Παραγωγή ηλιακών μπαταριών: τεχνολογία και εξοπλισμός

2024 Συγγραφέας: Howard Calhoun | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2023-12-17 10:23

Η ανθρωπότητα επιδιώκει να στραφεί σε εναλλακτικές πηγές παροχής ηλεκτρικού ρεύματος που θα συμβάλουν στη διατήρηση του περιβάλλοντος καθαρού και στη μείωση του κόστους παραγωγής ενέργειας. Η παραγωγή ηλιακών μπαταριών είναι μια σύγχρονη βιομηχανική μέθοδος. Το σύστημα τροφοδοσίας περιλαμβάνει ηλιακούς δέκτες, μπαταρίες, ελεγκτές, μετατροπείς και άλλες συσκευές σχεδιασμένες για συγκεκριμένες λειτουργίες.

Η ηλιακή μπαταρία είναι το κύριο στοιχείο από το οποίο ξεκινά η συσσώρευση και η μετατροπή της ενέργειας των ακτίνων. Στον σύγχρονο κόσμο, υπάρχουν πολλές παγίδες για τον καταναλωτή όταν επιλέγει ένα πάνελ, καθώς η βιομηχανία προσφέρει μεγάλο αριθμό προϊόντων συνδυασμένων με ένα όνομα.

Ηλιακά κύτταρα πυριτίου

Αυτά τα προϊόντα είναι δημοφιλή στους σημερινούς καταναλωτές. Το πυρίτιο είναι η βάση για την κατασκευή τους. Τα αποθέματά του στα βάθη είναι ευρέως διαδεδομένα και η παραγωγή είναι σχετικά φθηνή. Οι κυψέλες πυριτίου συγκρίνονται ευνοϊκά σε επίπεδα απόδοσης με άλλες ηλιακές κυψέλες.

Τύποι στοιχείων

Τα ηλιακά κύτταρα πυριτίου κατασκευάζονται στους ακόλουθους τύπους:

• μονοκρυσταλλικό;
• πολυκρυσταλλικό;
• άμορφο.

Οι παραπάνω μορφές συσκευών διαφέρουν στον τρόπο με τον οποίο τα άτομα πυριτίου είναι διατεταγμένα στον κρύσταλλο. Η κύρια διαφορά μεταξύ των στοιχείων είναι ο διαφορετικός δείκτης της απόδοσης της μετατροπής της φωτεινής ενέργειας, ο οποίος για τους δύο πρώτους τύπους είναι περίπου στο ίδιο επίπεδο και υπερβαίνει τις τιμές για συσκευές από άμορφο πυρίτιο.

Η σημερινή βιομηχανία προσφέρει πολλά μοντέλα ηλιακών φωτοσυλλεκτών. Η διαφορά τους έγκειται στον εξοπλισμό που χρησιμοποιείται για την παραγωγή ηλιακών συλλεκτών. Η τεχνολογία κατασκευής και το είδος της πρώτης ύλης παίζουν ρόλο.

Τύπος μονού κρυστάλλου

Αυτά τα στοιχεία αποτελούνται από στοιχεία σιλικόνης στερεωμένα μεταξύ τους. Σύμφωνα με τη μέθοδο του επιστήμονα Czochralski, παράγεται απολύτως καθαρό πυρίτιο, από το οποίο παράγονται μονοκρυστάλλοι. Η επόμενη διαδικασία είναι η κοπή του κατεψυγμένου και σκληρυμένου ημικατεργασμένου προϊόντος σε πλάκες με πάχος 250 έως 300 μικρά. Τα λεπτά στρώματα είναι κορεσμένα με ένα μεταλλικό πλέγμα ηλεκτροδίων. Παρά το υψηλό κόστος παραγωγής, τέτοια στοιχεία χρησιμοποιούνται αρκετά ευρέως λόγω του υψηλού ποσοστού μετατροπής (17-22%).

Παραγωγή πολυκρυσταλλικών στοιχείων

Η τεχνολογία για την παραγωγή ηλιακών κυψελών από πολυκρυστάλλους είναι ότι η μάζα λιωμένου πυριτίου ψύχεται σταδιακά. Η παραγωγή δεν απαιτεί ακριβό εξοπλισμό, επομένως, το κόστος απόκτησης πυριτίου μειώνεται. Οι πολυκρυσταλλικές ηλιακές αποθήκες έχουν χαμηλότερο συντελεστή απόδοσης (11-18%), σε αντίθεση με τις μονοκρυσταλλικές. Αυτό εξηγείται από το γεγονός ότι κατά τη διαδικασία ψύξης, η μάζα του πυριτίου είναι κορεσμένη με μικροσκοπικές κοκκώδεις φυσαλίδες, οι οποίες οδηγούν σε πρόσθετη διάθλαση των ακτίνων.

Στοιχεία άμορφου πυριτίου

Τα προϊόντα ταξινομούνται ως ειδικός τύπος, καθώς η ιδιότητά τους στον τύπο πυριτίου προέρχεται από το όνομα του υλικού που χρησιμοποιείται και η παραγωγή ηλιακών κυψελών πραγματοποιείται με τεχνολογία συσκευών φιλμ. Ο κρύσταλλος στη διαδικασία κατασκευής δίνει τη θέση του στο πυρίτιο υδρογόνο ή σιλόνι, ένα λεπτό στρώμα του οποίου καλύπτει το υπόστρωμα. Οι μπαταρίες έχουν τη χαμηλότερη τιμή απόδοσης, μόνο έως και 6%. Τα στοιχεία, παρά ένα σημαντικό μειονέκτημα, έχουν μια σειρά από αναμφισβήτητα πλεονεκτήματα που τους δίνουν το δικαίωμα να συμβαδίζουν με τους παραπάνω τύπους:

• η τιμή απορρόφησης οπτικών είναι δύο δωδεκάδες φορές υψηλότερη από αυτή των μονοκρυσταλλικών και πολυκρυσταλλικών μονάδων δίσκου.
• Το έχει ελάχιστο πάχος στρώσης μόνο 1 micron;
• ο συννεφιασμένος καιρός δεν επηρεάζει τις εργασίες μετατροπής του φωτός, σε αντίθεση με άλλα είδη;
• λόγω της υψηλής αντοχής του στην κάμψη, μπορεί να χρησιμοποιηθεί χωρίς προβλήματα σε δύσκολα σημεία.

Οι τρεις τύποι ηλιακών μετατροπέων που περιγράφονται παραπάνω συμπληρώνονται από υβριδικά προϊόντα κατασκευασμένα από υλικά με διπλές ιδιότητες. Τέτοια χαρακτηριστικά επιτυγχάνονται εάν στο άμορφο πυρίτιο περιλαμβάνονται μικροστοιχεία ή νανοσωματίδια. Το υλικό που προκύπτει είναι παρόμοιο με το πολυκρυσταλλικό πυρίτιο, αλλά συγκρίνεται ευνοϊκά με αυτό λόγω των νέων τεχνικών χαρακτηριστικών.δείκτες.

Πρώτες ύλες για την παραγωγή ηλιακών κυψελών τύπου φιλμ CdTe

Η επιλογή του υλικού υπαγορεύεται από την ανάγκη μείωσης του κόστους παραγωγής και βελτίωσης της απόδοσης στην εργασία. Το πιο συχνά χρησιμοποιούμενο τελλουρίδιο του καδμίου που απορροφά το φως. Στη δεκαετία του '70 του περασμένου αιώνα, το CdTe θεωρούνταν ο κύριος διεκδικητής για χρήση του χώρου, στη σύγχρονη βιομηχανία έχει βρει ευρεία εφαρμογή στην ηλιακή ενέργεια.

Αυτό το υλικό ταξινομείται ως αθροιστικό δηλητήριο, επομένως η συζήτηση για τη βλαβερότητά του δεν υποχωρεί. Έρευνα από επιστήμονες έχει αποδείξει το γεγονός ότι το επίπεδο των επιβλαβών ουσιών που εισέρχονται στην ατμόσφαιρα είναι αποδεκτό και δεν βλάπτει το περιβάλλον. Το επίπεδο απόδοσης είναι μόνο 11%, αλλά το κόστος της μετατροπής ηλεκτρικής ενέργειας από τέτοιες κυψέλες είναι 20-30% χαμηλότερο από ό,τι από συσκευές τύπου πυριτίου.

Συσσωρευτές ακτίνων από σελήνιο, χαλκό και ίνδιο

Ημιαγωγοί στη συσκευή είναι ο χαλκός, το σελήνιο και το ίνδιο, μερικές φορές επιτρέπεται η αντικατάσταση του τελευταίου με γάλλιο. Αυτό οφείλεται στην υψηλή ζήτηση για ίνδιο για την παραγωγή επίπεδων οθονών. Ως εκ τούτου, επιλέχθηκε αυτή η επιλογή υποκατάστασης, καθώς τα υλικά έχουν παρόμοιες ιδιότητες. Αλλά για τον δείκτη απόδοσης, η αντικατάσταση παίζει σημαντικό ρόλο, η παραγωγή μιας ηλιακής μπαταρίας χωρίς γάλλιο αυξάνει την απόδοση της συσκευής κατά 14%.

Ηλιακοί συλλέκτες με βάση πολυμερή

Αυτά τα στοιχεία ταξινομούνται ως νέες τεχνολογίες, καθώς εμφανίστηκαν πρόσφατα στην αγορά. Οι οργανικοί ημιαγωγοί απορροφούν το φωςνα το μετατρέψει σε ηλεκτρική ενέργεια. Για την παραγωγή χρησιμοποιούνται φουλλερένια της ομάδας του άνθρακα, πολυφαινυλένιο, φθαλοκυανίνη χαλκού κ.λπ.. Ως αποτέλεσμα, λαμβάνονται λεπτές (100 nm) και εύκαμπτες μεμβράνες, οι οποίες στην εργασία δίνουν συντελεστή απόδοσης 5-7%. Η τιμή είναι μικρή, αλλά η παραγωγή εύκαμπτων ηλιακών κυψελών έχει πολλά θετικά σημεία:

• Δεν κοστίζει πολύ η κατασκευή;
• η ικανότητα εγκατάστασης εύκαμπτων μπαταριών σε στροφές όπου η ελαστικότητα είναι υψίστης σημασίας.
• σχετική ευκολία και οικονομική προσιτότητα εγκατάστασης;
• Οι ευέλικτες μπαταρίες είναι φιλικές προς το περιβάλλον.

Χημικό τουρσί κατά την παραγωγή

Η πιο ακριβή ηλιακή μπαταρία είναι μια πολυκρυσταλλική ή μονοκρυσταλλική γκοφρέτα πυριτίου. Για την πιο ορθολογική χρήση του πυριτίου, κόβονται ψευδοτετράγωνα σχήματα, το ίδιο σχήμα σας επιτρέπει να τοποθετήσετε σφιχτά τις πλάκες στη μελλοντική μονάδα. Μετά τη διαδικασία κοπής, παραμένουν στην επιφάνεια μικροσκοπικά στρώματα κατεστραμμένης επιφάνειας, τα οποία αφαιρούνται με χάραξη και υφή για να βελτιωθεί η λήψη των προσπίπτων ακτίνων.

Η επιφάνεια που αντιμετωπίζεται με αυτόν τον τρόπο είναι μια τυχαία τοποθετημένη μικροπυραμίδα, που ανακλάται από την άκρη της οποίας, το φως πέφτει στις πλευρικές επιφάνειες άλλων προεξοχών. Η διαδικασία χαλάρωσης μειώνει την ανακλαστικότητα του υλικού κατά περίπου 25%. Η διαδικασία τουρσί υιοθετεί μια σειρά από όξινα και αλκαλικάεπεξεργασία, αλλά είναι απαράδεκτο να μειωθεί πολύ το πάχος της στρώσης, καθώς η πλάκα δεν αντέχει την ακόλουθη επεξεργασία.

Ημιαγωγοί σε ηλιακά κύτταρα

Η τεχνολογία παραγωγής ηλιακών κυψελών υποθέτει ότι η κύρια ιδέα των στερεών ηλεκτρονικών είναι η διασταύρωση p-n. Εάν η ηλεκτρονική αγωγιμότητα του τύπου n και η αγωγιμότητα της οπής του τύπου p συνδυάζονται σε μία πλάκα, τότε εμφανίζεται μια ένωση p-n στο σημείο επαφής μεταξύ τους. Η κύρια φυσική ιδιότητα αυτού του ορισμού είναι η ικανότητα να χρησιμεύει ως φράγμα και να περνάει ηλεκτρική ενέργεια προς μία κατεύθυνση. Είναι αυτό το φαινόμενο που σας επιτρέπει να δημιουργήσετε την πλήρη λειτουργία των ηλιακών κυψελών.

Σαν αποτέλεσμα της διάχυσης του φωσφόρου, σχηματίζεται ένα στρώμα τύπου n στα άκρα της πλάκας, το οποίο βασίζεται στην επιφάνεια του στοιχείου σε βάθος μόλις 0,5 microns. Η παραγωγή μιας ηλιακής μπαταρίας προβλέπει μια ρηχή διείσδυση φορέων αντίθετων σημάτων, που προκύπτουν υπό τη δράση του φωτός. Η διαδρομή τους προς τη ζώνη επιρροής της διασταύρωσης p-n πρέπει να είναι σύντομη, διαφορετικά μπορούν να σβήσουν μεταξύ τους όταν συναντηθούν, χωρίς να παράγουν καθόλου ηλεκτρική ενέργεια.

Χρήση χημικής χάραξης πλάσματος

Η σχεδίαση της ηλιακής μπαταρίας έχει μπροστινή επιφάνεια με εγκατεστημένη σχάρα για δέσμευση ρεύματος και πίσω πλευρά, η οποία είναι μια σταθερή επαφή. Κατά το φαινόμενο της διάχυσης, εμφανίζεται ένα ηλεκτρικό βραχυκύκλωμα μεταξύ των δύο επιπέδων και μεταδίδεται μέχρι το τέλος.

Για να αφαιρέσετε το βραχυκύκλωμα, χρησιμοποιείται εξοπλισμόςηλιακές μπαταρίες, οι οποίες σας επιτρέπουν να το κάνετε αυτό με τη βοήθεια πλάσματος-χημικής, χημικής χάραξης ή μηχανικού, λέιζερ. Συχνά χρησιμοποιείται η μέθοδος της χημικής επίδρασης του πλάσματος. Η χάραξη εκτελείται ταυτόχρονα για μια στοίβα γκοφρέτες πυριτίου στοιβαγμένες μεταξύ τους. Το αποτέλεσμα της διαδικασίας εξαρτάται από τη διάρκεια της θεραπείας, τη σύνθεση του παράγοντα, το μέγεθος των τετραγώνων του υλικού, την κατεύθυνση των πίδακες ροής ιόντων και άλλους παράγοντες.

Εφαρμογή αντιανακλαστικής επίστρωσης

Με την εφαρμογή μιας υφής στην επιφάνεια ενός στοιχείου, η ανάκλαση μειώνεται στο 11%. Αυτό σημαίνει ότι το ένα δέκατο των ακτίνων απλώς αντανακλάται από την επιφάνεια και δεν συμμετέχει στον σχηματισμό ηλεκτρισμού. Προκειμένου να μειωθούν τέτοιες απώλειες, εφαρμόζεται μια επίστρωση με βαθιά διείσδυση παλμών φωτός στην μπροστινή πλευρά του στοιχείου, η οποία δεν τους ανακλά προς τα πίσω. Οι επιστήμονες, λαμβάνοντας υπόψη τους νόμους της οπτικής, καθορίζουν τη σύνθεση και το πάχος του στρώματος, επομένως η παραγωγή και η εγκατάσταση ηλιακών συλλεκτών με τέτοια επίστρωση μειώνει την ανάκλαση έως και 2%.

Επαφή στην μπροστινή πλευρά

Η επιφάνεια του στοιχείου έχει σχεδιαστεί για να απορροφά τη μεγαλύτερη ποσότητα ακτινοβολίας, είναι αυτή η απαίτηση που καθορίζει τα διαστατικά και τεχνικά χαρακτηριστικά του εφαρμοσμένου μεταλλικού πλέγματος. Επιλέγοντας το σχέδιο της μπροστινής πλευράς, οι μηχανικοί λύνουν δύο αντίθετα προβλήματα. Η μείωση των οπτικών απωλειών συμβαίνει με λεπτότερες γραμμές και τη θέση τους σε μεγάλη απόσταση μεταξύ τους. Η παραγωγή ηλιακής μπαταρίας με αυξημένο μέγεθος πλέγματος οδηγεί στο γεγονός ότι ορισμένες από τις φορτίσεις δεν έχουν χρόνο να έρθουν σε επαφή και χάνονται.

Ως εκ τούτου, οι επιστήμονες έχουν τυποποιήσει την τιμή της απόστασης και του πάχους γραμμής για κάθε μέταλλο. Οι πολύ λεπτές λωρίδες ανοίγουν χώρο στην επιφάνεια του στοιχείου για να απορροφούν τις ακτίνες, αλλά δεν μεταφέρουν ισχυρό ρεύμα. Οι σύγχρονες μέθοδοι εφαρμογής της επιμετάλλωσης αποτελούνται από μεταξοτυπία. Ως υλικό, η πάστα που περιέχει ασήμι δικαιολογείται περισσότερο. Λόγω της χρήσης του, η απόδοση του στοιχείου αυξάνεται κατά 15-17%.

Μεταλλοποίηση στο πίσω μέρος της συσκευής

Η εναπόθεση μετάλλου στο πίσω μέρος της συσκευής γίνεται με δύο τρόπους, καθένας από τους οποίους εκτελεί τη δική του εργασία. Ένα συνεχές λεπτό στρώμα σε όλη την επιφάνεια, εκτός από μεμονωμένες τρύπες, ψεκάζεται με αλουμίνιο και οι τρύπες γεμίζονται με πάστα που περιέχει ασήμι, η οποία παίζει ρόλο επαφής. Το συμπαγές στρώμα αλουμινίου χρησιμεύει ως ένα είδος συσκευής καθρέφτη στην πίσω πλευρά για δωρεάν χρεώσεις που μπορούν να χαθούν στους κρυστάλλινους δεσμούς του πλέγματος. Με μια τέτοια επίστρωση, τα ηλιακά πάνελ λειτουργούν 2% περισσότερο σε ισχύ. Οι κριτικές πελατών λένε ότι τέτοια στοιχεία είναι πιο ανθεκτικά και δεν επηρεάζονται τόσο από συννεφιά.

Κατασκευάζοντας ηλιακούς συλλέκτες με τα χέρια σας

Πηγές ενέργειας από τον ήλιο, δεν μπορούν όλοι να παραγγείλουν και να εγκαταστήσουν στο σπίτι, καθώς το κόστος τους σήμερα είναι αρκετά υψηλό. Ως εκ τούτου, πολλοί τεχνίτες και τεχνίτες κατακτούν την παραγωγή ηλιακών συλλεκτών στο σπίτι.

Μπορείτε να αγοράσετε σετ φωτοκυττάρων για αυτοσυναρμολόγηση στο Διαδίκτυο σε διάφορους ιστότοπους. Το κόστος τουςεξαρτάται από τον αριθμό των πλακών που χρησιμοποιούνται και την ισχύ. Για παράδειγμα, τα κιτ χαμηλής ισχύος, από 63 έως 76 W με 36 πλάκες, κοστίζουν 2350-2560 ρούβλια. αντίστοιχα. Είδη εργασίας που απορρίπτονται από τις γραμμές παραγωγής για οποιονδήποτε λόγο αγοράζονται επίσης εδώ.

Κατά την επιλογή του τύπου φωτοβολταϊκού μετατροπέα, λάβετε υπόψη το γεγονός ότι τα πολυκρυσταλλικά στοιχεία είναι πιο ανθεκτικά στη συννεφιά και λειτουργούν πιο αποτελεσματικά από τα μονοκρυσταλλικά, αλλά έχουν μικρότερη διάρκεια ζωής. Τα μονοκρυσταλλικά είναι πιο αποτελεσματικά σε ηλιόλουστες καιρικές συνθήκες και θα διαρκέσουν πολύ περισσότερο.

Για να οργανώσετε την παραγωγή ηλιακών συλλεκτών στο σπίτι, πρέπει να υπολογίσετε το συνολικό φορτίο όλων των συσκευών που θα τροφοδοτούνται από τον μελλοντικό μετατροπέα και να προσδιορίσετε την ισχύ της συσκευής. Από εδώ ακολουθεί ο αριθμός των φωτοκυττάρων, ενώ λαμβάνεται υπόψη και η γωνία κλίσης του πίνακα. Ορισμένοι τεχνίτες προβλέπουν τη δυνατότητα αλλαγής της θέσης του επιπέδου συσσώρευσης ανάλογα με το ύψος του ηλιοστασίου και το χειμώνα - με το πάχος του χιονιού που έχει πέσει.

Διαφορετικά υλικά χρησιμοποιούνται για την κατασκευή της θήκης. Τις περισσότερες φορές βάζουν γωνίες αλουμινίου ή ανοξείδωτες, χρησιμοποιούν κόντρα πλακέ, μοριοσανίδες κλπ. Το διαφανές μέρος είναι κατασκευασμένο από οργανικό ή συνηθισμένο γυαλί. Στην πώληση υπάρχουν φωτοκύτταρα με ήδη συγκολλημένους αγωγούς, είναι προτιμότερο να αγοράσετε τέτοιους, καθώς η εργασία συναρμολόγησης είναι απλοποιημένη. Οι πλάκες δεν στοιβάζονται το ένα πάνω στο άλλο - οι κάτω μπορεί να δώσουν μικρορωγμές. Η συγκόλληση και η ροή έχουν εφαρμοστεί εκ των προτέρων. Είναι πιο βολικό να συγκολλήσετε τα στοιχεία τοποθετώντας τα αμέσως στην πλευρά εργασίας. Στο τέλος, οι ακραίες πλάκες συγκολλούνται στα ελαστικά (φαρύτεροι αγωγοί), μετά από τους οποίους βγαίνουν τα "μείον" και "συν".

Μετά την εκτέλεση της εργασίας, το πάνελ δοκιμάζεται και σφραγίζεται. Οι ξένοι τεχνίτες χρησιμοποιούν ενώσεις για αυτό, αλλά για τους τεχνίτες μας είναι αρκετά ακριβές. Οι σπιτικοί μετατροπείς σφραγίζονται με σιλικόνη και η πίσω πλευρά είναι επικαλυμμένη με βερνίκι ακρυλικής βάσης.

Συμπερασματικά, πρέπει να πούμε ότι οι κριτικές των πλοιάρχων που κατασκεύασαν ηλιακούς συλλέκτες με τα χέρια τους είναι πάντα θετικές. Αφού ξοδέψουν χρήματα για την κατασκευή και την εγκατάσταση του μετατροπέα, η οικογένεια πληρώνει γρήγορα για αυτά και αρχίζει να εξοικονομεί χρήματα χρησιμοποιώντας δωρεάν ενέργεια.