Zonnebatterijproductie: technologie en apparatuur

2024 Auteur: Howard Calhoun | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2023-12-17 10:36

De mensheid probeert over te schakelen op alternatieve elektriciteitsbronnen die helpen het milieu schoon te houden en de kosten van energieopwekking te verlagen. De productie van zonnebatterijen is een moderne industriële methode. Het voedingssysteem omvat zonne-ontvangers, batterijen, controllers, omvormers en andere apparaten die zijn ontworpen voor specifieke functies.

De zonnebatterij is het belangrijkste element van waaruit de accumulatie en omzetting van straalenergie begint. In de moderne wereld zijn er veel valkuilen voor de consument bij het kiezen van een paneel, aangezien de industrie een groot aantal producten aanbiedt die onder één naam zijn gecombineerd.

Silicium zonnecellen

Deze producten zijn populair bij de hedendaagse consument. Silicium is de basis voor hun vervaardiging. De reserves in de diepten zijn wijdverbreid en de productie is relatief goedkoop. Siliciumcellen steken gunstig af in prestatieniveaus met andere zonnecellen.

Soorten elementen

Silicium zonnecellen worden vervaardigd in de volgende typen:

• monokristallijn;
• polykristallijn;
• amorf.

De bovenstaande vormen van apparaten verschillen in hoe de siliciumatomen in het kristal zijn gerangschikt. Het belangrijkste verschil tussen de elementen is de verschillende indicator van de efficiëntie van de omzetting van lichtenergie, die voor de eerste twee typen ongeveer op hetzelfde niveau ligt en de waarden overschrijdt voor apparaten gemaakt van amorf silicium.

De huidige industrie biedt verschillende modellen van zonne-lichtvangers. Hun verschil zit in de apparatuur die wordt gebruikt voor de productie van zonnepanelen. De fabricagetechnologie en het type uitgangsmateriaal spelen een rol.

Enkel krist altype

Deze elementen bestaan uit aan elkaar bevestigde siliconencellen. Volgens de methode van de wetenschapper Czochralski wordt absoluut puur silicium geproduceerd, waaruit eenkristallen worden gemaakt. Het volgende proces is het versnijden van het bevroren en uitgeharde halffabrikaat tot platen met een dikte van 250 tot 300 micron. Dunne lagen zijn verzadigd met een metalen rooster van elektroden. Ondanks de hoge productiekosten worden dergelijke elementen vrij veel gebruikt vanwege de hoge conversieratio (17-22%).

Productie van polykristallijne elementen

De technologie voor de productie van zonnecellen uit polykristallen is dat de gesmolten siliciummassa geleidelijk wordt afgekoeld. De productie vereist geen dure apparatuur, daarom worden de kosten voor het verkrijgen van silicium verlaagd. Polykristallijne zonneboilers hebben een lagere efficiëntiefactor (11-18%), in tegenstelling tot monokristallijne. Dit wordt verklaard door het feit dat tijdens het koelproces de massa van silicium verzadigd is met kleine korrelige belletjes, wat leidt tot extra breking van stralen.

Amorfe siliciumelementen

Producten worden geclassificeerd als een speciaal type, omdat hun behorend tot het siliciumtype afkomstig is van de naam van het gebruikte materiaal, en de productie van zonnecellen wordt uitgevoerd met behulp van filmapparaattechnologie. Het kristal in het productieproces maakt plaats voor siliciumwaterstof of silon, waarvan een dunne laag het substraat bedekt. Batterijen hebben de laagste efficiëntiewaarde, slechts tot 6%. Elementen hebben, ondanks een aanzienlijk nadeel, een aantal onmiskenbare voordelen die hen het recht geven om in overeenstemming te zijn met de bovenstaande typen:

• absorptiewaarde van optica is twee dozijn keer hoger dan die van monokristallijne en polykristallijne aandrijvingen;
• heeft een minimale laagdikte van slechts 1 micron;
• bewolkt weer heeft geen invloed op lichtconversiewerk, in tegenstelling tot andere soorten;
• door zijn hoge buigsterkte kan het zonder problemen op moeilijke plaatsen worden gebruikt.

De drie hierboven beschreven typen zonne-omvormers worden aangevuld met hybride producten gemaakt van materialen met dubbele eigenschappen. Dergelijke eigenschappen worden bereikt als micro-elementen of nanodeeltjes worden opgenomen in amorf silicium. Het resulterende materiaal is vergelijkbaar met polykristallijn silicium, maar steekt er gunstig mee af door nieuwe technische kenmerken.indicatoren.

Grondstof voor de productie van CdTe-filmachtige zonnecellen

De materiaalkeuze wordt bepaald door de noodzaak om de productiekosten te verlagen en de prestaties op het werk te verbeteren. Het meest gebruikte lichtabsorberende cadmiumtelluride. In de jaren 70 van de vorige eeuw werd CdTe beschouwd als de belangrijkste concurrent voor ruimtegebruik, in de moderne industrie heeft het een brede toepassing gevonden in zonne-energie.

Dit materiaal is geclassificeerd als een cumulatief gif, dus het debat over de schadelijkheid ervan houdt niet op. Onderzoek door wetenschappers heeft aangetoond dat het niveau van schadelijke stoffen dat in de atmosfeer terechtkomt acceptabel is en het milieu niet schaadt. Het efficiëntieniveau is slechts 11%, maar de kosten van geconverteerde elektriciteit uit dergelijke cellen zijn 20-30% lager dan die van apparaten van het siliciumtype.

Stralenaccumulatoren gemaakt van selenium, koper en indium

Halfgeleiders in het apparaat zijn koper, selenium en indium, soms is het toegestaan om dit laatste te vervangen door gallium. Dit komt door de grote vraag naar indium voor de productie van platte monitoren. Daarom is voor deze vervangingsoptie gekozen, omdat de materialen vergelijkbare eigenschappen hebben. Maar voor de efficiëntie-indicator speelt vervanging een belangrijke rol, de productie van een zonnebatterij zonder gallium verhoogt de efficiëntie van het apparaat met 14%.

Op polymeren gebaseerde zonnecollectoren

Deze elementen worden geclassificeerd als jonge technologieën, zoals ze onlangs op de markt zijn verschenen. Organische halfgeleiders absorberen lichtom het om te zetten in elektrische energie. Voor de productie worden fullerenen van de koolstofgroep, polyfenyleen, koperftalocyanine, enz. gebruikt. Als resultaat worden dunne (100 nm) en flexibele films verkregen, die tijdens het werk een efficiëntiecoëfficiënt van 5-7% geven. De waarde is klein, maar de productie van flexibele zonnecellen heeft meerdere positieve punten:

• Het kost niet veel om te maken;
• de mogelijkheid om flexibele batterijen te installeren in bochten waar elasticiteit van het grootste belang is;
• relatief gemak en betaalbaarheid van installatie;
• flexibele batterijen zijn milieuvriendelijk.

Chemische beitsen tijdens productie

De duurste zonnebatterij is een multikristallijne of monokristallijne siliciumwafel. Voor het meest rationele gebruik van silicium worden pseudo-vierkante figuren gesneden, met dezelfde vorm kunt u de platen strak in de toekomstige module leggen. Na het snijproces blijven er microscopisch kleine lagen beschadigd oppervlak op het oppervlak achter, die worden verwijderd door etsen en textureren om de ontvangst van invallende stralen te verbeteren.

Het op deze manier behandelde oppervlak is een willekeurig geplaatste micropiramide, gereflecteerd vanaf de rand waarvan het licht op de zijvlakken van andere uitsteeksels v alt. De losprocedure vermindert de reflectiviteit van het materiaal met ongeveer 25%. Het beitsproces keurt een reeks zure en alkalische producten goedverwerking, maar het is onaanvaardbaar om de dikte van de laag aanzienlijk te verminderen, omdat de plaat niet bestand is tegen de volgende verwerking.

Halfgeleiders in zonnecellen

De technologie voor de productie van zonnecellen gaat ervan uit dat het belangrijkste concept van vaste elektronica p-n-junctie is. Als de elektronische geleidbaarheid van het n-type en de gatengeleidbaarheid van het p-type worden gecombineerd in één plaat, dan ontstaat er een pn-overgang op het contactpunt daartussen. De belangrijkste fysieke eigenschap van deze definitie is het vermogen om als een barrière te dienen en elektriciteit in één richting door te laten. Met dit effect kunt u de volledige werking van zonnecellen vaststellen.

Als gevolg van fosfordiffusie wordt aan de uiteinden van de plaat een n-type laag gevormd, die zich op het oppervlak van het element op een diepte van slechts 0,5 micron bevindt. De productie van een zonnebatterij zorgt voor een ondiepe penetratie van dragers van tegengestelde tekens, die ontstaan onder invloed van licht. Hun pad naar de invloedszone van de p-n-junctie moet kort zijn, anders kunnen ze elkaar doven wanneer ze elkaar ontmoeten, zonder enige hoeveelheid elektriciteit op te wekken.

Gebruik van plasma-chemisch etsen

Het ontwerp van de zonnebatterij heeft een voorkant met een geïnstalleerd rooster voor stroomopname en een achterkant, die een stevig contact is. Tijdens het diffusiefenomeen treedt een elektrische kortsluiting op tussen de twee vlakken en wordt deze naar het einde overgedragen.

Om de kortsluiting te verwijderen, wordt apparatuur gebruikt omzonnebatterijen, waarmee u dit kunt doen met behulp van plasma-chemisch, chemisch etsen of mechanisch, laser. Vaak wordt de methode van plasmachemische beïnvloeding gebruikt. Het etsen wordt gelijktijdig uitgevoerd voor een stapel siliciumwafels die op elkaar zijn gestapeld. Het resultaat van het proces hangt af van de duur van de behandeling, de samenstelling van het middel, de grootte van de vierkanten van het materiaal, de richting van de ionenstroomstralen en andere factoren.

Toepassing van antireflectiecoating

Door een textuur op het oppervlak van een element aan te brengen, wordt reflectie verminderd tot 11%. Dit betekent dat een tiende van de stralen eenvoudig door het oppervlak wordt gereflecteerd en niet deelneemt aan de vorming van elektriciteit. Om dergelijke verliezen te verminderen, wordt een coating met diepe penetratie van lichtpulsen aangebracht op de voorkant van het element, die ze niet terugkaatst. Wetenschappers bepalen, rekening houdend met de wetten van de optica, de samenstelling en dikte van de laag, dus de productie en installatie van zonnepanelen met een dergelijke coating vermindert reflectie tot 2%.

Contactbeplating aan de voorkant

Het oppervlak van het element is ontworpen om de grootste hoeveelheid straling te absorberen, het is deze vereiste die de dimensionale en technische kenmerken van het toegepaste metalen gaas bepa alt. Door het ontwerp van de voorkant te kiezen, lossen ingenieurs twee tegengestelde problemen op. De afname van optische verliezen treedt op bij dunnere lijnen en hun ligging op grote afstand van elkaar. De productie van een zonnebatterij met een grotere netgrootte leidt ertoe dat sommige ladingen geen tijd hebben om contact te maken en verloren gaan.

Daarom hebben wetenschappers de waarde van de afstand en lijndikte voor elk metaal gestandaardiseerd. Te dunne stroken openen ruimte op het oppervlak van het element om stralen te absorberen, maar geleiden geen sterke stroom. Moderne methoden voor het toepassen van metallisatie bestaan uit zeefdruk. Als materiaal rechtvaardigt zilverbevattende pasta zichzelf het meest. Door het gebruik stijgt het rendement van het element met 15-17%.

Metallisatie op de achterkant van het apparaat

Het afzetten van metaal op de achterkant van het apparaat gebeurt op twee manieren, die elk hun eigen werk doen. Een doorlopende dunne laag over het gehele oppervlak, met uitzondering van individuele gaatjes, wordt bespoten met aluminium, en de gaatjes worden opgevuld met zilverhoudende pasta, die een contactrol speelt. De massieve aluminiumlaag dient als een soort spiegelapparaat aan de achterzijde voor gratis ladingen die verloren kunnen gaan in de bungelende kristalbindingen van het rooster. Met zo'n coating werken zonnepanelen 2% meer aan vermogen. Klantrecensies zeggen dat dergelijke elementen duurzamer zijn en niet zo worden beïnvloed door bewolkt weer.

Zonnepanelen maken met je eigen handen

Stroombronnen van de zon, niet iedereen kan thuis bestellen en installeren, aangezien hun kosten tegenwoordig vrij hoog zijn. Daarom beheersen veel ambachtslieden en ambachtslieden de productie van zonnepanelen thuis.

Je kunt op internet op verschillende sites sets fotocellen kopen voor zelfmontage. hun kostenhangt af van het aantal gebruikte platen en het vermogen. Kits met laag vermogen, van 63 tot 76 W met 36 platen, kosten bijvoorbeeld 2350-2560 roebel. respectievelijk. Werkitems die om welke reden dan ook van productielijnen worden afgewezen, worden hier ook gekocht.

Houd er bij het kiezen van het type fotovoltaïsche omvormer rekening mee dat polykristallijne cellen beter bestand zijn tegen bewolkt weer en efficiënter werken dan monokristallijne cellen, maar een kortere levensduur hebben. Monokristallijne zijn efficiënter bij zonnig weer en gaan veel langer mee.

Om de productie van zonnepanelen thuis te organiseren, moet u de totale belasting berekenen van alle apparaten die door de toekomstige omvormer van stroom zullen worden voorzien en het vermogen van het apparaat bepalen. Vanaf hier volgt het aantal fotocellen, rekening houdend met de hellingshoek van het paneel. Sommige ambachtslieden bieden de mogelijkheid om de positie van het accumulatievlak te veranderen, afhankelijk van de hoogte van de zonnewende en in de winter - van de dikte van de sneeuw die is gevallen.

Er zijn verschillende materialen gebruikt om de koffer te maken. Meestal plaatsen ze aluminium of roestvrijstalen hoeken, gebruiken ze multiplex, spaanplaat, enz. Het transparante deel is gemaakt van organisch of gewoon glas. In de uitverkoop zijn er fotocellen met reeds gesoldeerde geleiders, het verdient de voorkeur om dergelijke te kopen, omdat de montagetaak is vereenvoudigd. De platen worden niet op elkaar gestapeld - de onderste kunnen microscheurtjes geven. Soldeer en flux zijn vooraf aangebracht. Het is handiger om de elementen te solderen door ze direct aan de werkende kant te plaatsen. Aan het einde worden de extreme platen aan de banden gelast (bredere geleiders), waarna de "min" en "plus" worden uitgevoerd.

Nadat het werk is gedaan, wordt het paneel getest en verzegeld. Buitenlandse vakmensen gebruiken hiervoor compounds, maar voor onze vakmensen zijn ze vrij duur. Zelfgemaakte transducers zijn verzegeld met siliconen en de achterkant is bedekt met vernis op acrylbasis.

Concluderend moet gezegd worden dat de beoordelingen van de meesters die zonnepanelen met hun eigen handen hebben gemaakt altijd positief zijn. Nadat ze geld hebben uitgegeven aan de productie en installatie van de converter, beta alt de familie ze snel terug en begint ze te besparen met gratis energie.