Күн батареясын өндүрүү: технология жана жабдуулар

2024 Автор: Howard Calhoun | [email protected]. Акыркы өзгөртүү: 2023-12-17 10:34

Адамзат айлана-чөйрөнү таза сактоого жана энергияны өндүрүүнүн баасын төмөндөтүүгө жардам бере турган электр менен жабдуунун альтернативдүү булактарына өтүүгө умтулууда. Күн батареясын өндүрүү заманбап өнөр жай ыкмасы болуп саналат. Электр энергиясы менен камсыздоо системасы күн кабылдагычтарды, батарейкаларды, контроллерлорду, инверторлорду жана белгилүү бир функциялар үчүн иштелип чыккан башка түзмөктөрдү камтыйт.

Күн батареясы нур энергиясынын топтолушу жана конверсиясы башталган негизги элемент. Заманбап дүйнөдө панелди тандоодо керектөөчү үчүн көптөгөн туңгуюктар бар, анткени өнөр жай бир ат менен бириктирилген көп сандагы продукцияны сунуштайт.

Кремний күн батареялары

Бул өнүмдөр азыркы керектөөчүлөр арасында популярдуу. Кремний аларды өндүрүү үчүн негиз болуп саналат. Терендикте анын запастары кеңири таралган, өндүрүшү салыштырмалуу арзан. Кремний клеткалары башка күн батареялары менен иштөө деңгээли боюнча жакшы салыштырылат.

Элементтердин түрлөрү

Кремний күн батареялары төмөнкү түрлөрдө чыгарылат:

• монокристалды;
• поликристалдуу;
• аморфтук.

Жогорудагы түзүлүштөр кремний атомдорунун кристаллда жайгашуусу менен айырмаланат. Элементтердин ортосундагы негизги айырма жарык энергиясын конвертациялоонун эффективдүүлүгүнүн ар кандай көрсөткүчү болуп саналат, ал биринчи эки түрү үчүн болжол менен бирдей деңгээлде жана аморфтук кремнийден жасалган түзүлүштөр үчүн маанилерден ашат.

Бүгүнкү өнөр жай күн нурун кармагычтардын бир нече моделдерин сунуштайт. Алардын айырмасы күн панелдерин өндүрүү үчүн колдонулган жабдууларда жатат. Өндүрүш технологиясы жана баштапкы материалдын түрү роль ойнойт.

Бир кристалл түрү

Бул элементтер бириктирилген силикон клеткаларынан турат. Окумуштуу Чохральскийдин методу боюнча абсолюттук таза кремний чыгарылып, андан монокристаллдар жасалат. Кийинки процесс тоңдурулган жана катууланган жарым фабрикатты калыңдыгы 250дөн 300 микронго чейинки плиталарга кесүү. Жука катмарлар электроддор металл тор менен каныккан. Өндүрүштүн кымбаттыгына карабастан, мындай элементтер конверсиянын жогорку ылдамдыгынан (17-22%) кыйла кеңири колдонулат.

Поликристаллдык элементтерди өндүрүү

Поликристаллдардан күн батареяларын өндүрүү технологиясы эритилген кремний массасынын акырындык менен муздатылышы. өндүрүш кымбат жабдууларды талап кылбайт, ошондуктан, кремний алуу наркы төмөндөйт. Поликристаллдуу күн сактагычтары монокристаллдыктардан айырмаланып, эффективдүү коэффициенти төмөн (11-18%). Бул муздатуу процессинде кремнийдин массасы майда гранулдуу көбүкчөлөргө каныккандыгы менен түшүндүрүлөт, бул нурлардын кошумча сынуусуна алып келет.

Аморфтук кремний элементтер

Продукциялар өзгөчө типке бөлүнөт, анткени алардын кремний түрүнө таандыктыгы колдонулган материалдын аталышынан келип чыгат жана күн батареяларын өндүрүү пленкалуу түзүлүш технологиясы менен ишке ашырылат. Өндүрүш процессинде кристалл өз ордун кремний суутекине же силонго берет, анын жука катмары субстратты жаап турат. Батареялардын эң төмөнкү эффективдүүлүгү бар, болгону 6% га чейин. Элементтер, олуттуу кемчилигине карабастан, аларга жогоруда көрсөтүлгөн түрлөр менен бир катарда турууга укук берген бир катар талашсыз артыкчылыктарга ээ:

• оптиканын сиңирүү мааниси монокристаллдык жана поликристаллдык дисктерге караганда эки ондогон эсе жогору;
• кабаттын минималдуу калыңдыгы болгону 1 микрон;
• булуттуу аба ырайы, башка түрлөрдөн айырмаланып, жарыкты өзгөртүүгө таасир этпейт;
• жогорку ийилүүчү күчкө байланыштуу, аны кыйын жерлерде көйгөйсүз колдонууга болот.

Жогоруда сүрөттөлгөн күн конвертерлеринин үч түрү кош касиеттери бар материалдардан жасалган гибриддик өнүмдөр менен толукталган. Мындай мүнөздөмөлөргө микроэлементтер же нанобөлүкчөлөр аморфтук кремнийдин курамына кирсе жетишилет. Алынган материал поликристаллдуу кремнийге окшош, бирок аны менен жаңы техникалык өзгөчөлүктөрү менен жакшы салыштырылат.көрсөткүчтөр.

CdTe пленка тибиндеги күн батареяларын өндүрүү үчүн чийки зат

Материалды тандоо өндүрүштүн өздүк наркын төмөндөтүү жана жумуштун натыйжалуулугун жогорулатуу зарылчылыгы менен шартталган. Көбүнчө колдонулган жарыкты сиңирүү кадмий теллуриди. Өткөн кылымдын 70-жылдарында CdTe космосту пайдалануу үчүн негизги атаандаш болуп эсептелген, заманбап өнөр жайда ал күн энергиясында кеңири колдонула баштады.

Бул материал кумулятивдүү уу катары классификацияланган, ошондуктан анын зыяндуулугу боюнча талаш-тартыштар токтобойт. Окумуштуулардын изилдөөлөрү атмосферага түшкөн зыяндуу заттардын деңгээли алгылыктуу экендигин жана айлана-чөйрөгө зыян келтирбестигин аныктады. Натыйжалуулуктун деңгээли болгону 11%ды түзөт, бирок мындай клеткалардан конвертацияланган электр энергиясынын баасы кремний тибиндеги аппараттарга караганда 20-30% төмөн.

Селений, жез жана индийден жасалган нур аккумуляторлору

Аппараттагы жарым өткөргүчтөр жез, селен жана индий, кээде галий менен алмаштырууга жол берилет. Бул жалпак типтеги мониторлорду чыгаруу үчүн индийге болгон суроо-талаптын жогору болушу менен шартталган. Ошондуктан, материалдар окшош касиеттерге ээ болгондуктан, бул алмаштыруу опциясы тандалган. Бирок эффективдүү индикатор үчүн алмаштыруу маанилүү роль ойнойт, галийсиз күн батареясын өндүрүү аппараттын натыйжалуулугун 14% жогорулатат.

Полимердик күн коллекторлору

Бул элементтер рынокто жакында эле пайда болгондуктан, жаш технологиялар катары классификацияланат. Органикалык жарым өткөргүчтөр жарыкты сиңиретаны электр энергиясына айландыруу. Өндүрүш үчүн көмүртек тобундагы фуллерендер, полифенилен, жез фтаоцианин ж. Маани кичинекей, бирок ийкемдүү күн батареяларын өндүрүүнүн бир нече оң жактары бар:

• Аны жасаш үчүн көп каражат талап кылынбайт;
• ийкемдүү батарейкаларды ийилчээктик өтө маанилүү болгон ийилген жерлерге орнотуу мүмкүнчүлүгү;
• салыштырмалуу жөнөкөйлүгү жана орнотуунун жеткиликтүүлүгү;
• ийкемдүү батарейкалар экологиялык жактан таза.

Өндүрүш учурунда химиялык туздоо

Эң кымбат күн батареясы – бул мультикристалдуу же монокристалдуу кремний пластинкасы. Кремнийди эң сарамжалдуу пайдалануу үчүн псевдоквадрат фигуралар кесилет, ошол эле форма келечектеги модулда плиталарды бекем коюуга мүмкүндүк берет. Кесүү процессинен кийин бузулган беттин микроскопиялык катмарлары бетинде кала берет, алар түшкөн нурларды кабыл алууну жакшыртуу үчүн оюу жана текстуралоо жолу менен жок кылынат.

Ушундай жол менен иштетилген бети туш келди жайгашкан микропирамидалар болуп саналат, анын четинен чагылышып, жарык башка чыгуучу жерлердин каптал беттерине түшөт. жумшартуу жол-жобосу болжол менен 25% га материалдын чагылдыруу азайтат. Туздоо процесси бир катар кислоталуу жана щелочтуу кабыл алатиштетүү, бирок катмардын калыңдыгын бир топ кыскартууга жол берилбейт, анткени плита кийинки иштетүүгө туруштук бере албайт.

Күн батареяларындагы жарым өткөргүчтөр

Күн батареясын өндүрүү технологиясы катуу электрониканын негизги концепциясы p-n-түйүнүшү деп болжолдойт. Эгерде n-типтин электрондук өткөргүчтүгү менен р-типинин тешик өткөргүчтүгү бир пластинага бириктирилсе, анда алардын ортосундагы байланыш жеринде p-n өтүшү пайда болот. Бул аныктаманын негизги физикалык касиети - бул тосмо катары кызмат кылуу жана электр тогун бир багытта өткөрүү. Дал ушул эффект күн батареяларынын толук иштешин орнотууга мүмкүндүк берет.

Фосфордун диффузиясынын натыйжасында плитанын учтарында элементтин бетинде 0,5 микрон гана тереңдикте негизделген n-типтүү катмар пайда болот. Күн батареясын өндүрүү жарыктын таасири астында пайда болгон карама-каршы белгилердин ташыгычтарынын тайыз киришин камсыз кылат. Алардын p-n түйүнүнүн таасир этүү зонасына чейинки жолу кыска болушу керек, антпесе, алар жолукканда электр энергиясын эч кандай өлчөмдө чыгарбастан, бири-бирин өчүрө алышат.

Плазма-химиялык оюу колдонуу

Күн батареясынын конструкциясында ток кармап туруу үчүн орнотулган торчо бар алдыңкы бети жана катуу контакт болгон арткы бети бар. Диффузия кубулушу учурунда эки тегиздиктин ортосунда электрдик кыска ток пайда болуп, аягына чейин берилет.

Кыска туташууну жоюу үчүн жабдуулар колдонулаткүн батареялары, муну плазма-химиялык, химиялык оюу же механикалык, лазердин жардамы менен жасоого мүмкүндүк берет. Көбүнчө плазма-химиялык таасир кылуу ыкмасы колдонулат. Эттинг бир эле учурда чогуу тизилген кремний пластинкаларынын стектери үчүн аткарылат. Процесстин натыйжасы дарылоонун узактыгына, агенттин курамына, материалдын квадраттарынын өлчөмүнө, ион агымынын багытына жана башка факторлорго жараша болот.

Чагылууга каршы жабынды колдонуу

Элементтин бетине текстураны колдонуу менен чагылдыруу 11% чейин азаят. Бул нурлардын ондон бир бөлүгү жер бетинен жөн эле чагылышып, электр энергиясынын пайда болушуна катышпайт дегенди билдирет. Мындай жоготууларды азайтуу үчүн элементтин алдыңкы тарабына жарык импульстарынын терең кириши бар жабын коюлат, ал аларды кайра чагылдырбайт. Окумуштуулар оптика мыйзамдарын эске алуу менен катмардын курамын жана калыңдыгын аныкташат, ошондуктан мындай каптоо менен күн батареяларын өндүрүү жана орнотуу чагылууну 2% га чейин азайтат.

Алдыңкы бетинде контакттык каптоо

Элементтин бети радиациянын эң чоң көлөмүн сиңирип алуу үчүн иштелип чыккан, дал ушул талап колдонулган металл тордун өлчөмдүү жана техникалык мүнөздөмөлөрүн аныктайт. Алдыңкы тараптын дизайнын тандоо менен инженерлер карама-каршы эки маселени чечишет. Оптикалык жоготуулардын азайышы ичке сызыктар жана алардын бири-биринен чоң аралыкта жайгашуусу менен болот. Тордун көлөмү чоңойгон күн батареясын өндүрүү кээ бир заряддардын контактка жетүүгө үлгүрбөй калышына жана жоголуп кетишине алып келет.

Ошондуктан окумуштуулар ар бир металл үчүн аралыктын жана сызыктын калыңдыгынын маанисин стандартташтырышкан. Өтө ичке тилкелер нурларды сиңирүү үчүн элементтин бетинде мейкиндикти ачат, бирок күчтүү ток өткөрбөйт. Металлизацияны колдонуунун заманбап ыкмалары экрандуу басып чыгаруудан турат. Материал катары күмүш камтыган паста өзүн актайт. Аны колдонуунун аркасында элементтин эффективдүүлүгү 15-17% га жогорулайт.

Түзмөктүн артындагы металлдашуу

Аппараттын артына металлдын түшүшү эки жол менен ишке ашат, алардын ар бири өз ишин аткарат. Жеке тешиктерди кошпогондо, бүткүл бетине үзгүлтүксүз жука катмар алюминий менен чачылат, ал эми тешиктер контакттык ролду ойногон күмүш камтыган паста менен толтурулат. Катуу алюминий катмары тордун илинип турган кристалл байланыштарында жоголуп кетиши мүмкүн болгон акысыз заряддар үчүн арткы тарабында күзгү түзүлүштүн бир түрү катары кызмат кылат. Мындай каптоо менен күн панелдери 2% көбүрөөк иштейт. Кардарлардын сын-пикирлери мындай элементтердин туруктуураак экенин жана булуттуу аба ырайынан анчалык таасир этпей турганын айтышат.

Күн батареяларын өз колдору менен жасоо

Күндөн келген энергия булактарын ар ким эле үйдөн заказ кылып орното албайт, анткени алардын баасы бүгүнкү күндө бир топ жогору. Ошондуктан, көптөгөн усталар жана усталар үй шартында күн батареяларын жасоону өздөштүрүп жатышат.

Сиз интернетте ар кандай сайттардан өз алдынча монтаждоо үчүн фотоэлементтердин топтомун сатып алсаңыз болот. Алардын баасыколдонулган плиталардын санына жана кубаттуулугуна жараша болот. Мисалы, 36 табак менен 63 76 Вт чейин аз кубаттуулугу комплекттер, 2350-2560 рублга турат. тиешелүүлүгүнө жараша. Кандайдыр бир себептер менен өндүрүш линияларынан четке кагылган жумуш буюмдары да бул жерден сатылып алынат.

Фотоэлектрдик конвертордун түрүн тандоодо поликристаллдык клеткалар булуттуу аба ырайына туруктуураак жана монокристаллдарга караганда натыйжалуураак иштешет, бирок иштөө мөөнөтү кыскараак экендигин эске алыңыз. Монокристаллдуулар күнөстүү аба ырайында натыйжалуураак жана бир топ узакка созулат.

Үй шартында күн панелдерин чыгарууну уюштуруу үчүн келечектеги конвертер менен иштей турган бардык түзүлүштөрдүн жалпы жүгүн эсептеп, аппараттын кубаттуулугун аныктоо керек. Бул жерден панелдин жантаюунун бурчун эске алуу менен фотоэлементтердин саны чыгат. Кээ бир усталар аккумуляциялык тегиздиктин абалын күн тоюсунун бийиктигине, ал эми кышында түшкөн кардын калыңдыгына жараша өзгөртүү мүмкүнчүлүгүн караштырышат.

Корпусун жасоо үчүн ар кандай материалдар колдонулат. Көбүнчө алар алюминий же дат баспас бурчтарды коюп, фанера, ДСП, ж.б. колдонушат. Тунук бөлүгү органикалык же кадимки айнектен жасалган. Сатууда мурунтан эле ширетилген өткөргүчтөрү бар фотоэлементтер бар, аларды сатып алуу жакшыраак, анткени монтаждоо милдети жөнөкөйлөштүрүлгөн. Пластиналар биринин үстүнө тизилген эмес - төмөнкүлөрү микро жаракаларды бериши мүмкүн. Solder жана флюс алдын ала колдонулат. Элементтерди дароо жумушчу тарапка коюу менен ширетүү ыңгайлуураак. Аягында экстремалдык плиталар шиналарга ширетилип (кеңири өткөргүчтөр), андан кийин "минус" жана "плюс" чыгат.

Аткарылган жумуштан кийин панель сыналат жана пломбаланат. Бул үчүн чет элдик усталар кошулмаларды колдонушат, бирок биздин усталар үчүн алар бир топ кымбат. Үйдө жасалган өзгөрткүчтөр силикон менен капталган, ал эми арткы бети акрил негизиндеги лак менен капталган.

Жыйынтыктап айтканда, өз колдору менен күн панелдерин жасаган усталардын сын-пикирлери ар дайым оң деп айтуу керек. Конвертерди жасоого жана орнотууга акча короткондон кийин, үй-бүлө алардын акысын тез төлөп, бекер энергияны үнөмдөй баштайт.