Päikesepatareide tootmine: tehnoloogia ja seadmed

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2023-12-17 10:25

Inimkond püüab üle minna alternatiivsetele elektrivarustuse allikatele, mis aitavad hoida keskkonda puhtana ja vähendada energiatootmise kulusid. Päikesepatareide tootmine on kaasaegne tööstuslik meetod. Toitesüsteem sisaldab päikesevastuvõtjaid, patareisid, kontrollereid, invertereid ja muid seadmeid, mis on loodud konkreetsete funktsioonide jaoks.

Päikesepatarei on peamine element, millest algab kiirte energia kogunemine ja muundamine. Kaasaegses maailmas on tarbijatel paneeli valimisel palju lõkse, kuna tööstus pakub suurel hulgal ühe nime all kombineeritud tooteid.

Silicon päikesepatareid

Need tooted on tänapäeva tarbijate seas populaarsed. Nende valmistamise aluseks on räni. Selle sügavuses olevad varud on lai alt levinud ja tootmine on suhteliselt odav. Ränielemendid on teiste päikesepatareide jõudluse poolest soodsad.

Elementide tüübid

Ränist päikesepatareid valmistatakse järgmist tüüpi:

• monokristalliline;
• polükristalliline;
• amorfne.

Eespool nimetatud seadmete vormid erinevad räni aatomite paigutuse poolest kristallis. Peamine erinevus elementide vahel on valguse energia muundamise efektiivsuse erinev näitaja, mis kahe esimese tüübi puhul on ligikaudu samal tasemel ja ületab amorfsest ränist valmistatud seadmete väärtusi.

Tänapäeva tööstus pakub mitmeid päikesevalguspüüdjate mudeleid. Nende erinevus seisneb päikesepaneelide tootmiseks kasutatavates seadmetes. Tootmistehnoloogia ja lähtematerjali tüüp mängivad rolli.

Ühekristallitüüp

Need elemendid koosnevad kokku kinnitatud silikoonelementidest. Teadlase Czochralski meetodi järgi toodetakse absoluutselt puhast räni, millest valmistatakse monokristalle. Järgmine protsess on külmutatud ja tahkunud pooltoote lõikamine plaatideks paksusega 250-300 mikronit. Õhukesed kihid on küllastunud elektroodide metallvõrega. Vaatamata kõrgetele tootmiskuludele kasutatakse selliseid elemente kõrge konversioonimäära (17–22%) tõttu üsna laialdaselt.

Polükristalliliste elementide tootmine

Polükristallidest päikesepatareide tootmise tehnoloogia seisneb selles, et sula ränimassi jahutatakse järk-järgult. Tootmine ei nõua kalleid seadmeid, seetõttu vähenevad räni hankimise kulud. Polükristallilised päikesehoidlad on erinev alt monokristallilistest madalama efektiivsusteguriga (11-18%). Seda seletatakse asjaoluga, et jahutusprotsessi käigus küllastub räni mass pisikeste teraliste mullidega, mis põhjustab kiirte täiendavat murdumist.

Amorfsed ränielemendid

Tooted on liigitatud eriliigi alla, kuna nende kuuluvus ränitüüpi tuleneb kasutatud materjali nimetusest ning päikesepatareide tootmine toimub kileseadme tehnoloogia abil. Kristall annab tootmisprotsessis teed ränivesinikule või siloonile, mille õhuke kiht katab substraati. Akudel on madalaim efektiivsusväärtus, ainult kuni 6%. Hoolimata olulisest puudusest on elementidel mitmeid vaieldamatuid eeliseid, mis annavad neile õiguse olla kooskõlas ül altoodud tüüpidega:

• optika neeldumisväärtus on kaks tosinat korda suurem kui monokristallilistel ja polükristallilistel draividel;
• selle minimaalne kihi paksus on ainult 1 mikron;
• pilves ilm ei mõjuta erinev alt teistest liikidest kergeid ümberehitustöid;
• suure paindetugevuse tõttu saab seda probleemideta kasutada rasketes kohtades.

Eespool kirjeldatud kolme tüüpi päikeseenergia muundureid täiendavad hübriidtooted, mis on valmistatud kahe omadusega materjalidest. Sellised omadused saavutatakse, kui amorfses ränis sisalduvad mikroelemendid või nanoosakesed. Saadud materjal sarnaneb polükristallilise räniga, kuid on sellega võrreldes soods alt uute tehniliste omaduste poolest.näitajad.

Tooraine CdTe-kile tüüpi päikesepatareide tootmiseks

Materjali valiku tingib vajadus vähendada tootmiskulusid ja parandada töövõimet. Kõige sagedamini kasutatav valgust neelav kaadmiumtelluriid. Eelmise sajandi 70ndatel peeti CdTe-d kosmosekasutuse peamiseks pretendentiks, tänapäevases tööstuses on see leidnud laialdast rakendust päikeseenergia valdkonnas.

See materjal on klassifitseeritud kumulatiivseks mürgiks, mistõttu arutelu selle kahjulikkuse üle ei vaibu. Teadlaste uuringud on kindlaks teinud, et atmosfääri sattuvate kahjulike ainete tase on vastuvõetav ega kahjusta keskkonda. Tõhususe tase on vaid 11%, kuid sellistest elementidest toodetud elektrienergia maksumus on 20–30% madalam kui räni tüüpi seadmetel.

Seleenist, vasest ja indiumist valmistatud kiirakud

Seadme pooljuhtideks on vask, seleen ja indium, mõnikord on lubatud viimast asendada galliumiga. Selle põhjuseks on suur nõudlus indiumi järele lameekraanide tootmiseks. Seetõttu valiti see asendusvõimalus, kuna materjalidel on sarnased omadused. Kuid tõhususe indikaatori puhul mängib olulist rolli asendamine, galliumita päikesepatarei tootmine suurendab seadme efektiivsust 14%.

Polümeeripõhised päikesekollektorid

Need elemendid on klassifitseeritud noorte tehnoloogiate alla, kuna need on hiljuti turule ilmunud. Orgaanilised pooljuhid neelavad valgustet muuta see elektrienergiaks. Tootmiseks kasutatakse süsinikurühma fullereene, polüfenüleeni, vaskftalotsüaniini jne. Selle tulemusena saadakse õhukesed (100 nm) ja painduvad kiled, mis töös annavad efektiivsuskoefitsiendiks 5-7%. Väärtus on väike, kuid paindlike päikesepatareide tootmisel on mitmeid positiivseid külgi:

• Tegemine ei maksa palju;
• võimalus paigaldada painduvaid akusid kurvides, kus elastsus on ülim alt tähtis;
• paigaldamise suhteline lihtsus ja taskukohasus;
• paindlikud akud on keskkonnasõbralikud.

Keemiline peitsimine tootmise ajal

Kõige kallim päikesepatarei on multikristalliline või monokristalliline räniplaat. Räni kõige ratsionaalsemaks kasutamiseks lõigatakse pseudoruudukujulised kujundid, sama kuju võimaldab tulevases moodulis plaadid tihed alt asetada. Pärast lõikamist jäävad pinnale kahjustatud pinna mikroskoopilised kihid, mis eemaldatakse söövitamise ja tekstureerimise teel, et parandada langevate kiirte vastuvõttu.

Selliselt töödeldud pind on juhuslikult paiknevad mikropüramiidid, mille serv alt peegeldudes langeb valgus teiste eendite külgpindadele. Lõdvestamisprotseduur vähendab materjali peegelduvust ligikaudu 25%. Söötmisprotsessis kasutatakse mitmeid happelisi ja leeliselisitöötlemisel, kuid kihi paksuse märkimisväärne vähendamine on vastuvõetamatu, kuna plaat ei talu järgmist töötlemist.

Päikesepatareide pooljuhid

Päikesepatareide tootmistehnoloogia eeldab, et tahke elektroonika põhikontseptsioon on p-n-ristmik. Kui n-tüüpi elektrooniline juhtivus ja p-tüüpi aukjuhtivus liita ühes plaadis, siis tekib nendevahelises kokkupuutepunktis p-n-siirde. Selle määratluse peamine füüsiline omadus on võime toimida barjäärina ja juhtida elektrit ühes suunas. Just see efekt võimaldab teil luua päikesepatareide täieliku toimimise.

Fosfori difusiooni tulemusena tekib plaadi otstesse n-tüüpi kiht, mis baseerub elemendi pinnal vaid 0,5 mikroni sügavusel. Päikesepatarei tootmine tagab valguse mõjul tekkivate vastasmärkide kandjate madala läbitungimise. Nende tee p-n-siirde mõjutsooni peab olema lühike, vastasel juhul võivad nad kohtumisel üksteist kustutada, tekitamata elektrit.

Plasmakeemilise söövitamise kasutamine

Päikesepatarei konstruktsioonil on esipind, millel on paigaldatud võre vooluvõtmiseks, ja tagakülg, mis on kindel kontakt. Difusiooninähtuse ajal tekib kahe tasandi vahel elektrilühis ja see kandub lõpuni.

Lühise eemaldamiseks on seadmed harjunudpäikesepatareid, mis võimaldab seda teha plasma-keemilise, keemilise söövitamise või mehaanilise, laseri abil. Sageli kasutatakse plasma-keemilise mõjutamise meetodit. Söövitatakse samaaegselt kokku virnastatud ränivahvlite virna. Protsessi tulemus sõltub ravi kestusest, aine koostisest, materjali ruutude suurusest, ioonide voolujugade suunast ja muudest teguritest.

Peegeldusvastase katte pealekandmine

Elemendi pinnale tekstuuri kandmisel vähendatakse peegeldust 11%-ni. See tähendab, et kümnendik kiirtest peegeldub lihts alt pinn alt ega osale elektri tekkes. Selliste kadude vähendamiseks kantakse elemendi esiküljele valgusimpulsside sügava läbitungimisega kate, mis ei peegelda neid tagasi. Teadlased, võttes arvesse optika seadusi, määravad kindlaks kihi koostise ja paksuse, mistõttu sellise kattega päikesepaneelide tootmine ja paigaldamine vähendab peegeldust kuni 2%.

Kontaktplaat esiküljel

Elemendi pind on konstrueeritud nii, et see neelaks suurimat kiirgust, just see nõue määrab rakendatava metallvõrgu mõõtmed ja tehnilised omadused. Valides esikülje kujunduse, lahendavad insenerid kaks vastandlikku probleemi. Optiliste kadude vähenemine toimub peenemate joonte ja nende paiknemise korral üksteisest suurel kaugusel. Suurenenud võrgu suurusega päikesepatarei tootmine toob kaasa asjaolu, et osa laenguid ei jõua kontakti jõuda ja need lähevad kaotsi.

Seetõttu on teadlased standardiseerinud iga metalli kauguse ja joone paksuse väärtuse. Liiga õhukesed ribad avavad elemendi pinnal ruumi kiirte neelamiseks, kuid ei juhi tugevat voolu. Metalliseerimise kaasaegsed meetodid hõlmavad siiditrükki. Materjalina õigustab end kõige enam hõbedat sisaldav pasta. Tänu selle kasutamisele tõuseb elemendi efektiivsus 15-17%.

Metallisatsioon seadme tagaküljel

Metalli sadestumine seadme tagaküljele toimub kahel viisil, millest igaüks täidab oma tööd. Pidev õhuke kiht üle kogu pinna, välja arvatud üksikud augud, pihustatakse alumiiniumiga ja augud täidetakse hõbedat sisaldava pastaga, mis mängib kontaktrolli. Tahke alumiiniumkiht toimib omamoodi peegelseadmena tagaküljel tasuta laengute jaoks, mis võivad võre rippuvates kristallsidemetes kaduda. Sellise kattega töötavad päikesepaneelid 2% rohkem võimsust. Klientide hinnangud ütlevad, et sellised elemendid on vastupidavamad ja pilvine ilm ei mõjuta neid nii palju.

Päikesepaneelide valmistamine oma kätega

Päikese toiteallikad, igaüks ei saa koju tellida ja paigaldada, kuna nende maksumus on täna üsna kõrge. Seetõttu valdavad paljud käsitöölised ja käsitöölised kodus päikesepaneelide tootmist.

Saate osta Internetist erinevatelt saitidelt fotosilmide komplekte isemonteerimiseks. Nende maksumusoleneb kasutatud plaatide arvust ja võimsusest. Näiteks väikese võimsusega komplektid, 63–76 W 36 plaadiga, maksavad 2350–2560 rubla. vastav alt. Siit ostetakse ka tootmisliinidelt mingil põhjusel tagasi lükatud töid.

Fotogalvaanilise muunduri tüübi valikul arvestage asjaoluga, et polükristallilised elemendid on pilves ilmaga vastupidavamad ja töötavad tõhusam alt kui monokristallilised, kuid nende kasutusiga on lühem. Monokristallilised on päikesepaistelise ilmaga tõhusamad ja kestavad palju kauem.

Päikesepaneelide tootmise korraldamiseks kodus peate arvutama kõigi tulevase muunduriga toidetavate seadmete kogukoormuse ja määrama seadme võimsuse. Siit järgneb fotoelementide arv, võttes samas arvesse paneeli kaldenurka. Mõned käsitöölised näevad ette võimaluse muuta akumulatsioonitasandi asendit sõltuv alt pööripäeva kõrgusest ja talvel - sadanud lume paksusest.

Kohvri valmistamisel on kasutatud erinevaid materjale. Kõige sagedamini panevad nad alumiiniumist või roostevabast terasest nurgad, kasutavad vineeri, puitlaastplaati jne. Läbipaistev osa on valmistatud orgaanilisest või tavalisest klaasist. Müügil on juba joodetud juhtmetega fotosilmad, eelistatav on selliseid osta, kuna montaažiülesanne on lihtsustatud. Plaate ei laota üksteise peale – alumised võivad tekitada mikropragusid. Joote ja räbusti on eelnev alt peale kantud. Elemente on mugavam joota, asetades need kohe tööpoolele. Lõpus keevitatakse äärmised plaadid rehvide külge (laiemad juhid), misjärel väljastatakse "miinus" ja "pluss".

Pärast tehtud tööd paneeli testitakse ja pitseeritakse. Välismaised käsitöölised kasutavad selleks segusid, kuid meie käsitööliste jaoks on need üsna kallid. Omatehtud andurid on suletud silikooniga ja tagakülg on kaetud akrüülipõhise lakiga.

Kokkuvõtteks tuleb öelda, et oma kätega päikesepaneele valmistanud meistrite ülevaated on alati positiivsed. Kui konverteri valmistamisele ja paigaldamisele raha kulutatud, maksab pere selle eest kiiresti ja hakkab tasuta energiat säästma.