ייצור סוללות סולאריות: טכנולוגיה וציוד

2024 מְחַבֵּר: Howard Calhoun | [email protected]. שונה לאחרונה: 2023-12-17 10:27

האנושות מבקשת לעבור למקורות אספקת חשמל חלופיים שיסייעו לשמור על הסביבה נקייה ולהפחית את עלות ייצור האנרגיה. ייצור סוללות סולאריות היא שיטה תעשייתית מודרנית. מערכת אספקת החשמל כוללת מקלטים סולאריים, סוללות, בקרים, ממירים והתקנים אחרים המיועדים לפונקציות ספציפיות.

סוללת השמש היא האלמנט העיקרי שממנו מתחילה הצטברות והמרת אנרגיית הקרניים. בעולם המודרני, ישנן מלכודות רבות עבור הצרכן בעת בחירת פאנל, שכן התעשייה מציעה מספר רב של מוצרים משולבים תחת שם אחד.

Silicon Solar Cells

מוצרים אלה פופולריים בקרב הצרכנים של היום. סיליקון הוא הבסיס לייצור שלהם. עתודותיו במעמקים נפוצות, והייצור זול יחסית. תאי סיליקון משתווים לטובה ברמות הביצועים של תאים סולאריים אחרים.

סוגי אלמנטים

תאים סולריים סיליקון מיוצרים בסוגים הבאים:

• מונוקריסטלי;
• polycrystalline;
• אמורפי.

צורות ההתקנים שלעיל נבדלות באופן שבו אטומי הסיליקון מסודרים בגביש. ההבדל העיקרי בין האלמנטים הוא האינדיקטור השונה ליעילות ההמרה של אנרגיית האור, שבשני הסוגים הראשונים הוא בערך באותה רמה וחורג מהערכים של מכשירים העשויים מסיליקון אמורפי.

התעשייה של היום מציעה מספר דגמים של לוכדי אור סולאריים. ההבדל ביניהם טמון בציוד המשמש לייצור פאנלים סולאריים. טכנולוגיית הייצור וסוג חומר המוצא משחקים תפקיד.

סוג גביש יחיד

אלמנטים אלה מורכבים מתאי סיליקון המחוברים זה לזה. לפי שיטתו של המדען צ'וקרלסקי, מייצרים סיליקון טהור לחלוטין, ממנו עשויים גבישים בודדים. התהליך הבא הוא חיתוך המוצר הגמר למחצה הקפוא והמוקשה לצלחות בעובי של 250 עד 300 מיקרון. שכבות דקות רוויות ברשת מתכת של אלקטרודות. למרות עלות הייצור הגבוהה, אלמנטים כאלה נמצאים בשימוש נרחב למדי בשל שיעור ההמרה הגבוה (17-22%).

ייצור של אלמנטים רב גבישיים

הטכנולוגיה לייצור תאים סולאריים מפולי-גבישים היא שמסת הסיליקון המותכת מתקררת בהדרגה. הייצור אינו דורש ציוד יקר, ולכן עלות השגת הסיליקון מופחתת.למחסני שמש רב גבישיים יש מקדם יעילות נמוך יותר (11-18%), בניגוד לאלו החד גבישיים. זה מוסבר על ידי העובדה שבמהלך תהליך הקירור, מסת הסיליקון רוויה בבועות גרגיריות זעירות, מה שמוביל לשבירה נוספת של קרניים.

אלמנטים אמורפיים סיליקון

המוצרים מסווגים כסוג מיוחד, שכן השתייכותם לסוג הסיליקון מקורה בשם החומר בו נעשה שימוש, וייצור תאים סולאריים מתבצע באמצעות טכנולוגיית מכשירי סרט. הקריסטל בתהליך הייצור מפנה את מקומו למימן סיליקון או סילון, ששכבה דקה שלו מכסה את המצע. לסוללות יש את ערך היעילות הנמוך ביותר, רק עד 6%. לאלמנטים, למרות חסרון משמעותי, יש מספר יתרונות שאין להכחישה המקנים להם את הזכות לעמוד בשורה אחת עם הסוגים לעיל:

• ערך הקליטה של אופטיקה גבוה פי שניים מזה של כוננים חד-גבישיים ופולי-גבישיים;
• ל-יש עובי שכבה מינימלי של מיקרון אחד בלבד;
• מזג אוויר מעונן אינו משפיע על עבודת המרה קלה, בניגוד למינים אחרים;
• בשל חוזק הכיפוף הגבוה שלו, ניתן להשתמש בו ללא בעיות במקומות קשים.

שלושת סוגי הממירים הסולאריים המתוארים לעיל משלימים על ידי מוצרים היברידיים העשויים מחומרים בעלי תכונות כפולות. מאפיינים כאלה מושגים אם מיקרו-אלמנטים או ננו-חלקיקים כלולים בסיליקון אמורפי. החומר המתקבל דומה לסיליקון פולי-גבישי, אך משווה איתו לטובה על ידי תכונות טכניות חדשות.אינדיקטורים.

חומר גלם לייצור תאים סולאריים מסוג סרט CdTe

בחירת החומר מוכתבת על ידי הצורך להוזיל את עלות הייצור ולשפר את הביצועים בעבודה. קדמיום טלורייד הנפוץ ביותר בשימוש. בשנות ה-70 של המאה הקודמת, CdTe נחשבה למתחרה העיקרית לשימוש בחלל, בתעשייה המודרנית היא מצאה יישום נרחב באנרגיה סולארית.

חומר זה מסווג כרעל מצטבר, ולכן הוויכוח על מזיקתו אינו שוכך. מחקר של מדענים קבע את העובדה שרמת החומרים המזיקים הנכנסים לאטמוספירה מקובלת ואינה פוגעת בסביבה. רמת היעילות היא רק 11%, אך עלות החשמל המומר מתאי שכזה נמוכה ב-20-30% מאשר ממכשירים מסוג סיליקון.

צוברי קרינה עשויים סלניום, נחושת ואינדיום

מוליכים למחצה במכשיר הם נחושת, סלניום ואינדיום, לפעמים מותר להחליף את האחרון בגאליום. זאת בשל הביקוש הרב לאינדיום לייצור מסכים שטוחים. לכן נבחרה אפשרות החלפה זו, מכיוון שלחומרים תכונות דומות. אבל עבור מחוון היעילות, להחלפה יש תפקיד משמעותי, ייצור סוללה סולארית ללא גליום מעלה את יעילות המכשיר ב-14%.

קולטי שמש מבוססי פולימרים

אלמנטים אלה מסווגים כטכנולוגיות צעירות, כפי שהם הופיעו לאחרונה בשוק. מוליכים למחצה אורגניים סופגים אורלהמיר אותו לאנרגיה חשמלית. לייצור משתמשים בפולרנים מקבוצת הפחמן, פוליפנילן, נחושת פתלוציאנין וכו'. כתוצאה מכך מתקבלים סרטים דקים (100 ננומטר) וגמישים, אשר בעבודה נותנים מקדם יעילות של 5-7%. הערך קטן, אבל לייצור של תאים סולאריים גמישים יש כמה נקודות חיוביות:

• הכנתו לא עולה הרבה;
• היכולת להתקין סוללות גמישות בכיפופים שבהם יש חשיבות עליונה לגמישות;
• קלות יחסית ובמחיר סביר של ההתקנה;
• סוללות גמישות ידידותיות לסביבה.

כבישה כימית במהלך הייצור

הסוללה הסולארית היקרה ביותר היא רקיקת סיליקון רב-גבישית או חד-גבישית. לשימוש הרציונלי ביותר של סיליקון, דמויות פסאודו מרובעות נחתכות, אותה צורה מאפשרת לך להניח בחוזקה את הצלחות במודול העתידי. לאחר תהליך החיתוך, נותרות על פני השטח שכבות מיקרוסקופיות של משטח פגום, אשר מוסרות על ידי תחריט ומרקם כדי לשפר את קליטת הקרניים הפוגעות.

המשטח שטופל בדרך זו הוא מיקרופירמידות הממוקמות באופן אקראי, המוחזרות מקצה שלהן, האור נופל על משטחי הצד של בליטות אחרות. הליך ההתרופפות מפחית את רפלקטיביות החומר בכ-25%. תהליך הכבישה מאמץ סדרה של חומציות ובסיסיותעיבוד, אבל זה לא מקובל להפחית מאוד את עובי השכבה, מכיוון שהצלחת אינה עומדת בעיבוד הבא.

מוליכים למחצה בתאים סולאריים

טכנולוגיית ייצור תאים סולריים מניחה שהמושג העיקרי של אלקטרוניקה מוצקה הוא p-n-junction. אם המוליכות האלקטרונית של סוג n ומוליכות החור של סוג p משולבות בצלחת אחת, אז מתרחש צומת p-n בנקודת המגע ביניהם. המאפיין הפיזי העיקרי של הגדרה זו הוא היכולת לשמש מחסום ולהעביר חשמל בכיוון אחד. האפקט הזה הוא שמאפשר לך לבסס את הפעולה המלאה של תאים סולאריים.

כתוצאה מדיפוזיה של זרחן נוצרת בקצות הלוח שכבה מסוג n, שמתבססת על פני היסוד בעומק של 0.5 מיקרון בלבד. ייצור סוללה סולארית מספק חדירה רדודה של נשאים של סימנים מנוגדים, העולים בפעולת האור. דרכם לאזור ההשפעה של צומת p-n חייבת להיות קצרה, אחרת הם יכולים לכבות זה את זה כשהם נפגשים, מבלי לייצר שום כמות חשמל.

שימוש בתחריט פלזמה כימי

לעיצוב הסוללה הסולארית יש משטח קדמי עם סורג מותקן ללכידת זרם וצד אחורי, שהוא מגע מוצק. במהלך תופעת הדיפוזיה נוצר קצר חשמלי בין שני המישורים והוא מועבר עד הסוף.

כדי להסיר את הקצר, הציוד רגילסוללות סולאריות, המאפשרות לעשות זאת בעזרת פלזמה-כימית, תחריט כימית או מכנית, לייזר. לעתים קרובות נעשה שימוש בשיטה של השפעה כימית פלזמה. תחריט מבוצע בו זמנית עבור ערימה של פרוסות סיליקון הנערמות יחד. תוצאת התהליך תלויה במשך הטיפול, הרכב הסוכן, גודל ריבועי החומר, כיוון סילוני זרימת היונים וגורמים נוספים.

יישום ציפוי אנטי-רפלקטיבי

על ידי החלת מרקם על פני השטח של אלמנט, השתקפות מופחתת ל-11%. המשמעות היא שעשירית מהקרניים פשוט מוחזרות מפני השטח ואינן לוקחות חלק ביצירת החשמל. על מנת לצמצם הפסדים כאלה, מוחל ציפוי עם חדירה עמוקה של פעימות אור על הצד הקדמי של האלמנט, שאינו משקף אותם בחזרה. מדענים, תוך התחשבות בחוקי האופטיקה, קובעים את ההרכב והעובי של השכבה, כך שהייצור וההתקנה של פאנלים סולאריים עם ציפוי כזה מפחית את השתקפות עד 2%.

ציפוי מגע בצד הקדמי

פני השטח של האלמנט מיועדים לספוג את כמות הקרינה הגדולה ביותר, דרישה זו היא שקובעת את המאפיינים הממדים והטכניים של רשת המתכת המיושמת. על ידי בחירת העיצוב של הצד הקדמי, המהנדסים פותרים שתי בעיות מנוגדות. הירידה בהפסדים האופטיים מתרחשת עם קווים דקים יותר ומיקומם במרחק גדול אחד מהשני. ייצור סוללה סולארית עם גודל רשת מוגדל מביא לכך שלחלק מהמטענים אין זמן להגיע למגע ואובדים.

לכן, מדענים תקני את ערך המרחק ועובי הקו עבור כל מתכת. רצועות דקות מדי פותחות שטח על פני היסוד כדי לספוג קרניים, אך אינן מוליכות זרם חזק. שיטות מודרניות ליישום מתכת מורכבות מהדפסת מסך. כחומר, משחה המכילה כסף הכי מצדיקה את עצמה. עקב השימוש בו, יעילות האלמנט עולה ב-15-17%.

מתכת בגב המכשיר

השקעת מתכת בגב המכשיר מתרחשת בשתי דרכים, שכל אחת מהן מבצעת את עבודתה. שכבה דקה רציפה על פני כל המשטח, למעט חורים בודדים, מותזת באלומיניום, ואת החורים ממלאים משחה המכילה כסף, המשחקת תפקיד מגע. שכבת האלומיניום המוצקה משמשת כמעין התקן מראה בצד האחורי למטענים חופשיים שיכולים ללכת לאיבוד בקשרי הקריסטל המשתלשלים של הסריג. עם ציפוי כזה, פאנלים סולאריים עובדים 2% יותר בהספק. ביקורות של לקוחות אומרות שאלמנטים כאלה עמידים יותר ואינם מושפעים כל כך ממזג אוויר מעונן.

יצירת פאנלים סולאריים במו ידיכם

מקורות חשמל מהשמש, לא כל אחד יכול להזמין ולהתקין בבית, שכן העלות שלהם היום די גבוהה. לכן, אומנים ואומנים רבים שולטים בייצור של פאנלים סולאריים בבית.

ניתן לקנות סטים של תאי פוטו להרכבה עצמית באינטרנט באתרים שונים. העלות שלהםתלוי במספר הצלחות בשימוש ובכוח. לדוגמה, ערכות הספק נמוך, מ-63 עד 76 ואט עם 36 צלחות, עולות 2350-2560 רובל. בהתאמה. פריטי עבודה שנדחו מפסי ייצור מכל סיבה שהיא נרכשים גם כאן.

בבחירת סוג הממיר הפוטו-וולטאי, קחו בחשבון את העובדה שתאים רב גבישיים עמידים יותר למזג אוויר מעונן ופועלים בצורה יעילה יותר מאלו החד גבישיים, אך בעלי חיי שירות קצרים יותר. מונו-גבישים יעילים יותר במזג אוויר שטוף שמש ויחזיקו מעמד הרבה יותר זמן.

כדי לארגן את ייצור הפאנלים הסולאריים בבית, צריך לחשב את העומס הכולל של כל המכשירים שיופעלו על ידי הממיר העתידי, ולקבוע את הספק המכשיר. מכאן עוקב מספר תאי הפוטו, תוך התחשבות בזווית הנטייה של הפאנל. יש בעלי מלאכה שמספקים אפשרות לשנות את מיקום מישור הצבירה בהתאם לגובה היפוך, ובחורף - לפי עובי השלג שירד.

ליצור המארז נעשה שימוש בחומרים שונים. לרוב הם שמים פינות אלומיניום או נירוסטה, משתמשים בדיקט, סיבית וכו'. החלק השקוף עשוי מזכוכית אורגנית או רגילה. במכירה ישנם תאי פוטו עם מוליכים שכבר מולחמים, עדיף לקנות כאלה, מכיוון שמשימת ההרכבה פשוטה. הצלחות אינן מוערמות אחת על גבי השנייה - התחתונות יכולות לתת סדקים. הלחמה ושטף מיושמים מראש.נוח יותר להלחים את האלמנטים על ידי הנחתם מיד בצד העבודה. בסוף מרותכים לצמיגים את הלוחות הקיצוניים (מוליכים רחבים יותר), ולאחר מכן יוצאים ה"מינוס" וה"פלוס"

לאחר ביצוע העבודה, הפאנל נבדק ואטום. אומנים זרים משתמשים בתרכובות בשביל זה, אבל עבור האומנים שלנו הם די יקרים. מתמרים תוצרת בית אטומים בסיליקון, והצד האחורי מצופה בלכה על בסיס אקריליק.

לסיכום, יש לומר שהביקורות של המאסטרים שיצרו פאנלים סולאריים במו ידיהם תמיד חיוביות. לאחר שהוציאו כסף על ייצור והתקנה של הממיר, המשפחה משלמת עבורם במהירות ומתחילה לחסוך בשימוש באנרגיה בחינם.