Výroba solárnych batérií: technológia a vybavenie

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Naposledy zmenené: 2023-12-17 10:39

Ľudstvo sa snaží prejsť na alternatívne zdroje elektrickej energie, ktoré pomôžu udržať životné prostredie čisté a znížia náklady na výrobu energie. Výroba solárnych batérií je moderná priemyselná metóda. Systém napájania zahŕňa solárne prijímače, batérie, ovládače, invertory a ďalšie zariadenia určené pre špecifické funkcie.

Solárna batéria je hlavným prvkom, z ktorého sa začína akumulácia a premena energie žiarenia. V modernom svete existuje veľa úskalí pre spotrebiteľa pri výbere panelu, pretože priemysel ponúka veľké množstvo produktov kombinovaných pod jedným názvom.

Silicon Solar Cells

Tieto produkty sú u dnešných spotrebiteľov obľúbené. Základom ich výroby je kremík. Jeho zásoby v hĺbkach sú rozsiahle a výroba je relatívne lacná. Silikónové články sú v porovnaní s inými solárnymi článkami priaznivejšie.

Typy prvkov

Silikónové solárne články sa vyrábajú v nasledujúcich typoch:

• monocrystalline;
• polykryštalické;
• amorfný.

Vyššie uvedené formy zariadení sa líšia v tom, ako sú atómy kremíka usporiadané v kryštáli. Hlavným rozdielom medzi prvkami je rozdielny ukazovateľ účinnosti premeny svetelnej energie, ktorý je u prvých dvoch typov približne na rovnakej úrovni a presahuje hodnoty pre zariadenia vyrobené z amorfného kremíka.

Dnešný priemysel ponúka niekoľko modelov solárnych lapačov svetla. Ich rozdiel spočíva v zariadení použitom na výrobu solárnych panelov. Svoju úlohu zohráva technológia výroby a typ východiskového materiálu.

Typ s jedným kryštálom

Tieto prvky pozostávajú zo silikónových buniek spojených dohromady. Podľa metódy vedca Czochralského sa vyrába absolútne čistý kremík, z ktorého sa vyrábajú monokryštály. Ďalším procesom je rezanie zmrazeného a tvrdeného polotovaru na platne s hrúbkou 250 až 300 mikrónov. Tenké vrstvy sú nasýtené kovovou mriežkou elektród. Napriek vysokým nákladom na výrobu sa takéto prvky používajú pomerne široko kvôli vysokému konverznému pomeru (17-22 %).

Výroba polykryštalických prvkov

Technológia výroby solárnych článkov z polykryštálov spočíva v postupnom ochladzovaní roztavenej kremíkovej hmoty. Výroba si nevyžaduje drahé vybavenie, preto sú náklady na získanie kremíka znížené. Polykryštalické solárne zásobníky majú na rozdiel od monokryštalických nižší faktor účinnosti (11-18%). Vysvetľuje to skutočnosť, že počas procesu chladenia je hmota kremíka nasýtená drobnými zrnitými bublinkami, čo vedie k dodatočnému lomu lúčov.

Prvky amorfného kremíka

Výrobky sú klasifikované ako špeciálny typ, pretože ich príslušnosť k kremíkovému typu pochádza z názvu použitého materiálu a výroba solárnych článkov sa vykonáva technológiou filmových zariadení. Kryštál vo výrobnom procese ustupuje kremíkovému vodíku alebo silónu, ktorého tenká vrstva pokrýva substrát. Batérie majú najnižšiu hodnotu účinnosti, len do 6 %. Prvky, napriek významnej nevýhode, majú množstvo nepopierateľných výhod, ktoré im dávajú právo byť v súlade s vyššie uvedenými typmi:

• hodnota absorpcie optiky je dva tuctykrát vyššia ako u monokryštalických a polykryštalických pohonov;
• má minimálnu hrúbku vrstvy iba 1 mikrón;
• zamračené počasie nemá vplyv na prácu pri premene svetla, na rozdiel od iných druhov;
• vďaka vysokej pevnosti v ohybe sa dá bez problémov použiť aj na náročných miestach.

Vyššie opísané tri typy solárnych konvertorov dopĺňajú hybridné produkty vyrobené z materiálov s dvojitými vlastnosťami. Takéto vlastnosti sa dosiahnu, ak sú mikroelementy alebo nanočastice obsiahnuté v amorfnom kremíku. Výsledný materiál je podobný polykryštalickému kremíku, ale priaznivo sa s ním porovnáva novými technickými vlastnosťami.ukazovatele.

Surovina na výrobu solárnych článkov CdTe filmového typu

Výber materiálu je diktovaný potrebou znížiť výrobné náklady a zlepšiť pracovný výkon. Najčastejšie používaný telurid kadmia absorbujúci svetlo. V 70. rokoch minulého storočia bolo CdTe považované za hlavného uchádzača o využitie vo vesmíre, v modernom priemysle našlo široké uplatnenie v solárnej energii.

Tento materiál je klasifikovaný ako kumulatívny jed, takže diskusia o jeho škodlivosti neutícha. Výskum vedcov preukázal, že úroveň škodlivých látok vstupujúcich do atmosféry je prijateľná a nepoškodzuje životné prostredie. Úroveň účinnosti je iba 11 %, ale náklady na konvertovanú elektrinu z takýchto článkov sú o 20 – 30 % nižšie ako zo zariadení kremíkového typu.

Akumulátory žiarenia vyrobené zo selénu, medi a india

Polovodiče v zariadení sú meď, selén a indium, niekedy je dovolené nahradiť ich gálium. Je to spôsobené vysokým dopytom po indiu na výrobu plochých monitorov. Preto bola zvolená táto možnosť náhrady, keďže materiály majú podobné vlastnosti. Ale pre ukazovateľ účinnosti hrá významnú úlohu výmena, výroba solárnej batérie bez gália zvyšuje účinnosť zariadenia o 14%.

Slnečné kolektory na báze polymérov

Tieto prvky sú klasifikované ako mladé technológie, keďže sa nedávno objavili na trhu. Organické polovodiče absorbujú svetlopremeniť ju na elektrickú energiu. Na výrobu sa používajú fulerény uhlíkovej skupiny, polyfenylén, ftalocyanín medi atď.. V dôsledku toho sa získajú tenké (100 nm) a flexibilné filmy, ktoré pri práci poskytujú koeficient účinnosti 5-7%. Hodnota je malá, ale výroba flexibilných solárnych článkov má niekoľko pozitívnych bodov:

• Výroba nestojí veľa;
• možnosť inštalovať flexibilné batérie v zákrutách, kde je elasticita prvoradá;
• relatívna jednoduchosť a cenová dostupnosť inštalácie;
• flexibilné batérie sú šetrné k životnému prostrediu.

Chemické morenie počas výroby

Najdrahšia solárna batéria je multikryštalický alebo monokryštalický kremíkový plátok. Pre čo najracionálnejšie využitie kremíka sú vyrezané pseudoštvorcové figúrky, rovnaký tvar vám umožňuje tesne položiť platne v budúcom module. Po procese rezania zostanú na povrchu mikroskopické vrstvy poškodeného povrchu, ktoré sa odstránia leptaním a textúrovaním, aby sa zlepšil príjem dopadajúcich lúčov.

Takto upravený povrch sú náhodne umiestnené mikropyramídy, od okraja ktorých sa svetlo odráža na bočné plochy ostatných výstupkov. Postup uvoľnenia znižuje odrazivosť materiálu približne o 25 %. Proces morenia využíva rad kyslých a zásaditýchspracovanie, ale je neprijateľné výrazne zmenšiť hrúbku vrstvy, pretože platňa nevydrží nasledujúce spracovanie.

Polovodiče v solárnych článkoch

Technológia výroby solárnych článkov predpokladá, že hlavným konceptom pevnej elektroniky je p-n-prechod. Ak sa elektronická vodivosť typu n a dierová vodivosť typu p zlúčia do jednej dosky, potom v mieste kontaktu medzi nimi vznikne p-n prechod. Hlavnou fyzikálnou vlastnosťou tejto definície je schopnosť slúžiť ako bariéra a prechádzať elektrinou jedným smerom. Práve tento efekt vám umožňuje zaviesť plnú prevádzku solárnych článkov.

V dôsledku difúzie fosforu sa na koncoch dosky vytvorí vrstva typu n, ktorá je založená na povrchu prvku v hĺbke iba 0,5 mikrónu. Výroba solárnej batérie zabezpečuje plytké prenikanie nosičov opačných znakov, ktoré vznikajú pôsobením svetla. Ich cesta do zóny vplyvu p-n-križovatky musí byť krátka, inak sa môžu pri stretnutí navzájom uhasiť bez toho, aby generovali akékoľvek množstvo elektriny.

Použitie plazmovo-chemického leptania

Konštrukcia solárnej batérie má predný povrch s inštalovanou mriežkou na zachytávanie prúdu a zadnú stranu, ktorá je pevným kontaktom. Počas difúzneho javu dôjde k elektrickému skratu medzi dvoma rovinami a prenesie sa na koniec.

Na odstránenie skratu sa zariadenie používasolárne batérie, čo vám to umožňuje pomocou plazmovo-chemického, chemického leptania alebo mechanického, lasera. Často sa používa metóda plazmovo-chemického ovplyvnenia. Leptanie sa vykonáva súčasne pre stoh kremíkových plátkov naskladaných dohromady. Výsledok procesu závisí od trvania ošetrenia, zloženia činidla, veľkosti štvorcov materiálu, smeru prúdenia iónov a ďalších faktorov.

Aplikácia antireflexnej vrstvy

Aplikovaním textúry na povrch prvku sa odraz zníži na 11 %. To znamená, že desatina lúčov sa jednoducho odráža od povrchu a nepodieľa sa na tvorbe elektriny. Aby sa takéto straty znížili, na prednú stranu prvku je nanesený náter s hlbokým prienikom svetelných impulzov, ktorý ich neodráža späť. Vedci s prihliadnutím na zákony optiky určujú zloženie a hrúbku vrstvy, takže výroba a inštalácia solárnych panelov s takýmto povlakom znižuje odraz až o 2 %.

Pokovovanie kontaktov na prednej strane

Povrch prvku je navrhnutý tak, aby absorboval čo najväčšie množstvo žiarenia, práve táto požiadavka určuje rozmerové a technické vlastnosti aplikovanej kovovej siete. Výberom dizajnu prednej strany riešia inžinieri dva protichodné problémy. Zníženie optických strát nastáva pri tenších čiarach a ich umiestnení vo veľkej vzdialenosti od seba. Výroba solárnej batérie so zväčšenou veľkosťou siete vedie k tomu, že niektoré z nábojov nestihnú dosiahnuť kontakt a stratia sa.

Vedci preto štandardizovali hodnotu vzdialenosti a hrúbky čiar pre každý kov. Príliš tenké prúžky otvárajú priestor na povrchu prvku, aby absorbovali lúče, ale neviedli silný prúd. Moderné metódy nanášania metalizácie pozostávajú zo sieťotlače. Ako materiál sa pasta obsahujúca striebro najviac ospravedlňuje. Jeho použitím stúpa účinnosť prvku o 15-17%.

Metalizácia na zadnej strane zariadenia

Usadzovanie kovu na zadnej strane zariadenia prebieha dvoma spôsobmi, z ktorých každý vykonáva svoju vlastnú prácu. Súvislá tenká vrstva po celej ploche okrem jednotlivých otvorov je nastriekaná hliníkom a otvory sú vyplnené pastou s obsahom striebra, ktorá zohráva kontaktnú úlohu. Pevná hliníková vrstva slúži ako druh zrkadlového zariadenia na zadnej strane pre voľné náboje, ktoré sa môžu stratiť v visiacich kryštálových väzbách mriežky. S takýmto povlakom pracujú solárne panely o 2% viac energie. Zákaznícke recenzie hovoria, že takéto prvky sú odolnejšie a nie sú tak ovplyvnené zamračeným počasím.

Výroba solárnych panelov vlastnými rukami

Zdroje energie zo slnka si nie každý môže objednať a nainštalovať doma, pretože ich cena je dnes dosť vysoká. Preto veľa remeselníkov a remeselníkov ovláda výrobu solárnych panelov doma.

Súpravy fotobuniek na vlastnú montáž si môžete kúpiť na internete na rôznych miestach. Ich nákladyzávisí od počtu použitých platní a výkonu. Napríklad súpravy s nízkym výkonom, od 63 do 76 W s 36 platňami, stoja 2350-2560 rubľov. resp. Tu sa nakupujú aj pracovné položky odmietnuté z výrobných liniek z akéhokoľvek dôvodu.

Pri výbere typu fotovoltického meniča berte do úvahy fakt, že polykryštalické články sú odolnejšie voči zamračenému počasiu a pracujú efektívnejšie ako monokryštalické, no majú kratšiu životnosť. Monokryštalické sú efektívnejšie za slnečného počasia a vydržia oveľa dlhšie.

Ak chcete zorganizovať výrobu solárnych panelov doma, musíte vypočítať celkové zaťaženie všetkých zariadení, ktoré budú napájané budúcim meničom, a určiť výkon zariadenia. Odtiaľto nasleduje počet fotobuniek, pričom sa berie do úvahy uhol sklonu panelu. Niektorí remeselníci poskytujú možnosť zmeny polohy akumulačnej roviny v závislosti od výšky slnovratu av zime od hrúbky napadaného snehu.

Na výrobu puzdra sa používajú rôzne materiály. Najčastejšie dávajú hliníkové alebo nerezové rohy, používajú preglejku, drevotriesku atď. Priehľadná časť je vyrobená z organického alebo obyčajného skla. V predaji sú fotobunky s už spájkovanými vodičmi, je lepšie ich kúpiť, pretože montážna úloha je zjednodušená. Dosky nie sú naskladané jedna na druhej - spodné môžu spôsobiť mikrotrhlinky. Spájka a tavidlo sú vopred nanesené. Je vhodnejšie spájkovať prvky tak, že ich ihneď umiestnite na pracovnú stranu. Na konci sú krajné platne privarené k pneumatikám (širšie vodiče), potom sú na výstupe „mínus“a „plus“.

Po vykonanej práci je panel otestovaný a zapečatený. Zahraniční remeselníci na to používajú zlúčeniny, ale pre našich remeselníkov sú dosť drahé. Podomácky vyrobené meniče sú utesnené silikónom a zadná strana je potiahnutá akrylovým lakom.

Na záver treba povedať, že recenzie majstrov, ktorí vyrobili solárne panely vlastnými rukami, sú vždy pozitívne. Po vynaložení peňazí na výrobu a inštaláciu konvertora ich rodina rýchlo zaplatí a začne šetriť pomocou bezplatnej energie.