, kartais leidžiama pastarąjį pakeisti galiu. Taip yra dėl didelės indžio paklausos plokščių monitorių gamybai. Todėl buvo pasirinktas šis pakeitimo variantas, nes medžiagos turi panašias savybes. Tačiau dėl efektyvumo rodiklio pakeitimas vaidina svarbų vaidmenį, gaminant saulės bateriją be galio, prietaiso efektyvumas padidėja 14%.

Polimeriniai saulės kolektoriai

Šie elementai priskiriami prie jaunų technologijų, nes neseniai pasirodė rinkoje. Organiniai puslaidininkiai sugeria šviesąpaversti jį elektros energija. Gamybai naudojami anglies grupės fullerenai, polifenilenas, vario ftalocianinas ir kt.. Dėl to gaunamos plonos (100 nm) ir lanksčios plėvelės, kurios darbe duoda 5-7% naudingumo koeficientą. Vertė nedidelė, tačiau lanksčių saulės elementų gamyba turi keletą teigiamų aspektų:

• Pagaminti nekainuoja daug;
• galimybė montuoti lanksčias baterijas posūkiuose, kur elastingumas yra itin svarbus;
• santykinis įrengimo paprastumas ir įperkamumas;
• lanksčios baterijos yra nekenksmingos aplinkai.

Cheminis ėsdinimas gamybos metu

Brangiausia saulės baterija yra daugiakristalinė arba monokristalinė silicio plokštelė. Racionaliausiam silicio naudojimui išpjaunamos pseudo-kvadratinės figūros, ta pati forma leidžia sandariai išdėstyti plokštes būsimame modulyje. Po pjovimo ant paviršiaus lieka mikroskopiniai pažeisto paviršiaus sluoksniai, kurie pašalinami ėsdinant ir tekstūruojant, kad būtų geriau priimti krintantys spinduliai.

Tokiu būdu apdorotas paviršius yra atsitiktinai išsidėsčiusios mikropiramidės, nuo kurių krašto atsispindėjusi šviesa krenta ant kitų išsikišimų šoninių paviršių. Atlaisvinimo procedūra sumažina medžiagos atspindį maždaug 25%. Marinavimo procesas apima rūgštinių ir šarminių medžiagų serijąapdorojimas, tačiau nepriimtina labai sumažinti sluoksnio storį, nes plokštė neatlaiko tolesnio apdorojimo.

Puslaidininkiai saulės elementuose

Saulės elementų gamybos technologija daro prielaidą, kad pagrindinė kietosios elektronikos koncepcija yra p-n-jungtis. Jei n tipo elektroninis laidumas ir p tipo skylinis laidumas sujungiami vienoje plokštelėje, tada jų sąlyčio taške atsiranda p-n sandūra. Pagrindinė šio apibrėžimo fizinė savybė yra gebėjimas tarnauti kaip barjeras ir perduoti elektrą viena kryptimi. Būtent šis efektas leidžia užtikrinti visišką saulės elementų veikimą.

Dėl fosforo difuzijos plokštės galuose susidaro n tipo sluoksnis, kuris yra pagrįstas elemento paviršiumi tik 0,5 mikrono gylyje. Gaminant saulės bateriją, negiliai prasiskverbia priešingų ženklų nešikliai, atsirandantys veikiant šviesai. Jų kelias į p-n sankryžos įtakos zoną turi būti trumpas, antraip susitikę jie gali užgesinti vienas kitą, nesukurdami jokios elektros energijos.

Plazmos cheminio ėsdinimo naudojimas

Saulės baterijos konstrukcija turi priekinį paviršių su įmontuotomis grotelėmis srovei užfiksuoti ir galinę pusę, kuri yra tvirtas kontaktas. Difuzijos reiškinio metu tarp dviejų plokštumų atsiranda trumpasis trumpasis jungimas, kuris perduodamas iki galo.

Norėdami pašalinti trumpąjį jungimą, įranga naudojamasaulės baterijos, leidžiančios tai padaryti plazminio cheminio, cheminio ėsdinimo ar mechaninio, lazerio pagalba. Dažnai naudojamas plazminio cheminio poveikio metodas. Vienu metu sukrautų silicio plokštelių rietuvės ėsdinimas atliekamas. Proceso rezultatas priklauso nuo gydymo trukmės, agento sudėties, medžiagos kvadratų dydžio, jonų srauto srovės krypties ir kitų veiksnių.

Neatspindinčios dangos taikymas

Elemento paviršiui pritaikius tekstūrą, atspindys sumažinamas iki 11%. Tai reiškia, kad dešimtadalis spindulių tiesiog atsispindi nuo paviršiaus ir nedalyvauja formuojant elektrą. Siekiant sumažinti tokius nuostolius, priekinėje elemento pusėje yra padengta danga su giliai prasiskverbiančiais šviesos impulsais, kuri jų neatspindi atgal. Mokslininkai, atsižvelgdami į optikos dėsnius, nustato sluoksnio sudėtį ir storį, todėl gaminant ir montuojant saulės baterijas su tokia danga atspindys sumažėja iki 2%.

Kontaktinė danga priekinėje pusėje

Elemento paviršius suprojektuotas taip, kad sugertų didžiausią spinduliuotės kiekį, būtent šis reikalavimas lemia naudojamo metalinio tinklelio matmenis ir technines charakteristikas. Pasirinkę priekinės pusės dizainą, inžinieriai išsprendžia dvi priešingas problemas. Optinių nuostolių sumažėjimas atsiranda esant plonesnėms linijoms ir jų išdėstymui dideliu atstumu viena nuo kitos. Gaminant saulės bateriją su padidintu tinklo dydžiu, kai kurie įkrovimai nespėja pasiekti kontakto ir prarandami.

Todėl mokslininkai standartizavo kiekvieno metalo atstumo ir linijos storio reikšmę. Per plonos juostelės atveria erdvę elemento paviršiuje, kad sugertų spindulius, tačiau nepraleidžia stiprios srovės. Šiuolaikiniai metalizavimo metodai susideda iš šilkografijos. Kaip medžiaga, sidabro turinti pasta labiausiai pasiteisina. Dėl jo naudojimo elemento efektyvumas pakyla 15-17%.

Metalizacija įrenginio gale

Metalas nusėda ant galinės įrenginio dalies dviem būdais, kurių kiekvienas atlieka savo darbą. Ištisinis plonas sluoksnis per visą paviršių, išskyrus atskiras skylutes, apipurškiamas aliuminiu, o skylės užpildomos sidabro turinčia pasta, kuri atlieka kontaktinį vaidmenį. Tvirtas aliuminio sluoksnis tarnauja kaip savotiškas veidrodinis įtaisas galinėje pusėje, kad būtų galima nemokamai pakrauti įkrovas, kurios gali būti prarastos kabančiuose grotelių kristaliniuose ryšiuose. Su tokia danga saulės baterijos veikia 2% daugiau galios. Klientų atsiliepimai teigia, kad tokie elementai yra patvaresni ir jiems taip nedaro įtakos debesuotas oras.

Saulės baterijų kūrimas savo rankomis

Maitinimo š altiniai nuo saulės, ne visi gali užsisakyti ir montuoti namuose, nes jų kaina šiandien yra gana didelė. Todėl daugelis amatininkų ir meistrų įvaldo saulės baterijų gamybą namuose.

Fotoelementų rinkinius, skirtus savarankiškam surinkimui, galite nusipirkti internete įvairiose svetainėse. Jų kainapriklauso nuo naudojamų plokščių skaičiaus ir galios. Pavyzdžiui, mažos galios rinkiniai, nuo 63 iki 76 W su 36 plokštėmis, kainuoja 2350-2560 rublių. atitinkamai. Čia taip pat perkamos darbo prekės, dėl kokių nors priežasčių atmestos iš gamybos linijų.

Rinkdamiesi fotovoltinio keitiklio tipą, atsižvelkite į tai, kad polikristaliniai elementai yra atsparesni debesuotam orui ir veikia efektyviau nei monokristaliniai, tačiau jų tarnavimo laikas yra trumpesnis. Monokristaliniai yra efektyvesni saulėtu oru ir tarnaus daug ilgiau.

Norėdami organizuoti saulės baterijų gamybą namuose, turite apskaičiuoti bendrą visų įrenginių, kurie bus maitinami būsimu keitikliu, apkrovą ir nustatyti įrenginio galią. Iš čia seka fotoelementų skaičius, kartu atsižvelgiant į plokštės pasvirimo kampą. Kai kurie meistrai numato galimybę keisti akumuliacinės plokštumos padėtį priklausomai nuo saulėgrįžos aukščio, o žiemą – nuo iškritusio sniego storio.

Dėžui gaminti naudojamos įvairios medžiagos. Dažniausiai dedami aliuminio arba nerūdijančio plieno kampai, naudojama fanera, medžio drožlių plokštės ir kt. Permatoma dalis pagaminta iš organinio arba paprasto stiklo. Parduodant yra fotoelementų su jau lituotais laidininkais, geriau pirkti tokius, nes surinkimo užduotis yra supaprastinta. Lėkštės nėra sukrautos viena ant kitos – apatinės gali duoti mikroįtrūkimų. Lydmetalis ir srautas yra iš anksto užtepti. Elementus patogiau lituoti iš karto dedant į darbinę pusę. Pabaigoje kraštutinės plokštės privirinamos prie padangų (platesni laidininkai), po to išvedami „minusas“ir „pliusas“.

Po atliktų darbų skydelis patikrinamas ir užsandarinamas. Užsienio meistrai tam naudoja mišinius, tačiau mūsų meistrams jie gana brangūs. Naminiai keitikliai sandarinami silikonu, o nugarėlė padengta akrilo pagrindu pagamintu laku.

Apibendrinant reikėtų pasakyti, kad meistrų, kurie savo rankomis gamino saulės baterijas, atsiliepimai visada yra teigiami. Išleidusi pinigus keitiklio gamybai ir montavimui, šeima greitai už juos sumoka ir pradeda taupyti naudodama nemokamą energiją.