Как выглядит технология производства солнечных батарей?
В мире наблюдается постоянный рост потребления электроэнергии, а запасы традиционных источников энергии уменьшаются. Поэтому постепенно растёт спрос на оборудование, которые вырабатывает электричество, используя нетрадиционные источники сырья. Одним из наиболее распространённых способов получения электричества являются солнечные батареи, работающие от энергии солнца. В их составе работают фотоэлектрические элементы, свойства которых позволяют преобразовывать солнечное излучение в электрический ток. Для их изготовления используется один из самых распространённых на Земле химических элементов – кремний. В этом материале мы поговорим о том, как кремний превращается в фотоэлектрические элементы. Проще говоря, мы рассмотрим, что представляет собой производство солнечных батарей, и какое оборудование для этого требуется.
Содержание статьи
Технология производства солнечных батарей
В сфере производства солнечных батарей уже сформировался довольно большой рынок, на котором присутствуют крупные компании. Здесь уже вращаются миллионы долларов и есть бренды, заработавшие репутацию производителей качественной продукции. Имеется в виду как мировой рынок, так и российский. Технологии, положенные в основу производства солнечных батарей, совершенствуются по мере развития научных исследований в этом направлении. Сейчас выпускаются солнечные батареи самых разных размеров и назначения. Есть совсем маленькие, используемые в калькуляторах и часах на солнечной батарее. А есть крупные панели, применяемые в гелиосистемах и солнечных электростанциях. Один фотоэлемент имеет небольшую мощность и вырабатывает совсем небольшой ток. Поэтому их объединяют в солнечные модули. Теперь рассмотрим, как производятся фотоэлементы.
Производство фотоэлементов
Вернуться к содержанию
Производство фотоэлементов
Прежде всего, стоит сказать, что на выходе производители получают три вида фотоэлементов:
- Монокристаллические;
- Поликристаллические;
- Из аморфного кремния.
Монокристаллические пластины солнечных элементов можно визуально отличить по однородности расцветки. При их производстве из исходного сырья (кремния) в результате температурной плавки получают слиток монокристаллического кремния. Он имеет высокую степень чистоты и однородность кристаллической решётки.
Поликристаллические элементы производятся проще. При их создании нет цели вырастить слиток из одного кристалла и добиться высокой однородности структуры. Они имеют меньшую стоимость, но расплачиваются за это меньшим КПД. Визуально их можно отличить по неоднородной расцветке.
И ещё один тип фотоэлементов выполняются из аморфного кремния. Для получения некоторых характеристик в него добавляют различные микроэлементы и наночастицы. Производство из этого типа кремния в основном ориентировано на выпуск гибких солнечных батарей. Этот тип панелей имеет самый низкий КПД.
В результате температурной обработки кремния получают бруски цилиндрической формы. Из него нарезают пластины малой толщины. В результате этой операции на поверхности пластин появляются повреждения, которые удаляются травлением и текстурированием. Это необходимо для того, чтобы улучшить поглощение светового излучения. После такой обработки на поверхности кремниевых пластин образуются микроскопические пирамиды, расположенные хаотичным образом. При попадании на них свет отражается на боковые поверхности других таких пирамид. Разрыхление текстуры снижает отражающую способность примерно на четверть. Сам процесс травления представляет собой ряд последовательных обработок щелочами и кислотами. Как говорят, специалисты, здесь нельзя перестараться и протравить лишнего. Слой тонкий и пластина может оказаться непригодной для дальнейшего использования.
Технология производства солнечных фотоэлементов
Сама технология производства фотоэлементов основана на использовании p-n перехода. В пластине фотоэлемента совмещается дырочная и электронная проводимость, p и n-типа, соответственно. Такая конструкция имеет свойства быть барьером и пропускания электрического тока в одном направлении. На этом и основана работа солнечных батарей.
Для укладки на кремниевую пластину полупроводника n-типа на производстве используется фосфорная диффузия. Этот слой находится у поверхности пластины, уходя в глубину примерно на 0,5 мкм. В результате под действием солнечного света носители заряда противоположного знака проникают на небольшую глубину. Это сделано специально для того, чтобы путь к зоне p-n перехода быть максимально быстрым. В противном случае они могут погасить друг друга при встрече. В этом случае они не генерируют электрического тока, а значит, расходуются впустую.
В результате диффузии происходит замыкание между лицевой поверхностью пластины с решёткой для съёма тока и обратной стороной, являющейся сплошным контактом. Для удаления этого замыкания применяются различные технологии. Это может быть плазмохимическое или химическое травление. И также это может выполняться лазером или механическим способом. С помощью плазмохимического травления замыкание удаляется сразу для стопки кремниевых пластин. Результат этой процедуры во многом зависит от времени обработки, химического состава, площади поверхности элементов и многих других факторов.
Поверхность фотоэлементов
Затем на поверхность пластины наносится текстура для уменьшения отражения. Если этого не сделать, то 10% солнечных лучей отразятся и не будут принимать участия в генерации электрического тока. Покрытие используется для глубокого проникновения света, которое препятствует их отражению обратно.
При создании металлизированной сетки с лицевой стороны пластин представляет собой сложную задачу. С одной стороны минимум оптических потерь достигается, если линии сетки тонкие и расположены на существенном расстоянии друг от друга. Если сделать сетку больше, то часть зарядов не будет достигать контакта и будут теряться вхолостую. С другой стороны, если полосы сетки будут слишком тонкими, то пространства для поглощения света будет много.
Но тонкие линии не могут проводить большой ток. Поэтому ищется «золота середина». Есть стандартизированные значения размеров линий и расстояния между ними для различных металлов. Технология металлизация основана на трафаретном печатании. В качестве материала чаще всего используется паста с содержанием серебра. Благодаря её использованию КПД пластин может быть увеличен до 15 процентов.
Теперь, давайте, рассмотрим производство солнечных батарей на этапе сборки их из полученных фотоэлементов.
Вернуться к содержанию
Производство солнечных батарей
Производство солнечных батарей можно разделить на следующие основные этапы:
- Тестирование. На этом этапе проводится замер электрических характеристик. Для этого используются вспышки мощных ксеноновых ламп. На основании результатов испытаний фотоэлементы сортируют и направляют на следующую стадию производства;
- На второй стадии производства выполняется пайка элементов в секции. Из них формируются секции на стеклянной подложке. Собранные секции переносятся на стекло с помощью вакуумных захватов. Это обязательное требование для исключения механического или иного воздействия на поверхность пластин. Блоки обычно включают в себя 4─6 секций. Секции, в свою очередь, состоят из 9─10 фотоэлектрических панелей;
- Следующий этап производства – ламинирование. Соединённые с помощью пайки блоки фотоэлементов ламинируют при помощи этиленвинилацетатной плёнки. А также наносится специальное защитное покрытие. Все это делается на оборудовании с ЧПУ. Компьютер следит за такими характеристиками, как давление, температура и др. В зависимости от используемого материала, параметры ламинирования можно изменять;
- И завершающий этап заключается в изготовлении рамки из алюминиевого профиля и специальной соединительной коробки. Чтобы обеспечить надёжность соединения применяют клей-герметик. На этом же этапе производства проводится тестирование солнечных батарей. При этом измеряются токи короткого замыкания, выдаваемые напряжение (рабочее и холостого хода), сила тока.
Вернуться к содержанию
Используемое оборудование
Солидные производители используют при производстве солнечных батарей современное оборудование с программным управлением. Такой подход обеспечивает минимальную погрешность и разброс параметров собираемых солнечных батарей. Кроме того, компьютерное оборудование позволяет проводить более точное и полное тестирование. В результате уменьшается количество брака и увеличивается срок службы батарей.
Оборудование для производства солнечных батарей
Давайте, перечислим оборудование, используемое для производства.
- Столы для перемещения сборок. На этих столах выполняется обрезка, укладка элементов, присоединение соединительной коробки и так далее. Подобные столы имеют неметаллические шарики на поверхности столешницы. Это даёт возможность легко перемещать сборки и не повреждать элементы;
- Ламинатор. Это оборудование используется для ламинации и все параметры настраиваются в специальном программном обеспечении для автоматической работы. Хотя возможен и ручной режим работы;
- Инструмент для резки ячеек. Резка выполняется с помощью волоконного лазера. Параметры также задаются программным путём;
- Оборудование для чистки стеклянных подложек. Процедура проходит в несколько этапов. Сначала используются нейлоновые щётки и моющее средство. Затем проводится поэтапное полоскание деионизированной водой. После этого проводится сушка горячим и холодным воздухом.
Вернуться к содержанию
Крупные производители солнечных батарей
Производство солнечных панелей и готовых гелиосистем является прибыльным и перспективным делом. Число приобретаемых батарей растёт из года в год. В результате имеется постоянный рынок сбыта, на который обращают внимание многие крупные производители.
В первую очередь этот рынок осваивают фирмы из Китая. Низкой стоимостью они выдавливают с рынка все остальные компании. Так, из-за китайской экспансии были вынуждены свернуть производство четыре немецкие компании среднего размера, а также один американский производитель. Работы в этом направлении закрыли Сименс и Бош. Результат закономерен, поскольку солнечные батареи, сделанные в Китае, стоят в два раза европейской и американской продукции.
Производители солнечных батарей
Среди мировых производителей можно назвать следующие крупные компании, выпускающие солнечные батареи:
- Yingli Green Energy. Ежегодно компания выпускает солнечных батарей общей мощностью 2 гигаватта. Они выпускают батареи из монокристаллических и поликристаллических элементов;
- First Solar. Они были вынуждены закрыть предприятие в Германии, но всё равно являются одними из самых крупных в мире. Выпускают панелей в год общей мощностью 3,5 гигаватт;
- Suntech Power Ко. Это китайский гигант, производящий продукции на 1,8 гигаватт. Их производственные мощности находятся в восьмидесяти странах мира.
Солнечные батареи российского производства выпускают следующие компании:
- ООО «Хевел» (Новочебоксарск);
- «Телеком-СТВ» (Зеленоград);
- ЗАО «Термотрон-завод»;
- ОАО «Рязанский завод металлокерамических приборов» (Рязань).
В странах бывшего СССР также можно встретить немало производств. К примеру, в Астане. Причём для производства используется местный кремний. При строительстве на предприятии было установлено современное оборудование. Аналогичное предприятие собираются построить в Узбекистане. Причём строительство также ведут китайские производители.
Вернуться к содержанию
Опрос
Загрузка ...
Если статья оказалась для вас полезной, распространите ссылку на неё в социальных сетях. Это поможет развитию сайта. Голосуйте в опросе ниже и оценивайте материал! Исправления и дополнения к статье оставляйте в комментариях.
Вернуться к содержанию
(голосов: 3, в среднем: 5,00 из 5)
Загрузка...
Солнечные батареи крупного размера, как и солнечные коллекторы, широко используются в тропических и субтропических регионах с большим количеством солнечных дней. Особенно популярны в странах Средиземноморья , где их помещают на крышах домов.