Күн батареясының өндірісі: технология және жабдық

2024 Автор: Howard Calhoun | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2023-12-17 10:33

Адамзат қоршаған ортаны таза ұстауға және энергия өндіруге кететін шығынды азайтуға көмектесетін электрмен жабдықтаудың баламалы көздеріне ауысуға ұмтылуда. Күн батареяларын өндіру заманауи өнеркәсіптік әдіс болып табылады. Электрмен жабдықтау жүйесіне күн қабылдағыштары, батареялар, контроллерлер, инверторлар және арнайы функцияларға арналған басқа құрылғылар кіреді.

Күн батареясы - сәуле энергиясының жинақталуы және түрленуі басталатын негізгі элемент. Заманауи әлемде панельді таңдау кезінде тұтынушы үшін көптеген тұзақтар бар, өйткені индустрия бір атаумен біріктірілген көптеген өнімдерді ұсынады.

Кремний күн батареялары

Бұл өнімдер бүгінгі тұтынушылар арасында танымал. Кремний оларды өндірудің негізі болып табылады. Оның тереңдіктегі қоры кең таралған, өндірісі салыстырмалы түрде арзан. Кремний жасушалары өнімділік деңгейі бойынша басқа күн батареяларымен жақсы салыстырылады.

Элемент түрлері

Кремний күн батареялары келесі түрлерде шығарылады:

• монокристалды;
• поликристалды;
• аморфты.

Жоғарыда аталған құрылғылардың пішіндері кремний атомдарының кристалда орналасуымен ерекшеленеді. Элементтер арасындағы негізгі айырмашылық жарық энергиясын түрлендіру тиімділігінің әртүрлі көрсеткіші болып табылады, ол алғашқы екі түр үшін шамамен бірдей деңгейде және аморфты кремнийден жасалған құрылғылар үшін мәндерден асып түседі.

Бүгінгі индустрия күн сәулесін ұстағыштардың бірнеше үлгісін ұсынады. Олардың айырмашылығы күн панельдерін өндіру үшін қолданылатын жабдықта. Өндіріс технологиясы мен бастапқы материалдың түрі маңызды рөл атқарады.

Бір кристал түрі

Бұл элементтер бір-біріне бекітілген силикон жасушаларынан тұрады. Ғалым Чохральскийдің әдісі бойынша абсолютті таза кремний алынады, одан монокристалдар жасалады. Келесі процесс мұздатылған және қатайтылған жартылай фабрикаттарды қалыңдығы 250-ден 300 мкм-ге дейінгі табақтарға кесу. Жұқа қабаттар электродтардың металл торымен қаныққан. Өндірістің жоғары құнына қарамастан, мұндай элементтер жоғары конверсия жылдамдығына байланысты (17-22%) жеткілікті түрде кеңінен қолданылады.

Поликристалды элементтерді өндіру

Поликристалдардан күн батареяларын өндіру технологиясы балқытылған кремний массасын біртіндеп салқындату болып табылады. Өндіріс қымбат жабдықты қажет етпейді, сондықтан кремний алу құны төмендейді. Поликристалды күн қоймаларының монокристалдыларға қарағанда тиімділік коэффициенті төмен (11-18%). Бұл салқындату процесінде кремний массасы ұсақ түйіршікті көпіршіктермен қаныққанымен түсіндіріледі, бұл сәулелердің қосымша сынуына әкеледі.

Аморфты кремний элементтері

Өнімдерді арнайы түрге жатқызады, өйткені олардың кремний түріне жататындығы қолданылатын материалдың атауынан туындайды, ал күн батареяларын өндіру пленкалық құрылғы технологиясы арқылы жүзеге асырылады. Өндіріс процесіндегі кристал кремний сутегіне немесе силонға жол береді, оның жұқа қабаты субстратты жабады. Батареялардың ең төменгі тиімділік мәні бар, тек 6% дейін. Элементтер, елеулі кемшілігіне қарамастан, жоғарыда аталған түрлерге сәйкес тұруға құқық беретін бірқатар даусыз артықшылықтарға ие:

• оптиканың сіңіру мәні монокристалды және поликристалды жетектерге қарағанда екі ондаған есе жоғары;
• қабаттың минималды қалыңдығы небәрі 1 микрон;
• бұлтты ауа-райы басқа түрлерге қарағанда жарықты түрлендіру жұмысына әсер етпейді;
• жоғары иілу беріктігіне байланысты оны қиын жерлерде еш қиындықсыз пайдалануға болады.

Жоғарыда сипатталған күн түрлендіргіштерінің үш түрі қосарлы қасиеттері бар материалдардан жасалған гибридті өнімдермен толықтырылған. Мұндай сипаттамалар аморфты кремнийдің құрамына микроэлементтер немесе нанобөлшектерді енгізген жағдайда қол жеткізіледі. Алынған материал поликристалды кремнийге ұқсас, бірақ жаңа техникалық ерекшеліктері бойынша онымен жақсы салыстырылады.көрсеткіштер.

CdTe пленка түріндегі күн батареяларын өндіруге арналған шикізат

Материалды таңдау өнімнің өзіндік құнын төмендету және жұмыс өнімділігін жақсарту қажеттілігінен туындайды. Ең жиі қолданылатын жарық сіңіретін кадмий теллуриді. Өткен ғасырдың 70-жылдарында CdTe ғарышты пайдаланудың басты үміткері болып саналды, қазіргі заманғы өнеркәсіпте ол күн энергетикасында кең қолданыс тапты.

Бұл материал жинақталған улануға жатады, сондықтан оның зияндылығы туралы пікірталастар әлі де толастамайды. Ғалымдардың зерттеулері атмосфераға түсетін зиянды заттардың деңгейі қолайлы және қоршаған ортаға зиян келтірмейтінін анықтады. Тиімділік деңгейі небәрі 11% құрайды, бірақ мұндай ұяшықтардың түрлендірілген электр энергиясының құны кремний типті құрылғыларға қарағанда 20-30% төмен.

Селений, мыс және индийден жасалған сәулелік аккумуляторлар

Құрылғыдағы жартылай өткізгіштер мыс, селен және индий, кейде соңғысын галлиймен ауыстыруға рұқсат етіледі. Бұл жалпақ типті мониторларды өндіру үшін индийге сұраныстың жоғары болуына байланысты. Сондықтан, бұл ауыстыру нұсқасы таңдалды, өйткені материалдар ұқсас қасиеттерге ие. Бірақ тиімділік көрсеткіші үшін ауыстыру маңызды рөл атқарады, галлийсіз күн батареясын шығару құрылғының тиімділігін 14%-ға арттырады.

Полимер негізіндегі күн коллекторлары

Бұл элементтер нарықта жақында пайда болғандықтан, жас технологияларға жатқызылады. Органикалық жартылай өткізгіштер жарықты сіңіредіоны электр энергиясына айналдыру үшін. Өндіріс үшін көміртегі тобындағы фуллерендер, полифенилен, мыс фталоцианин және т.б.қолданылады. Нәтижесінде жұқа (100 нм) және иілгіш қабықшалар алынады, олар жұмыста 5-7% тиімділік коэффициентін береді. Мән шағын, бірақ икемді күн батареяларын өндірудің бірнеше оң жақтары бар:

• Жасауға көп шығын келмейді;
• икемділік өте маңызды болатын иілулерге икемді батареяларды орнату мүмкіндігі;
• орнатудың салыстырмалы жеңілдігі және қолжетімділігі;
• икемді батареялар қоршаған ортаға зиянсыз.

Өндіріс кезінде химиялық маринадтау

Ең қымбат күн батареясы - көп кристалды немесе монокристалды кремний пластинасы. Кремнийді барынша ұтымды пайдалану үшін псевдоквадрат фигуралар кесіледі, сол пішін болашақ модульде плиталарды мықтап қоюға мүмкіндік береді. Кесу процесінен кейін зақымдалған беттің микроскопиялық қабаттары бетінде қалады, олар түскен сәулелерді қабылдауды жақсарту үшін ою және текстуралау арқылы жойылады.

Осылай өңделген бет кездейсоқ орналасқан микропирамидалар болып табылады, оның жиегінен шағылысады, жарық басқа шығыңқылардың бүйір беттеріне түседі. Қопсыту процедурасы материалдың шағылыстыру қабілетін шамамен 25% төмендетеді. Тұздау процесі қышқыл және сілтілі қатарды қабылдайдыөңдеу, бірақ қабаттың қалыңдығын айтарлықтай азайтуға болмайды, өйткені пластина келесі өңдеуге төтеп бере алмайды.

Күн батареяларындағы жартылай өткізгіштер

Күн батареяларын өндіру технологиясы қатты электрониканың негізгі концепциясы p-n-тұйықталу деп болжайды. Егер n-типті электронды өткізгіштік пен р-типті саңылау өткізгіштігі бір пластинаға қосылса, онда олардың арасындағы жанасу нүктесінде p-n өтуі пайда болады. Бұл анықтаманың негізгі физикалық қасиеті - кедергі ретінде қызмет ету және электр тогын бір бағытта өткізу мүмкіндігі. Дәл осы әсер күн батареяларының толық жұмысын орнатуға мүмкіндік береді.

Фосфор диффузиясы нәтижесінде пластинаның ұштарында n-типті қабат түзіледі, ол элементтің бетінде небәрі 0,5 мкм тереңдікте орналасқан. Күн батареясының өндірісі жарық әсерінен пайда болатын қарама-қарсы белгілерді тасымалдаушылардың таяз енуін қамтамасыз етеді. Олардың p-n-өткелінің әсер ету аймағына жолы қысқа болуы керек, әйтпесе олар кездескен кезде электр қуатын шығармай-ақ бір-бірін өшіре алады.

Плазма-химиялық оюды қолдану

Күн батареясының конструкциясының алдыңғы беті токты ұстауға арналған орнатылған торы және қатты контакті болып табылатын артқы жағы бар. Диффузия құбылысы кезінде екі жазықтықтың арасында электрлік тұйықталу пайда болады және соңына дейін беріледі.

Қысқа тұйықталуды жою үшін жабдық пайдаланыладыкүн батареялары, бұл сізге плазмалық-химиялық, химиялық ою немесе механикалық, лазердің көмегімен жасауға мүмкіндік береді. Плазма-химиялық әсер ету әдісі жиі қолданылады. Оңалту бір уақытта қабаттасқан кремний пластиналары үшін орындалады. Процестің нәтижесі өңдеу ұзақтығына, агенттің құрамына, материалдың квадраттарының өлшеміне, ион ағынының ағынының бағытына және басқа факторларға байланысты.

Шағылыстырмайтын жабынды қолдану

Элемент бетіне текстураны қолдану арқылы шағылысу 11%-ға дейін азаяды. Бұл сәулелердің оннан бір бөлігі жай ғана бетінен шағылысып, электр тогының пайда болуына қатыспайды дегенді білдіреді. Мұндай шығындарды азайту үшін элементтің алдыңғы жағына жарық импульстерінің терең енуі бар жабын қолданылады, бұл оларды кері қайтармайды. Ғалымдар оптика заңдарын ескере отырып, қабаттың құрамы мен қалыңдығын анықтайды, сондықтан мұндай жабыны бар күн панельдерін өндіру және орнату шағылуды 2% -ға дейін азайтады.

Алдыңғы жағында контактілі жабын

Элементтің беті радиацияның ең көп мөлшерін сіңіруге арналған, дәл осы талап қолданылатын металл тордың өлшемдік және техникалық сипаттамаларын анықтайды. Алдыңғы жағының дизайнын таңдай отырып, инженерлер екі қарама-қарсы мәселені шешеді. Оптикалық жоғалтулардың төмендеуі жіңішке сызықтармен және олардың бір-бірінен үлкен қашықтықта орналасуымен жүреді. Тор өлшемі ұлғайтылған күн батареясын шығару кейбір зарядтардың жанасуға үлгермей қалуына және жоғалуына әкеледі.

Сондықтан ғалымдар әр металл үшін қашықтық пен сызық қалыңдығының мәнін стандарттаған. Тым жұқа жолақтар сәулелерді сіңіру үшін элементтің бетінде кеңістікті ашады, бірақ күшті ток өткізбейді. Металлизацияны қолданудың заманауи әдістері экранды басып шығарудан тұрады. Материал ретінде құрамында күмісі бар паста өзін ақтайды. Оны пайдаланудың арқасында элементтің тиімділігі 15-17%-ға артады.

Құрылғының артқы жағындағы металдану

Құрылғының артқы жағындағы металды тұндыру екі жолмен жүреді, олардың әрқайсысы өз жұмысын орындайды. Жеке саңылауларды қоспағанда, бүкіл бетінде үздіксіз жұқа қабат алюминиймен шашыратылады, ал саңылаулар байланыс рөлін атқаратын күміс бар пастамен толтырылады. Қатты алюминий қабаты тордың салбырап тұрған кристалдық байланыстарында жоғалуы мүмкін бос зарядтар үшін артқы жағында айна құрылғысы ретінде қызмет етеді. Мұндай жабынмен күн панельдері қуатта 2% артық жұмыс істейді. Тұтынушылардың пікірлері мұндай элементтердің ұзаққа созылатынын және бұлтты ауа райының әсер етпейтінін айтады.

Өз қолыңызбен күн батареяларын жасау

Күннен алынатын қуат көздері, бүгінде олардың құны айтарлықтай жоғары болғандықтан, үйде тапсырыс беріп, орнату кез келген адам мүмкін емес. Сондықтан көптеген қолөнершілер мен қолөнершілер үй жағдайында күн батареяларын жасауды меңгеруде.

Өздігінен құрастыру үшін фотоэлементтердің жинақтарын Интернетте әртүрлі сайттардан сатып алуға болады. Олардың құныпайдаланылатын пластиналардың санына және қуатқа байланысты. Мысалы, 36 пластинамен 63-тен 76 Вт-қа дейінгі төмен қуат жинақтары 2350-2560 рубльді құрайды. тиісінше. Кез келген себеппен өндірістен бас тартылған жұмыс элементтері де осы жерден сатып алынады.

Фотовольтаикалық түрлендіргіштің түрін таңдағанда, поликристалды элементтердің бұлтты ауа райына төзімділігін және монокристалдыларға қарағанда тиімдірек жұмыс істейтінін, бірақ қызмет ету мерзімінің қысқа екенін ескеріңіз. Монокристалдылар шуақты ауа-райында тиімдірек және ұзағырақ қызмет етеді.

Үйде күн батареяларын өндіруді ұйымдастыру үшін болашақ түрлендіргіштен қуат алатын барлық құрылғылардың жалпы жүктемесін есептеп, құрылғының қуатын анықтау керек. Осыдан панельдің көлбеу бұрышын ескере отырып, фотоэлементтердің саны шығады. Кейбір шеберлер күн тоқырауының биіктігіне, ал қыста - түскен қардың қалыңдығына байланысты жинақтау жазықтығының орнын өзгерту мүмкіндігін қарастырады.

Корпусты жасау үшін әртүрлі материалдар пайдаланылады. Көбінесе олар алюминий немесе тот баспайтын бұрыштарды қояды, фанер, ДСП және т.б. пайдаланады Мөлдір бөлігі органикалық немесе қарапайым шыныдан жасалған. Сатылымда дәнекерленген өткізгіштері бар фотоэлементтер бар, оларды сатып алған жөн, өйткені құрастыру міндеті жеңілдетілген. Пластиналар бірінің үстіне бірі жиналмайды - төменгілері микрожарықтарды бере алады. Дәнекерлеу және флюс алдын ала қолданылады. Элементтерді бірден жұмыс жағына қою арқылы дәнекерлеу ыңғайлы. Соңында экстремалды тақталар шиналарға (кеңірек өткізгіштерге) дәнекерленген, содан кейін «минус» және «плюс» шығады.

Жұмыс аяқталғаннан кейін панель сыналады және мөрленеді. Шетелдік шеберлер бұл үшін қоспаларды пайдаланады, бірақ біздің шеберлер үшін олар айтарлықтай қымбат. Үйде жасалған түрлендіргіштер силиконмен жабылған, ал артқы жағы акрил негізіндегі лакпен қапталған.

Қорытындылай келе, өз қолдарымен күн батареяларын жасаған шеберлердің пікірлері әрқашан оң екенін айту керек. Түрлендіргішті жасауға және орнатуға ақша жұмсағаннан кейін, отбасы олардың ақысын тез төлеп, бос энергияны пайдалана бастайды.