Saules bateriju ražošana: tehnoloģija un aprīkojums

2024 Autors: Howard Calhoun | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2023-12-17 10:35

Cilvēce cenšas pāriet uz alternatīviem elektroapgādes avotiem, kas palīdzēs uzturēt vidi tīru un samazināt enerģijas ražošanas izmaksas. Saules bateriju ražošana ir moderna rūpnieciska metode. Barošanas sistēmā ietilpst saules enerģijas uztvērēji, akumulatori, kontrolleri, invertori un citas ierīces, kas paredzētas noteiktām funkcijām.

Saules baterija ir galvenais elements, no kura sākas staru enerģijas uzkrāšanās un pārveide. Mūsdienu pasaulē, izvēloties paneli, patērētājs saskaras ar daudzām kļūmēm, jo nozare piedāvā lielu skaitu produktu, kas apvienoti ar vienu nosaukumu.

Silīcija saules baterijas

Šie produkti ir populāri mūsdienu patērētāju vidū. Silīcijs ir to ražošanas pamats. Tās rezerves dziļumā ir plaši izplatītas, un ražošana ir salīdzinoši lēta. Silīcija elementu veiktspējas līmenis ir labvēlīgs salīdzinājumā ar citām saules baterijām.

Elementu veidi

Silīcija saules baterijas tiek ražotas šādos veidos:

• monokristālisks;
• polikristālisks;
• amorfs.

Iepriekšminētās ierīču formas atšķiras ar to, kā kristālā ir izvietoti silīcija atomi. Galvenā atšķirība starp elementiem ir atšķirīgais gaismas enerģijas pārveidošanas efektivitātes rādītājs, kas pirmajiem diviem veidiem ir aptuveni vienādā līmenī un pārsniedz vērtības ierīcēm, kas izgatavotas no amorfā silīcija.

Mūsdienu industrija piedāvā vairākus saules gaismas uztvērēju modeļus. To atšķirība ir saules paneļu ražošanā izmantotajās iekārtās. Ražošanas tehnoloģijai un izejmateriāla veidam ir nozīme.

Vienkristāla tips

Šie elementi sastāv no kopā piestiprinātām silikona šūnām. Pēc zinātnieka Čočraļska metodes tiek ražots absolūti tīrs silīcijs, no kura izgatavo monokristālus. Nākamais process ir sasaldētā un sacietējušā pusfabrikāta sagriešana plāksnēs ar biezumu no 250 līdz 300 mikroniem. Plānie slāņi ir piesātināti ar metāla elektrodu režģi. Neskatoties uz augstajām ražošanas izmaksām, šādi elementi tiek izmantoti diezgan plaši augstā konversijas līmeņa (17-22%) dēļ.

Polikristālisko elementu ražošana

Saules elementu ražošanas tehnoloģija no polikristāliem ir tāda, ka izkausētā silīcija masa tiek pakāpeniski atdzesēta. Ražošanai nav nepieciešamas dārgas iekārtas, tāpēc tiek samazinātas silīcija iegūšanas izmaksas. Polikristāliskajām saules krātuvēm atšķirībā no monokristāliskajām ir zemāks lietderības koeficients (11-18%). Tas izskaidrojams ar to, ka dzesēšanas procesā silīcija masa tiek piesātināta ar sīkiem granulētiem burbuļiem, kas izraisa papildu staru laušanu.

Amorfie silīcija elementi

Produkti tiek klasificēti kā īpašs veids, jo to piederība silīcija tipam izriet no izmantotā materiāla nosaukuma, un saules bateriju ražošana tiek veikta, izmantojot plēves iekārtu tehnoloģiju. Kristāls ražošanas procesā dod vietu silīcija ūdeņradim vai silonam, kura plāns slānis pārklāj substrātu. Baterijām ir viszemākā efektivitātes vērtība, tikai līdz 6%. Elementiem, neraugoties uz ievērojamu trūkumu, ir vairākas nenoliedzamas priekšrocības, kas dod tiem tiesības atbilst iepriekš minētajiem veidiem:

• optikas absorbcijas vērtība ir divas desmiti reižu lielāka nekā monokristāliskiem un polikristāliskiem diskdziņiem;
• minimālais slāņa biezums ir tikai 1 mikrons;
• mākoņains laiks, atšķirībā no citām sugām, gaismas pārveides darbu neietekmē;
• augstās lieces izturības dēļ to var bez problēmām izmantot sarežģītās vietās.

Iepriekš aprakstītos trīs veidu saules enerģijas pārveidotājus papildina hibrīdprodukti, kas izgatavoti no materiāliem ar divām īpašībām. Šādas īpašības tiek sasniegtas, ja amorfajā silīcijā ir iekļauti mikroelementi vai nanodaļiņas. Iegūtais materiāls ir līdzīgs polikristāliskajam silīcijam, taču ar to ir izdevīgi salīdzinājumā ar jaunām tehniskajām īpašībām.rādītāji.

Izejviela CdTe plēves tipa saules bateriju ražošanai

Materiāla izvēli nosaka nepieciešamība samazināt ražošanas izmaksas un uzlabot veiktspēju darbā. Visbiežāk izmantotais gaismu absorbējošais kadmija telurīds. Pagājušā gadsimta 70. gados CdTe tika uzskatīts par galveno pretendentu uz kosmosa izmantošanu, mūsdienu rūpniecībā tas ir atradis plašu pielietojumu saules enerģētikā.

Šis materiāls ir klasificēts kā kumulatīvā inde, tāpēc diskusijas par tā kaitīgumu nerimst. Zinātnieku pētījumos konstatēts, ka atmosfērā nonākušo kaitīgo vielu līmenis ir pieņemams un nekaitē videi. Efektivitātes līmenis ir tikai 11%, bet no šādiem elementiem pārveidotās elektroenerģijas izmaksas ir par 20-30% zemākas nekā no silīcija tipa ierīcēm.

No selēna, vara un indija izgatavoti staru akumulatori

Ierīces pusvadītāji ir varš, selēns un indijs, dažreiz pēdējos ir atļauts aizstāt ar galliju. Tas ir saistīts ar lielo pieprasījumu pēc indija plakano monitoru ražošanā. Tāpēc tika izvēlēta šī aizstāšanas iespēja, jo materiāliem ir līdzīgas īpašības. Bet efektivitātes rādītājā nomaiņai ir nozīmīga loma, saules baterijas ražošana bez gallija palielina ierīces efektivitāti par 14%.

Saules kolektori uz polimēru bāzes

Šie elementi ir klasificēti kā jaunās tehnoloģijas, jo tie nesen parādījās tirgū. Organiskie pusvadītāji absorbē gaismulai to pārvērstu elektroenerģijā. Ražošanai tiek izmantoti oglekļa grupas fullerēni, polifenilēns, vara ftalocianīns uc Rezultātā tiek iegūtas plānas (100 nm) un elastīgas plēves, kas darbā dod lietderības koeficientu 5-7%. Vērtība ir maza, taču elastīgo saules bateriju ražošanai ir vairāki pozitīvi punkti:

• Pagatavošana nemaksā daudz;
• iespēja uzstādīt elastīgus akumulatorus līkumos, kur elastība ir ārkārtīgi svarīga;
• uzstādīšanas relatīvā vienkāršība un pieņemama cena;
• elastīgie akumulatori ir videi draudzīgi.

Ķīmiskā kodināšana ražošanas laikā

Dārgākā saules baterija ir daudzkristāliskā vai monokristāliskā silīcija vafele. Visracionālākajai silīcija izmantošanai tiek izgrieztas pseidokvadrātveida figūras, tāda pati forma ļauj cieši novietot plāksnes nākotnes modulī. Pēc griešanas uz virsmas paliek mikroskopiski bojātas virsmas slāņi, kas tiek noņemti, kodinot un teksturējot, lai uzlabotu krītošo staru uztveršanu.

Šādi apstrādātā virsma ir nejauši izvietotas mikropiramīdas, no kurām atstarojoties no malas gaisma krīt uz citu izvirzījumu sānu virsmām. Atslābināšanas procedūra samazina materiāla atstarošanas spēju par aptuveni 25%. Kodināšanas procesā tiek izmantota virkne skābu un sārmuapstrādi, taču nav pieļaujams ievērojami samazināt slāņa biezumu, jo plāksne neiztur šādu apstrādi.

Pusvadītāji saules baterijās

Saules elementu ražošanas tehnoloģija paredz, ka cietās elektronikas galvenais jēdziens ir p-n-pāreja. Ja n-tipa elektronisko vadītspēju un p-tipa caurumu vadītspēju apvieno vienā plāksnē, tad to saskares punktā rodas p-n pāreja. Šīs definīcijas galvenā fiziskā īpašība ir spēja kalpot par barjeru un nodot elektrību vienā virzienā. Tieši šis efekts ļauj nodrošināt pilnīgu saules bateriju darbību.

Fosfora difūzijas rezultātā plāksnes galos veidojas n-veida slānis, kas balstās uz elementa virsmas tikai 0,5 mikronu dziļumā. Saules baterijas ražošana nodrošina pretēju zīmju nesēju seklu iespiešanos, kas rodas gaismas iedarbībā. Viņu ceļam uz p-n krustojuma ietekmes zonu jābūt īsam, pretējā gadījumā tie var nodzēst viens otru, kad satiekas, neradot nekādu elektrības daudzumu.

Plazmas ķīmiskās kodināšanas izmantošana

Saules akumulatora konstrukcijai ir priekšējā virsma ar uzstādītu režģi strāvas uztveršanai un aizmugurējā puse, kas ir ciets kontakts. Difūzijas fenomena laikā starp abām plaknēm rodas elektrisks īssavienojums, kas tiek pārraidīts līdz galam.

Lai noņemtu īssavienojumu, aprīkojums tiek izmantotssaules baterijas, kas ļauj to izdarīt ar plazmas ķīmiskās, ķīmiskās kodināšanas vai mehāniskās, lāzera palīdzību. Bieži tiek izmantota plazmas ķīmiskās ietekmes metode. Kodināšana tiek veikta vienlaikus sakrautai silīcija plāksnīšu kaudzei. Procesa iznākums ir atkarīgs no apstrādes ilguma, līdzekļa sastāva, materiāla kvadrātu lieluma, jonu plūsmas strūklu virziena un citiem faktoriem.

Pretatstarojoša pārklājuma uzklāšana

Elementa virsmai uzklājot tekstūru, atstarojums tiek samazināts līdz 11%. Tas nozīmē, ka desmitā daļa staru vienkārši atstarojas no virsmas un nepiedalās elektrības veidošanā. Lai samazinātu šādus zudumus, elementa priekšpusei tiek uzklāts pārklājums ar dziļu gaismas impulsu iespiešanos, kas tos neatstaro. Zinātnieki, ņemot vērā optikas likumus, nosaka slāņa sastāvu un biezumu, tāpēc saules paneļu izgatavošana un uzstādīšana ar šādu pārklājumu samazina atstarošanu līdz pat 2%.

Kontaktapšuvums priekšpusē

Elementa virsma veidota tā, lai absorbētu vislielāko starojuma daudzumu, tieši šī prasība nosaka uzklātā metāla sieta izmērus un tehniskos parametrus. Izvēloties priekšpuses dizainu, inženieri atrisina divas pretējas problēmas. Optisko zudumu samazināšanās notiek ar plānākām līnijām un to izvietojumu lielā attālumā viena no otras. Saules baterijas ar palielinātu tīkla izmēru ražošana noved pie tā, ka daļai uzlādes nav laika sasniegt kontaktu un tās tiek zaudētas.

Tādēļ zinātnieki ir standartizējuši attāluma un līnijas biezuma vērtību katram metālam. Pārāk plānas sloksnes paver vietu uz elementa virsmas, lai absorbētu starus, bet nevada spēcīgu strāvu. Mūsdienu metalizācijas pielietošanas metodes sastāv no sietspiedes. Kā materiāls visvairāk sevi attaisno sudrabu saturoša pasta. Pateicoties tā izmantošanai, elementa efektivitāte paaugstinās par 15-17%.

Metalizācija ierīces aizmugurē

Metāla nogulsnēšanās ierīces aizmugurē notiek divos veidos, no kuriem katrs veic savu darbu. Nepārtrauktu plānu kārtu pa visu virsmu, izņemot atsevišķus caurumus, apsmidzina ar alumīniju, un caurumus piepilda ar sudrabu saturošu pastu, kas spēlē kontakta lomu. Cietais alumīnija slānis kalpo kā sava veida spoguļa ierīce aizmugurē, lai iegūtu bezmaksas lādiņus, kas var tikt zaudēti režģa karājošajās kristāla saitēs. Ar šādu pārklājumu saules paneļi strādā par 2% vairāk jaudas. Klientu atsauksmēs teikts, ka šādi elementi ir izturīgāki un tos tik ļoti neietekmē mākoņains laiks.

Saules paneļu izgatavošana ar savām rokām

Strāvas avoti no saules, ne visi var pasūtīt un uzstādīt mājās, jo to izmaksas šodien ir diezgan augstas. Tāpēc daudzi amatnieki un amatnieki apgūst saules paneļu ražošanu mājās.

Internetā dažādās vietnēs varat iegādāties fotoelementu komplektus pašmontāžai. Viņu izmaksasatkarīgs no izmantoto plākšņu skaita un jaudas. Piemēram, mazjaudas komplekti, no 63 līdz 76 W ar 36 plāksnēm, maksā 2350-2560 rubļus. attiecīgi. Šeit tiek iegādātas arī darba preces, kas jebkāda iemesla dēļ noraidītas no ražošanas līnijām.

Izvēloties fotoelektriskā pārveidotāja veidu, ņemiet vērā to, ka polikristāliskie elementi ir izturīgāki pret mākoņainiem laikapstākļiem un darbojas efektīvāk nekā monokristāliski, bet tiem ir īsāks kalpošanas laiks. Monokristāliski ir efektīvāki saulainā laikā un kalpos daudz ilgāk.

Lai organizētu saules paneļu ražošanu mājas apstākļos, ir jāaprēķina visu ierīču kopējā slodze, kuras darbinās topošais pārveidotājs, un jānosaka ierīces jauda. No šejienes izriet fotoelementu skaits, vienlaikus ņemot vērā paneļa slīpuma leņķi. Daži amatnieki paredz iespēju mainīt akumulācijas plaknes stāvokli atkarībā no saulgriežu augstuma, bet ziemā - no uzkritušā sniega biezuma.

Kompas izgatavošanai izmantoti dažādi materiāli. Visbiežāk tiek likti alumīnija vai nerūsējošā tērauda stūri, tiek izmantots saplāksnis, skaidu plātnes utt. Caurspīdīgā daļa ir izgatavota no organiskā vai parastā stikla. Pārdošanā ir fotoelementi ar jau pielodētiem vadītājiem, vēlams tādus iegādāties, jo montāžas uzdevums ir vienkāršots. Plāksnes nav sakrautas viena uz otras - apakšējās var radīt mikroplaisas. Lodēšana un plūsma ir iepriekš uzklāta. Elementus ir ērtāk lodēt, novietojot tos uzreiz darba pusē. Beigās galējās plāksnes tiek piemetinātas pie riepām (plašāki vadītāji), pēc tam tiek izvadīts "mīnuss" un "pluss".

Pēc paveiktā darba panelis tiek pārbaudīts un noplombēts. Ārzemju amatnieki šim nolūkam izmanto maisījumus, bet mūsu amatniekiem tie ir diezgan dārgi. Pašdarināti devēji ir noslēgti ar silikonu, un aizmugure ir pārklāta ar laku uz akrila bāzes.

Noslēgumā jāsaka, ka atsauksmes par meistariem, kuri izgatavoja saules paneļus ar savām rokām, vienmēr ir pozitīvi. Iztērējot naudu pārveidotāja izgatavošanai un uzstādīšanai, ģimene ātri par tiem samaksā un sāk taupīt, izmantojot bezmaksas enerģiju.