Solbatteriproduktion: teknik och utrustning

2024 Författare: Howard Calhoun | [email protected]. Senast ändrad: 2023-12-17 10:41

Humanity strävar efter att byta till alternativa elkällor som hjälper till att hålla miljön ren och minska kostnaderna för energiproduktion. Produktion av solbatterier är en modern industriell metod. Strömförsörjningssystemet inkluderar solcellsmottagare, batterier, kontroller, växelriktare och andra enheter utformade för specifika funktioner.

Solbatteriet är huvudelementet från vilket ackumuleringen och omvandlingen av strålenergi börjar. I den moderna världen finns det många fallgropar för konsumenten när de väljer panel, eftersom branschen erbjuder ett stort antal produkter kombinerade under ett namn.

Silicon Solar Cells

Dessa produkter är populära bland dagens konsumenter. Silikon är grunden för deras tillverkning. Dess reserver i djupet är utbredda och produktionen är relativt billig. Kiselceller klarar sig bra i prestandanivåer med andra solceller.

Typer av element

Silikonsolceller tillverkas i följande typer:

• monokristallin;
• polykristallin;
• amorf.

Ovanstående former av enheter skiljer sig åt i hur kiselatomerna är ordnade i kristallen. Huvudskillnaden mellan elementen är den olika indikatorn på effektiviteten av omvandlingen av ljusenergi, som för de två första typerna är ungefär på samma nivå och överstiger värdena för enheter gjorda av amorft kisel.

Dagens industri erbjuder flera modeller av solfångare. Deras skillnad ligger i utrustningen som används för produktion av solpaneler. Tillverkningstekniken och typen av utgångsmaterial spelar roll.

Enkristalltyp

Dessa element består av silikonceller fästa ihop. Enligt vetenskapsmannen Czochralskis metod produceras absolut rent kisel, från vilket enkristaller tillverkas. Nästa process är att skära den frysta och härdade halvfabrikaten till plattor med en tjocklek på 250 till 300 mikron. Tunna lager är mättade med ett metallgaller av elektroder. Trots de höga produktionskostnaderna används sådana element ganska brett på grund av den höga konverteringsfrekvensen (17-22%).

Produktion av polykristallina element

Tekniken för framställning av solceller från polykristaller är att den smälta kiselmassan gradvis kyls ned. Produktionen kräver inte dyr utrustning, därför minskar kostnaden för att erhålla kisel. Polykristallina solcellsmagasin har en lägre verkningsgrad (11-18%), till skillnad från monokristallina. Detta förklaras av det faktum att under kylningsprocessen är kiselmassan mättad med små granulära bubblor, vilket leder till ytterligare brytning av strålar.

Amorfa kiselelement

Produkter klassificeras som en speciell typ, eftersom deras tillhörighet till kiseltypen kommer från namnet på det använda materialet, och produktionen av solceller sker med hjälp av filmanordningsteknik. Kristallen i tillverkningsprocessen ger vika för kiselväte eller silon, vars tunna lager täcker substratet. Batterier har lägst verkningsgrad, endast upp till 6 %. Element, trots en betydande nackdel, har ett antal obestridliga fördelar som ger dem rätt att stå i linje med ovanstående typer:

• optikabsorptionsvärdet är två dussin gånger högre än det för monokristallina och polykristallina enheter;
• har en minsta lagertjocklek på endast 1 mikron;
• molnigt väder påverkar inte lätt konverteringsarbete, till skillnad från andra arter;
• på grund av sin höga böjhållfasthet kan den användas utan problem på svåra ställen.

De tre typerna av solomvandlare som beskrivs ovan kompletteras med hybridprodukter gjorda av material med dubbla egenskaper. Sådana egenskaper uppnås om mikroelement eller nanopartiklar ingår i amorft kisel. Det resulterande materialet liknar polykristallint kisel, men jämförs positivt med det genom nya tekniska egenskaper.indikatorer.

Råmaterial för produktion av CdTe-filmliknande solceller

Valet av material dikteras av behovet av att minska produktionskostnaderna och förbättra prestanda i arbetet. Den mest använda ljusabsorberande kadmiumtellurid. På 70-talet av förra seklet ansågs CdTe vara den främsta utmanaren för rymdanvändning, i modern industri har den funnit bred användning inom solenergi.

Detta material klassificeras som ett kumulativt gift, så debatten om dess skadlighet avtar inte. Forskning av forskare har fastställt att nivån av skadliga ämnen som kommer in i atmosfären är acceptabel och inte skadar miljön. Verkningsgraden är bara 11 %, men kostnaden för omvandlad el från sådana celler är 20-30 % lägre än från enheter av kiseltyp.

Strålackumulatorer gjorda av selen, koppar och indium

Halvledare i enheten är koppar, selen och indium, ibland är det tillåtet att ersätta det senare med gallium. Detta beror på den höga efterfrågan på indium för produktion av platta bildskärmar. Därför valdes detta substitutions alternativ, eftersom materialen har liknande egenskaper. Men för effektivitetsindikatorn spelar utbyte en betydande roll, produktionen av ett solbatteri utan gallium ökar enhetens effektivitet med 14%.

Polymerbaserade solfångare

Dessa element klassificeras som unga teknologier, eftersom de nyligen har dykt upp på marknaden. Organiska halvledare absorberar ljusatt omvandla den till elektrisk energi. För produktion används fullerener av kolgruppen, polyfenylen, kopparftalocyanin etc. Som ett resultat erhålls tunna (100 nm) och flexibla filmer som i arbete ger en effektivitetskoefficient på 5-7%. Värdet är litet, men produktionen av flexibla solceller har flera positiva sidor:

• Det kostar inte mycket att göra;
• förmågan att installera flexibla batterier i böjar där elasticitet är av största vikt;
• relativ enkel och prisvärd installation;
• flexibla batterier är miljövänliga.

Kemisk betning under produktion

Det dyraste solbatteriet är en multikristallin eller monokristallin silikonskiva. För den mest rationella användningen av kisel skärs pseudo-fyrkantiga figurer, samma form gör att du kan lägga plattorna tätt i den framtida modulen. Efter skärprocessen finns mikroskopiska lager av skadad yta kvar på ytan, som avlägsnas genom etsning och texturering för att förbättra mottagningen av infallande strålar.

Ytan som behandlas på detta sätt är en slumpmässigt placerade mikropyramider, som reflekteras från vars kant ljuset faller på sidoytorna av andra utsprång. Lossningsproceduren minskar materialets reflektionsförmåga med cirka 25 %. Betningsprocessen antar en serie av sura och alkaliskabearbetning, men det är oacceptabelt att kraftigt reducera skiktets tjocklek, eftersom plattan inte tål följande bearbetning.

Halvledare i solceller

Solcellsproduktionsteknik antar att huvudkonceptet för solid elektronik är p-n-korsning. Om den elektroniska konduktiviteten för n-typen och hålets konduktivitet för p-typen kombineras i en platta, uppstår en p-n-övergång vid kontaktpunkten mellan dem. Den huvudsakliga fysiska egenskapen för denna definition är förmågan att fungera som en barriär och passera elektricitet i en riktning. Det är denna effekt som gör att du kan etablera full drift av solceller.

Som ett resultat av fosfordiffusion bildas ett skikt av n-typ i ändarna av plattan, som är baserat på ytan av elementet på ett djup av endast 0,5 mikron. Produktionen av ett solbatteri ger en ytlig penetrering av bärare av motsatta tecken, som uppstår under inverkan av ljus. Deras väg till p-n-korsningens påverkanszon måste vara kort, annars kan de släcka varandra när de möts, utan att generera någon mängd elektricitet.

Användning av plasmakemisk etsning

Designen på solbatteriet har en frontyta med ett installerat galler för strömavskiljning och en baksida, som är en solid kontakt. Under diffusionsfenomenet uppstår en elektrisk kortslutning mellan de två planen och överförs till slutet.

För att ta bort kortslutningen är utrustning van vidsolbatterier, vilket gör att du kan göra detta med hjälp av plasma-kemisk, kemisk etsning eller mekanisk, laser. Metoden för plasmakemisk påverkan används ofta. Etsning utförs samtidigt för en stapel av kiselwafers staplade tillsammans. Resultatet av processen beror på behandlingens varaktighet, medlets sammansättning, storleken på materialets kvadrater, jonflödesstrålarnas riktning och andra faktorer.

Applicering av antireflekterande beläggning

Genom att applicera en textur på ytan av ett element reduceras reflektionen till 11 %. Det betyder att en tiondel av strålarna helt enkelt reflekteras från ytan och inte deltar i bildandet av elektricitet. För att minska sådana förluster appliceras en beläggning med djup penetration av ljuspulser på framsidan av elementet, vilket inte reflekterar dem tillbaka. Forskare, med hänsyn till optikens lagar, bestämmer skiktets sammansättning och tjocklek, så produktionen och installationen av solpaneler med en sådan beläggning minskar reflektionen med upp till 2%.

Kontaktplätering på framsidan

Elementets yta är utformad för att absorbera den största mängden strålning, det är detta krav som bestämmer de dimensionella och tekniska egenskaperna hos det applicerade metallnätet. Genom att välja framsidans design löser ingenjörer två motsatta problem. Minskningen av optiska förluster sker med tunnare linjer och deras placering på stort avstånd från varandra. Tillverkningen av ett solbatteri med ökad nätstorlek leder till att en del av laddningarna inte hinner nå kontakt och går förlorade.

Därför har forskare standardiserat värdet på avståndet och linjetjockleken för varje metall. För tunna remsor öppnar utrymme på elementets yta för att absorbera strålar, men leder inte en stark ström. Moderna metoder för att applicera metallisering består av screentryck. Som material är silverh altig pasta mest rättfärdig. På grund av dess användning ökar elementets effektivitet med 15-17%.

Metallisering på baksidan av enheten

Deponering av metall på baksidan av enheten sker på två sätt, som var och en utför sitt eget arbete. Ett kontinuerligt tunt lager över hela ytan, förutom enskilda hål, sprayas med aluminium och hålen fylls med silverh altig pasta som spelar en kontaktroll. Det solida aluminiumskiktet fungerar som en slags spegelanordning på baksidan för gratis laddningar som kan gå förlorade i gallrets dinglande kristallbindningar. Med en sådan beläggning arbetar solpaneler 2% mer i effekt. Kundrecensioner säger att sådana element är mer hållbara och inte påverkas så mycket av molnigt väder.

Göra solpaneler med egna händer

Strömkällor från solen, alla kan inte beställa och installera hemma, eftersom deras kostnad idag är ganska hög. Därför behärskar många hantverkare och hantverkare produktionen av solpaneler hemma.

Du kan köpa uppsättningar fotoceller för självmontering på Internet på olika platser. Deras kostnadberor på antalet plåtar som används och effekt. Till exempel kostar lågeffektsatser, från 63 till 76 W med 36 plattor, 2350-2560 rubel. respektive. Arbetsartiklar som avvisats från produktionslinjer av någon anledning köps också här.

När du väljer typ av solcellsomvandlare, ta hänsyn till att polykristallina celler är mer motståndskraftiga mot molnigt väder och fungerar mer effektivt än monokristallina, men har en kortare livslängd. Monokristallina är mer effektiva i soligt väder och kommer att hålla mycket längre.

För att organisera produktionen av solpaneler hemma måste du beräkna den totala belastningen för alla enheter som kommer att drivas av den framtida omvandlaren, och bestämma enhetens effekt. Härifrån följer antalet fotoceller, samtidigt som man tar hänsyn till panelens lutningsvinkel. Vissa hantverkare tillhandahåller möjligheten att ändra positionen för ackumuleringsplanet beroende på solståndets höjd och på vintern - på tjockleken på snön som har fallit.

Olika material används för att tillverka fodralet. Oftast sätter de aluminium eller rostfria hörn, använder plywood, spånskiva etc. Den transparenta delen är gjord av organiskt eller vanligt glas. Till försäljning finns det fotoceller med redan lödda ledare, det är att föredra att köpa sådana, eftersom monteringsuppgiften är förenklad. Plattorna staplas inte ovanpå varandra – de nedre kan ge mikrosprickor. Löd och flussmedel är föranbringat. Det är bekvämare att löda elementen genom att placera dem omedelbart på arbetssidan. I slutet svetsas de extrema plattorna fast på däcken (bredare ledare), varefter "minus" och "plus" matas ut

Efter utfört arbete testas panelen och förseglas. Utländska hantverkare använder föreningar för detta, men för våra hantverkare är de ganska dyra. Hemgjorda givare är förseglade med silikon och baksidan är belagd med akrylbaserad lack.

Sammanfattningsvis bör det sägas att recensionerna från mästarna som gjorde solpaneler med sina egna händer alltid är positiva. När familjen väl har spenderat pengar på tillverkning och installation av omvandlaren betalar familjen snabbt för dem och börjar spara med gratis energi.