Quyosh batareyasi ishlab chiqarish: texnologiya va uskunalar

2024 Muallif: Howard Calhoun | [email protected]. Oxirgi o'zgartirilgan: 2023-12-17 10:44

Insoniyat atrof-muhitni toza saqlash va energiya ishlab chiqarish xarajatlarini kamaytirishga yordam beradigan elektr ta'minotining muqobil manbalariga o'tishga intilmoqda. Quyosh batareyasini ishlab chiqarish zamonaviy sanoat usuli hisoblanadi. Elektr ta'minoti tizimi quyosh qabul qiluvchilar, batareyalar, kontrollerlar, invertorlar va muayyan funktsiyalar uchun mo'ljallangan boshqa qurilmalarni o'z ichiga oladi.

Quyosh batareyasi nur energiyasining to'planishi va konversiyasi boshlanadigan asosiy elementdir. Zamonaviy dunyoda panelni tanlashda iste'molchi uchun ko'plab tuzoqlar mavjud, chunki sanoat bir nom ostida birlashtirilgan ko'plab mahsulotlarni taklif qiladi.

Kremniy quyosh xujayralari

Bu mahsulotlar hozirgi iste'molchilar orasida mashhur. Kremniy ularni ishlab chiqarish uchun asosdir. Uning chuqurlikdagi zahiralari keng tarqalgan va ishlab chiqarish nisbatan arzon. Silikon xujayralari boshqa quyosh batareyalari bilan ishlash darajasida yaxshi solishtiriladi.

Elementlar turlari

Kremniy quyosh batareyalari quyidagi turlarda ishlab chiqariladi:

• monokristalli;
• polikristal;
• amorf.

Yuqoridagi qurilmalar shakllari kremniy atomlarining kristallda joylashishi bilan farqlanadi. Elementlar orasidagi asosiy farq yorug'lik energiyasini konvertatsiya qilish samaradorligining turli ko'rsatkichidir, bu birinchi ikki tur uchun taxminan bir xil darajada va amorf kremniydan tayyorlangan qurilmalar uchun qiymatlardan oshib ketadi.

Bugungi sanoat quyosh nuri ushlagichlarining bir nechta modellarini taklif etadi. Ularning farqi quyosh panellarini ishlab chiqarish uchun ishlatiladigan uskunalardadir. Ishlab chiqarish texnologiyasi va boshlang'ich material turi muhim rol o'ynaydi.

Yagona kristalli turi

Bu elementlar bir-biriga mahkamlangan silikon hujayralardan iborat. Olim CHoxralskiy usuliga ko'ra mutlaqo sof kremniy olinadi, undan monokristallar olinadi. Keyingi jarayon muzlatilgan va qotib qolgan yarim tayyor mahsulotni qalinligi 250 dan 300 mikrongacha bo'lgan plitalarga kesishdir. Yupqa qatlamlar elektrodlarning metall panjarasi bilan to'yingan. Ishlab chiqarishning yuqori narxiga qaramay, bunday elementlar yuqori konversiya tezligi (17-22%) tufayli juda keng qo'llaniladi.

Polikristal elementlar ishlab chiqarish

Polikristallardan quyosh batareyalarini ishlab chiqarish texnologiyasi shundan iboratki, eritilgan kremniy massasi asta-sekin sovutiladi. Ishlab chiqarish qimmat uskunalarni talab qilmaydi, shuning uchun kremniy olish narxi kamayadi. Polikristal quyosh omborlari monokristallilardan farqli o'laroq, unumdorlik koeffitsienti pastroq (11-18%). Bu sovutish jarayonida kremniy massasi mayda donador pufakchalar bilan to‘yinganligi bilan izohlanadi, bu esa nurlarning qo‘shimcha sinishiga olib keladi.

Amorf kremniy elementlari

Mahsulotlar maxsus tur sifatida tasniflanadi, chunki ularning kremniy turiga tegishliligi ishlatiladigan material nomidan kelib chiqadi va quyosh batareyalarini ishlab chiqarish plyonkali qurilma texnologiyasi yordamida amalga oshiriladi. Ishlab chiqarish jarayonida kristall kremniy vodorod yoki silonga yo'l beradi, uning yupqa qatlami substratni qoplaydi. Batareyalar eng past samaradorlik qiymatiga ega, faqat 6% gacha. Elementlar, muhim kamchilikka qaramay, bir qator shubhasiz afzalliklarga ega bo'lib, ularga yuqoridagi turlarga mos kelish huquqini beradi:

• optikaning yutilish qiymati monokristal va polikristal drayvlarga qaraganda ikki o'n baravar yuqori;
• minimal qatlam qalinligi atigi 1 mikron;
• bulutli ob-havo boshqa turlardan farqli ravishda yorugʻlikni oʻzgartirishga taʼsir qilmaydi;
• yuqori egilish kuchi tufayli uni qiyin joylarda muammosiz ishlatish mumkin.

Yuqorida tavsiflangan uchta turdagi quyosh konvertorlari ikki xil xususiyatga ega materiallardan tayyorlangan gibrid mahsulotlar bilan to'ldiriladi. Bunday xususiyatlarga mikroelementlar yoki nanozarrachalar amorf kremniy tarkibiga kirsa erishiladi. Olingan material polikristalli kremniyga o'xshaydi, lekin u bilan yangi texnik xususiyatlar bilan ijobiy taqqoslanadi.ko'rsatkichlar.

CdTe plyonkali quyosh batareyalarini ishlab chiqarish uchun xom ashyo

Materialni tanlash ishlab chiqarish tannarxini pasaytirish va ish samaradorligini oshirish zarurati bilan belgilanadi. Eng ko'p ishlatiladigan yorug'lik yutuvchi kadmiy tellurid. O'tgan asrning 70-yillarida CdTe kosmik foydalanish uchun asosiy da'vogar hisoblangan, zamonaviy sanoatda u quyosh energiyasida keng qo'llanilishini topdi.

Ushbu material kümülatif zahar sifatida tasniflanadi, shuning uchun uning zararli ekanligi haqidagi bahslar to'xtamaydi. Olimlar tomonidan olib borilgan tadqiqotlar shuni ko'rsatdiki, atmosferaga kiradigan zararli moddalar darajasi maqbul va atrof-muhitga zarar etkazmaydi. Samaradorlik darajasi bor-yo'g'i 11% ni tashkil qiladi, ammo bunday hujayralardan aylantirilgan elektr energiyasining narxi kremniy tipidagi qurilmalarga qaraganda 20-30% past.

Selen, mis va indiydan tayyorlangan nurli akkumulyatorlar

Uskunadagi yarimo'tkazgichlar mis, selen va indiy bo'lib, ba'zida ikkinchisini galiy bilan almashtirishga ruxsat beriladi. Bu tekis tipdagi monitorlar ishlab chiqarish uchun indiyga bo'lgan yuqori talab bilan bog'liq. Shuning uchun, ushbu almashtirish varianti tanlangan, chunki materiallar o'xshash xususiyatlarga ega. Ammo samaradorlik ko'rsatkichi uchun almashtirish muhim rol o'ynaydi, galyumsiz quyosh batareyasini ishlab chiqarish qurilmaning samaradorligini 14% ga oshiradi.

Polimer asosidagi quyosh kollektorlari

Bu elementlar bozorda yaqinda paydo boʻlgani uchun yosh texnologiyalar sifatida tasniflanadi. Organik yarim o'tkazgichlar yorug'likni yutadiuni elektr energiyasiga aylantirish uchun. Ishlab chiqarish uchun uglerod guruhining fullerenlari, polifenilen, mis ftalosiyanin va boshqalar ishlatiladi. Natijada yupqa (100 nm) va egiluvchan plyonkalar olinadi, ular ishda 5-7% samaradorlik koeffitsientini beradi. Qiymat kichik, lekin moslashuvchan quyosh batareyalarini ishlab chiqarish bir nechta ijobiy nuqtalarga ega:

• Buni tayyorlash juda qimmatga tushmaydi;
• egiluvchanlik muhim boʻlgan egilishlarda egiluvchan batareyalarni oʻrnatish imkoniyati;
• o'rnatishning nisbatan qulayligi va arzonligi;
• moslashuvchan batareyalar ekologik toza.

Ishlab chiqarish vaqtida kimyoviy tuzlash

Eng qimmat quyosh batareyasi koʻp kristalli yoki monokristalli kremniy gofretdir. Silikondan eng oqilona foydalanish uchun psevdo-kvadrat raqamlar kesiladi, bir xil shakl kelajakdagi modulda plitalarni mahkam yotqizish imkonini beradi. Kesish jarayonidan so'ng, shikastlangan yuzaning mikroskopik qatlamlari yuzada qoladi, ular tushgan nurlarni qabul qilishni yaxshilash uchun silliqlash va teksturalash orqali chiqariladi.

Shu tarzda ishlov berilgan sirt tasodifiy joylashgan mikropiramidalar bo'lib, uning chetidan aks ettiriladi, yorug'lik boshqa o'simtalarning yon yuzalariga tushadi. Bo'shatish jarayoni materialning aks ettirish qobiliyatini taxminan 25% ga kamaytiradi. Tuzlash jarayoni kislotali va gidroksidi bir qator qabul qiladiqayta ishlash, lekin qatlam qalinligini sezilarli darajada kamaytirish mumkin emas, chunki plastinka keyingi ishlov berishga bardosh bera olmaydi.

Quyosh xujayralaridagi yarimo'tkazgichlar

Quyosh xujayrasi ishlab chiqarish texnologiyasi qattiq elektronikaning asosiy tushunchasi p-n-tushish ekanligini taxmin qiladi. Agar n-tipning elektron o'tkazuvchanligi va p-tipining teshik o'tkazuvchanligi bir plastinkada birlashtirilsa, ular orasidagi aloqa nuqtasida p-n birikmasi paydo bo'ladi. Ushbu ta'rifning asosiy jismoniy xususiyati to'siq bo'lib xizmat qilish va elektr energiyasini bir yo'nalishda o'tkazish qobiliyatidir. Aynan mana shu effekt quyosh xujayralarining toʻliq ishlashini oʻrnatish imkonini beradi.

Fosforning tarqalishi natijasida plastinkaning uchlarida n-tipli qatlam hosil bo'lib, u element yuzasida atigi 0,5 mikron chuqurlikda joylashgan. Quyosh batareyasini ishlab chiqarish yorug'lik ta'sirida paydo bo'ladigan qarama-qarshi belgilar tashuvchilarning sayoz kirib borishini ta'minlaydi. Ularning p-n-birikmasining ta'sir zonasigacha bo'lgan yo'li qisqa bo'lishi kerak, aks holda ular uchrashganda, hech qanday miqdorda elektr energiyasi ishlab chiqarmasdan bir-birlarini o'chirishlari mumkin.

Plazma-kimyoviy qirqishdan foydalanish

Quyosh batareyasining konstruksiyasi old yuzasi tokni ushlab turish uchun panjara oʻrnatilgan va orqa tomoni mustahkam kontaktga ega. Diffuziya hodisasi vaqtida ikki tekislik o'rtasida qisqa elektr toki paydo bo'ladi va oxirigacha uzatiladi.

Qisqa tutashuvni olib tashlash uchun uskunalar ishlatiladiquyosh batareyalari, bu sizga plazma-kimyoviy, kimyoviy qirqish yoki mexanik, lazer yordamida amalga oshirish imkonini beradi. Ko'pincha plazma-kimyoviy ta'sir qilish usuli qo'llaniladi. Bir-biriga yopishtirilgan kremniy gofretlar to'plami uchun bir vaqtning o'zida etching amalga oshiriladi. Jarayonning natijasi davolash davomiyligiga, agentning tarkibiga, material kvadratlarining o'lchamiga, ion oqimi oqimining yo'nalishiga va boshqa omillarga bog'liq.

Reflektsiyaga qarshi qoplamani qo'llash

Element yuzasiga tekstura qoʻllash orqali aks ettirish 11% gacha kamayadi. Bu shuni anglatadiki, nurlarning o'ndan bir qismi oddiygina sirtdan aks etadi va elektr hosil bo'lishida ishtirok etmaydi. Bunday yo'qotishlarni kamaytirish uchun elementning old tomoniga yorug'lik impulslarining chuqur kirib borishi bilan qoplama qo'llaniladi, bu ularni orqaga qaytarmaydi. Olimlar optika qonunlarini hisobga olgan holda qatlamning tarkibi va qalinligini aniqlaydilar, shuning uchun bunday qoplamali quyosh panellarini ishlab chiqarish va o'rnatish aks ettirishni 2% gacha kamaytiradi.

Old tomonida kontakt qoplamasi

Elementning yuzasi eng ko'p miqdordagi nurlanishni o'zlashtirish uchun mo'ljallangan, bu talab qo'llaniladigan metall to'rning o'lchovli va texnik xususiyatlarini aniqlaydi. Old tomonning dizaynini tanlab, muhandislar ikkita qarama-qarshi muammolarni hal qilishadi. Optik yo'qotishlarning kamayishi ingichka chiziqlar va ularning bir-biridan katta masofada joylashishi bilan sodir bo'ladi. Kengaytirilgan tarmoqli quyosh batareyasining ishlab chiqarilishi ba'zi zaryadlarning aloqa qilish uchun vaqt topa olmasligiga va yo'qolishiga olib keladi.

Shuning uchun olimlar har bir metall uchun masofa va chiziq qalinligi qiymatini standartlashtirdilar. Juda nozik chiziqlar nurlarni yutish uchun element yuzasida bo'sh joy ochadi, lekin kuchli oqim o'tkazmaydi. Metallizatsiyani qo'llashning zamonaviy usullari ekranli bosib chiqarishdan iborat. Material sifatida kumush o'z ichiga olgan pasta o'zini oqlaydi. Uning ishlatilishi tufayli elementning samaradorligi 15-17% ga oshadi.

Qurilmaning orqa tomonidagi metallizatsiya

Qurilmaning orqa qismidagi metallning cho'kishi ikki usulda sodir bo'ladi, ularning har biri o'z ishini bajaradi. Butun sirt ustida uzluksiz yupqa qatlam, alohida teshiklar bundan mustasno, alyuminiy bilan püskürtülür va teshiklar kontakt rolini o'ynaydigan kumush o'z ichiga olgan pasta bilan to'ldiriladi. Qattiq alyuminiy qatlam panjaraning osilgan kristalli aloqalarida yo'qolishi mumkin bo'lgan bepul zaryadlar uchun orqa tomonda bir xil oyna moslamasi bo'lib xizmat qiladi. Bunday qoplama bilan quyosh panellari quvvatda 2% ko'proq ishlaydi. Mijozlarning fikricha, bunday elementlar mustahkamroq va bulutli ob-havo unchalik ta'sir qilmaydi.

O'z qo'lingiz bilan quyosh panellarini yasash

Quyoshdan keladigan quvvat manbalarini hamma ham uyda buyurtma qilishi va oʻrnatishi mumkin emas, chunki bugungi kunda ularning narxi ancha yuqori. Shu sababli, ko'plab hunarmandlar va hunarmandlar uyda quyosh panellarini ishlab chiqarishni o'zlashtirmoqdalar.

O'z-o'zini yig'ish uchun fotoelementlar to'plamini Internetda turli saytlarda xarid qilishingiz mumkin. Ularning narxiishlatiladigan plitalar soniga va quvvatga bog'liq. Misol uchun, 36 ta plastinka bilan 63 dan 76 Vt gacha bo'lgan kam quvvatli to'plamlar 2350-2560 rublni tashkil qiladi. mos ravishda. Har qanday sababga koʻra ishlab chiqarish liniyalaridan rad etilgan ish buyumlari ham shu yerda sotib olinadi.

Fotovoltaik konvertor turini tanlashda, polikristalli hujayralar bulutli ob-havoga chidamliroq va monokristallilarga qaraganda samaraliroq ishlashini, lekin xizmat muddati qisqaroq ekanligini hisobga oling. Monokristallilar quyoshli ob-havoda samaraliroq va uzoqroq xizmat qiladi.

Uyda quyosh panellarini ishlab chiqarishni tashkil qilish uchun siz kelajakdagi konvertordan quvvat oladigan barcha qurilmalarning umumiy yukini hisoblashingiz va qurilmaning quvvatini aniqlashingiz kerak. Bu erdan panelning moyillik burchagi hisobga olingan holda fotosellar soni kuzatiladi. Ba'zi hunarmandlar to'planish tekisligining o'rnini kunning balandligiga, qishda esa - tushgan qor qalinligiga qarab o'zgartirish imkoniyatini ta'minlaydi.

Koson tayyorlash uchun turli materiallar ishlatiladi. Ko'pincha ular alyuminiy yoki zanglamaydigan burchaklarni qo'yishadi, kontrplak, sunta va boshqalardan foydalanadilar Shaffof qism organik yoki oddiy shishadan tayyorlanadi. Sotuvda allaqachon lehimli o'tkazgichli fotosellar mavjud, ularni sotib olish afzalroqdir, chunki montaj vazifasi soddalashtirilgan. Plitalar bir-birining ustiga qo'yilmaydi - pastki qismi mikro yoriqlar berishi mumkin. Lehim va oqim oldindan qo'llaniladi. Elementlarni darhol ish tomoniga qo'yib, ularni lehimlash qulayroqdir. Oxir-oqibat, ekstremal plitalar shinalarga (kengroq o'tkazgichlarga) payvandlanadi, shundan so'ng "minus" va "plyus" chiqariladi.

Bajarilgan ishlardan so'ng panel sinovdan o'tkaziladi va muhrlanadi. Buning uchun xorijiy hunarmandlar aralashmalardan foydalanadilar, ammo bizning hunarmandlarimiz uchun ular ancha qimmat. Uyda ishlab chiqarilgan transduserlar silikon bilan yopilgan, orqa tomoni esa akril asosli lak bilan qoplangan.

Xulosa qilib aytish kerakki, o'z qo'llari bilan quyosh panellarini yasagan ustalarning sharhlari har doim ijobiydir. Konverterni ishlab chiqarish va o'rnatish uchun pul sarflagandan so'ng, oila tezda pul to'laydi va bepul energiyadan foydalanishni boshlaydi.