Producția de baterii solare: tehnologie și echipamente

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Modificat ultima dată: 2023-12-17 10:39

Humanity caută să treacă la surse alternative de alimentare cu energie electrică, care vor ajuta la menținerea curat a mediului și la reducerea costurilor de producere a energiei. Producția de baterii solare este o metodă industrială modernă. Sistemul de alimentare include receptoare solare, baterii, controlere, invertoare și alte dispozitive concepute pentru funcții specifice.

Bateria solară este principalul element de la care începe acumularea și conversia energiei razelor. În lumea modernă, există multe capcane pentru consumator atunci când alege un panou, deoarece industria oferă un număr mare de produse combinate sub un singur nume.

Celule solare din silicon

Aceste produse sunt populare printre consumatorii de astăzi. Siliciul este baza pentru fabricarea lor. Rezervele sale în adâncuri sunt larg răspândite, iar producția este relativ ieftină. Celulele din siliciu se compară favorabil ca niveluri de performanță cu alte celule solare.

Tipuri de elemente

Celulele solare din silicon sunt fabricate în următoarele tipuri:

• monocristalin;
• policristalin;
• amorf.

Formele de mai sus de dispozitive diferă prin modul în care atomii de siliciu sunt aranjați în cristal. Principala diferență dintre elemente este indicatorul diferit al eficienței conversiei energiei luminoase, care pentru primele două tipuri este aproximativ la același nivel și depășește valorile pentru dispozitivele din siliciu amorf.

Industria de astăzi oferă mai multe modele de captatoare de lumină solară. Diferența lor constă în echipamentele folosite pentru producerea panourilor solare. Tehnologia de fabricație și tipul de materie primă joacă un rol.

Tip de un singur cristal

Aceste elemente constau din celule de silicon fixate între ele. Conform metodei omului de știință Czochralski, se produce siliciu absolut pur, din care sunt făcute cristale simple. Următorul proces este tăierea semifabricatului congelat și întărit în plăci cu o grosime de 250 până la 300 de microni. Straturile subțiri sunt saturate cu o rețea metalică de electrozi. În ciuda costului ridicat de producție, astfel de elemente sunt utilizate destul de pe scară largă datorită ratei ridicate de conversie (17-22%).

Producerea de elemente policristaline

Tehnologia pentru producerea celulelor solare din policristale este aceea că masa de siliciu topit este răcită treptat. Producția nu necesită echipamente scumpe, prin urmare, costul de obținere a siliciului este redus. Depozitele solare policristaline au un factor de eficienta mai mic (11-18%), spre deosebire de cele monocristaline. Acest lucru se explică prin faptul că, în timpul procesului de răcire, masa de siliciu este saturată cu bule granulare minuscule, ceea ce duce la refracția suplimentară a razelor.

Elemente din silicon amorf

Produsele sunt clasificate ca tip special, deoarece apartenența lor la tipul de siliciu provine de la denumirea materialului folosit, iar producția de celule solare se realizează folosind tehnologia dispozitivelor cu film. Cristalul din procesul de fabricație lasă loc hidrogenului sau silonului de siliciu, al cărui strat subțire acoperă substratul. Bateriile au cea mai mică valoare de eficiență, doar până la 6%. Elementele, în ciuda unui dezavantaj semnificativ, au o serie de avantaje incontestabile care le conferă dreptul de a fi în conformitate cu tipurile de mai sus:

• Valoarea de absorbție a opticii este de două duzini de ori mai mare decât cea a unităților monocristaline și policristaline;
• are o grosime minimă a stratului de numai 1 micron;
• vremea înnorată nu afectează munca de conversie a luminii, spre deosebire de alte specii;
• datorită rezistenței sale mari la îndoire, poate fi folosit fără probleme în locuri dificile.

Cele trei tipuri de convertoare solare descrise mai sus sunt completate de produse hibride realizate din materiale cu proprietăți duble. Astfel de caracteristici sunt atinse dacă microelemente sau nanoparticule sunt incluse în siliciul amorf. Materialul rezultat este similar cu siliciul policristalin, dar se compară favorabil cu acesta prin noile caracteristici tehnice.indicatori.

Materie primă pentru producția de celule solare de tip film CdTe

Alegerea materialului este dictată de nevoia de a reduce costul de producție și de a îmbunătăți performanța în muncă. Telurura de cadmiu care absoarbe lumina cel mai frecvent. În anii 70 ai secolului trecut, CdTe a fost considerat principalul concurent pentru utilizarea spațiului, în industria modernă și-a găsit o largă aplicație în energia solară.

Acest material este clasificat drept otravă cumulativă, astfel încât dezbaterea asupra nocivității sale nu se potolește. Cercetările oamenilor de știință au stabilit faptul că nivelul de substanțe nocive care intră în atmosferă este acceptabil și nu dăunează mediului. Nivelul de eficiență este de numai 11%, dar costul energiei electrice convertite de la astfel de celule este cu 20-30% mai mic decât al dispozitivelor de tip siliciu.

Acumulatoare de raze din seleniu, cupru și indiu

Semiconductorii din dispozitiv sunt cupru, seleniu și indiu, uneori este permisă înlocuirea acestuia din urmă cu galiu. Acest lucru se datorează cererii mari de indiu pentru producția de monitoare de tip plat. Prin urmare, a fost aleasă această opțiune de înlocuire, deoarece materialele au proprietăți similare. Dar pentru indicatorul de eficiență, înlocuirea joacă un rol semnificativ, producția unei baterii solare fără galiu crește eficiența dispozitivului cu 14%.

Colectori solari pe bază de polimeri

Aceste elemente sunt clasificate drept tehnologii tinere, deoarece au apărut recent pe piață. Semiconductori organici absorb luminapentru a o transforma în energie electrică. Pentru producție se folosesc fulerene din grupa carbonului, polifenilenă, ftalocianină de cupru etc.. Ca urmare, se obțin filme subțiri (100 nm) și flexibile, care în lucru dau un coeficient de eficiență de 5-7%. Valoarea este mică, dar producția de celule solare flexibile are câteva puncte pozitive:

• Nu costă mult de făcut;
• abilitatea de a instala baterii flexibile în coturi unde elasticitatea este de o importanță capitală;
• ușurință relativă și accesibilitate la instalare;
• bateriile flexibile sunt ecologice.

Decaparea chimică în timpul producției

Cea mai scumpă baterie solară este o placă de siliciu multicristalină sau monocristalină. Pentru utilizarea cea mai rațională a siliciului, sunt tăiate figuri pseudo-pătrate, aceeași formă vă permite să așezați strâns plăcile în viitorul modul. După procesul de tăiere, pe suprafață rămân straturi microscopice de suprafață deteriorată, care sunt îndepărtate prin gravare și texturare pentru a îmbunătăți recepția razelor incidente.

Suprafața tratată în acest fel este o micropiramide situate aleatoriu, reflectată de marginea cărora, lumina cade pe suprafețele laterale ale altor proeminențe. Procedura de slăbire reduce reflectivitatea materialului cu aproximativ 25%. Procesul de decapare adoptă o serie de acide și alcalineprelucrare, dar este inacceptabil să se reducă foarte mult grosimea stratului, deoarece placa nu rezistă la următoarea prelucrare.

Semiconductori în celule solare

Tehnologia de producție a celulelor solare presupune că conceptul principal al electronicii solide este joncțiunea p-n. Dacă conductivitatea electronică a tipului n și conductivitatea orificiului tipului p sunt combinate într-o singură placă, atunci are loc o joncțiune p-n în punctul de contact dintre ele. Principala proprietate fizică a acestei definiții este capacitatea de a servi drept barieră și de a trece electricitatea într-o direcție. Acest efect vă permite să stabiliți funcționarea completă a celulelor solare.

Ca urmare a difuziei fosforului, la capetele plăcii se formează un strat de tip n, care se bazează la suprafața elementului la o adâncime de numai 0,5 microni. Producția unei baterii solare asigură o penetrare superficială a purtătorilor de semne opuse, care apar sub acțiunea luminii. Calea lor către zona de influență a joncțiunii p-n trebuie să fie scurtă, altfel se pot stinge reciproc atunci când se întâlnesc, fără a genera nicio cantitate de electricitate.

Utilizarea gravării chimice cu plasmă

Designul bateriei solare are o suprafață frontală cu un grătar instalat pentru captarea curentului și o parte din spate, care este un contact solid. În timpul fenomenului de difuzie, între cele două planuri are loc un scurtcircuit electric și se transmite până la capăt.

Pentru a elimina scurtcircuitul, echipamentul este obișnuitbaterii solare, care vă permite să faceți acest lucru cu ajutorul plasma-chimic, gravare chimică sau mecanic, laser. Metoda influenței plasma-chimice este adesea folosită. Gravarea se realizează simultan pentru un teanc de plachete de siliciu stivuite împreună. Rezultatul procesului depinde de durata tratamentului, de compoziția agentului, de dimensiunea pătratelor materialului, de direcția jeturilor de flux ionic și de alți factori.

Aplicarea stratului antireflex

Prin aplicarea unei texturi pe suprafața unui element, reflexia este redusă la 11%. Aceasta înseamnă că o zecime din raze sunt pur și simplu reflectate de la suprafață și nu participă la formarea electricității. Pentru a reduce astfel de pierderi, pe partea frontală a elementului se aplică un strat cu penetrare adâncă a impulsurilor de lumină, care nu le reflectă înapoi. Oamenii de știință, ținând cont de legile opticii, determină compoziția și grosimea stratului, astfel încât producția și instalarea de panouri solare cu o astfel de acoperire reduce reflexia cu până la 2%.

Placă de contact pe partea din față

Suprafața elementului este proiectată pentru a absorbi cea mai mare cantitate de radiație, această cerință este cea care determină caracteristicile dimensionale și tehnice ale plasei metalice aplicate. Alegând designul părții frontale, inginerii rezolvă două probleme opuse. Scăderea pierderilor optice are loc cu linii mai subțiri și amplasarea lor la distanță mare unele de altele. Producerea unei baterii solare cu o dimensiune mărită a rețelei duce la faptul că unele dintre încărcări nu au timp să ajungă în contact și se pierd.

De aceea, oamenii de știință au standardizat valoarea distanței și a grosimii liniei pentru fiecare metal. Benzile prea subțiri deschid spațiu pe suprafața elementului pentru a absorbi razele, dar nu conduc un curent puternic. Metodele moderne de aplicare a metalizării constau în serigrafie. Ca material, pasta care conține argint se justifică cel mai mult. Datorită utilizării sale, eficiența elementului crește cu 15-17%.

Metalizare pe spatele dispozitivului

Depunerea de metal pe partea din spate a dispozitivului are loc în două moduri, fiecare își îndeplinește propria activitate. Un strat subțire continuu pe întreaga suprafață, cu excepția găurilor individuale, este pulverizat cu aluminiu, iar găurile sunt umplute cu pastă care conține argint, care joacă un rol de contact. Stratul solid de aluminiu servește ca un fel de dispozitiv de oglindă pe partea din spate pentru încărcături gratuite care se pot pierde în legăturile de cristal care atârnă ale rețelei. Cu o astfel de acoperire, panourile solare lucrează cu 2% mai mult în putere. Recenziile clienților spun că astfel de elemente sunt mai durabile și nu sunt atât de afectate de vremea înnorată.

Facerea panourilor solare cu propriile mâini

Surse de energie de la soare, nu toată lumea poate comanda și instala acasă, deoarece costul lor este astăzi destul de mare. Prin urmare, mulți meșteri și meșteri stăpânesc producția de panouri solare acasă.

Puteți cumpăra seturi de fotocelule pentru auto-asamblare de pe Internet de la diferite site-uri. Costul lordepinde de numărul de plăci folosite și de putere. De exemplu, kiturile de putere redusă, de la 63 la 76 W cu 36 de plăci, costă 2350-2560 de ruble. respectiv. Articolele de lucru respinse de pe liniile de producție din orice motiv sunt, de asemenea, achiziționate aici.

La alegerea tipului de convertor fotovoltaic, țineți cont de faptul că celulele policristaline sunt mai rezistente la vremea înnorată și funcționează mai eficient decât cele monocristaline, dar au o durată de viață mai scurtă. Cele monocristaline sunt mai eficiente pe vreme însorită și vor dura mult mai mult.

Pentru a organiza producția de panouri solare acasă, trebuie să calculați sarcina totală a tuturor dispozitivelor care vor fi alimentate de viitorul convertor și să determinați puterea dispozitivului. De aici urmează numărul de fotocelule, ținând cont de unghiul de înclinare al panoului. Unii meșteri prevăd posibilitatea de a schimba poziția planului de acumulare în funcție de înălțimea solstițiului, iar iarna - de grosimea zăpezii căzute.

La realizarea carcasei se folosesc materiale diferite. Cel mai adesea pun colțuri din aluminiu sau inoxidabil, folosesc placaj, PAL etc. Partea transparentă este din sticlă organică sau obișnuită. La vânzare există fotocelule cu conductori deja lipiți, este de preferat să le cumpărați, deoarece sarcina de asamblare este simplificată. Plăcile nu sunt stivuite una peste alta - cele inferioare pot da microfisuri. Lipirea și fluxul sunt pre-aplicate. Este mai convenabil să lipiți elementele plasându-le imediat pe partea de lucru. La final, plăcile extreme sunt sudate pe anvelope (conductoare mai late), după care ies „minus” și „plus”.

După lucrările efectuate, panoul este testat și sigilat. Meșterii străini folosesc compuși pentru asta, dar pentru meșterii noștri sunt destul de scumpi. Traductoarele de casă sunt sigilate cu silicon, iar partea din spate este acoperită cu lac pe bază de acrilic.

În concluzie, trebuie spus că recenziile maeștrilor care au realizat panouri solare cu propriile mâini sunt întotdeauna pozitive. Odată ce a cheltuit bani pentru fabricarea și instalarea convertorului, familia plătește rapid pentru aceștia și începe să economisească folosind energia gratuită.