Производство солнечных батарей: пошагово

Когда появились солнечные батареи

Солнечные батареи существуют уже давно. Эффект преобразования света в электричество впервые обнаружил Александр Эдмонд Беккерель в 1842 году. На создание первых прототипов ушло почти сто лет.

В 1948 году, а именно 25 марта, итальянский фотохимик Джакомо Луиджи Чемичан смог создать то, что мы сейчас используем и развиваем. Десять лет спустя, в 1958 году, технология была впервые испытана в космосе в качестве силового элемента для американского спутника под названием «Вэнгард-1».

Спутник был запущен 17 марта, а уже 15 мая того же года этот подвиг был повторен в СССР (аппарат «Спутник-3»). То есть технологи стали массово применяться в разных странах практически одновременно.

Использование солнечных батарей в космосе — обычная практика.

Такие конструкции до сих пор используются в космосе как важный источник энергии. И они также используются на Земле для питания домов и даже целых городов. И их стали встраивать в гражданские электромобили для обеспечения большей автономности.

В общем, важность таких элементов трудно переоценить. Это единственный способ добиться производства энергии в любой точке мира. Гидроэнергетика, атомные электростанции, ветряные турбины и тому подобное могут быть размещены только в определенных местах, очень дороги или требуют соответствующей инфраструктуры.

И только солнечные батареи позволяют построить дом в пустыне и электрифицировать его. За относительно небольшие деньги. Их точно мало для «ветряка.

Коротко об устройстве и работе

Энергия солнца может быть преобразована в тепловую энергию, когда энергоносителем является жидкий теплоноситель, или в электрическую энергию, накапливаемую в батареях. Аккумулятор представляет собой генератор, работающий на принципе фотоэффекта.

Преобразование солнечной энергии в электрическую происходит после того, как солнечные лучи попадают на пластины фотоэлементов, которые являются основной частью аккумулятора.

При этом кванты света «освобождают» свои электроны от крайних орбит. Эти свободные электроны обеспечивают электрический ток, который проходит через контроллер и накапливается в аккумуляторе, а оттуда поступает к потребителям энергии.

Сборка представленной в примере батареи осуществлялась из 36 пластин размером 80х150 мм. Производительность каждой пластины 2,1 Вт, суммарная мощность устройства 76 Вт. На лицевой стороне строящейся солнечной батареи располагаются плюсовые токоведущие проводники, образованные пайкой.

С тыльной стороны на шести контактах методом пайки сформированы минусовые токоведущие линии, пластины соединены по последовательной схеме. На выходе плюсовой линии установлен диод Шоттки, который предотвращает разрядку аккумулятора в пасмурную погоду.

Сборка солнечного элемента из кремниевых пластин Формирование дорожки с положительным током Создание линий с отрицательным током с обратной стороны Подключение проводника и блокировочного диода

Кремниевые элементы действуют как пластины фотоэлементов. Кремниевая пластина покрыта с одной стороны очень тонким слоем фосфора или бора, пассивного химического элемента.

В этом месте под воздействием солнечных лучей высвобождается большое количество электронов, которые удерживаются пленкой люминофора и не распространяются.

На поверхности пластины имеются металлические «дорожки», по которым выстраиваются свободные электроны, образуя упорядоченное движение, т е электричество.

Чем больше таких кремниевых пластинчатых фотоэлементов, тем больший электрический ток можно получить. Узнайте больше о том, как работают солнечные батареи.

Верхний слой пластин фотоэлементов покрыт слоем, препятствующим отражению солнечного света от пластин, что повышает их эффективность

Материалы для создания солнечной пластины

Приступая к строительству солнечной батареи, необходимо запастись следующими материалами:

• фотоэлементы из силикатного листа;
• дСП, алюминиевые уголки и рейки;
• жесткий поролон толщиной 1,5-2,5 см;
• прозрачный элемент, служащий основой для кремниевых пластин;
• винты; саморезы;
• силиконовый герметик для наружных работ;
• электрические провода, диоды, клеммы.

Количество необходимых материалов зависит от размера вашей батареи, которая обычно ограничена количеством доступных солнечных элементов. Из инструментов потребуются: отвертка или набор отверток, ножовка по металлу и дереву, паяльник. Для проверки готового аккумулятора понадобится тестер амперметра.

Теперь рассмотрим основные материалы более подробно.

Кремниевые пластины или фотоэлементы

Фотоэлементы для аккумуляторов бывают трех видов:

• поликристаллический;
• монокристаллический;
• аморфный.

Поликристаллические пластины характеризуются низким КПД. Величина полезного действия составляет около 10 – 12%, но со временем эта цифра не уменьшается. Срок службы поликристаллов составляет 10 лет.

Солнечная батарея состоит из модулей, которые, в свою очередь, состоят из солнечных инверторов. Аккумуляторы с жесткими кремниевыми фотоэлементами представляют собой своего рода сэндвич с последовательными слоями, закрепленными в алюминиевом профиле

Монокристаллические солнечные элементы имеют более высокий КПД — 13-25% и длительный срок службы — более 25 лет. Однако эффективность монокристаллов со временем снижается.

Монокристаллические преобразователи получают путем распиливания искусственно выращенных кристаллов, чем объясняются самые высокие фотопроводимость и производительность.

Пленочные фотопреобразователи получают путем нанесения тонкого слоя аморфного кремния на гибкую полимерную поверхность

Гибкие батареи из аморфного кремния являются современными. Их фотоэлектрический преобразователь напыляется или приваривается к полимерной основе. КПД в пределах 5 – 6%, но пленочные системы крайне просты в монтаже.

Пленочные системы с аморфными фотопреобразователями появились сравнительно недавно. Это предельно просто и максимально дешево, но быстрее конкурентов теряет потребительские качества.

Не рекомендуется использовать фотоэлементы разных размеров. В этом случае максимальный ток, вырабатываемый батареями, будет ограничен током наименьшей ячейки. Это означает, что большие диски не будут работать на полную мощность.

При покупке солнечных батарей спросите продавца о способе доставки, большинство продавцов используют восковой метод, чтобы предотвратить поломку хрупких элементов

Чаще всего для самодельных аккумуляторов используются моно- и поликристаллические солнечные элементы размером 3х6 дюймов, которые можно заказать в интернет-магазинах типа E-by.

Стоимость фотоэлементов достаточно высока, но во многих магазинах продаются так называемые элементы группы Б. Изделия, отнесенные к этой группе, бракованные, но годные к использованию, и их стоимость на 40-60% ниже стандартных пластин%.

Большинство интернет-магазинов продают фотоэлементы в упаковках по 36 или 72 преобразователя. Шины нужны для подключения отдельных модулей к аккумулятору, клеммы понадобятся для подключения системы.

Пластины поликристаллического кремния привлекательны доступной ценой. Их недостаток – не слишком высокая эффективность и жесткость, что требует прочного основания для укладки. На обратной стороне платы есть 6 контактов для пайки линии питания.

Снаружи контакт расположен либо сплошной полосой, либо ломаной линией Диски из монокристаллического кремния почти в три раза прочнее поликристаллических дисков и почти в четыре раза дороже

Каркас и прозрачный элемент

Каркас будущего панно можно сделать из деревянных реек или алюминиевых уголков.

Второй вариант предпочтительнее по нескольким причинам:

• Алюминий – легкий металл, не дающий большой нагрузки на несущую конструкцию, на которую планируется установить батарею.
• При проведении антикоррозийной обработки алюминий не подвергается воздействию ржавчины.
• Не впитывает влагу из окружающей среды, не гниет.

При выборе прозрачного элемента необходимо учитывать такие параметры, как показатель преломления солнечного света и способность поглощать инфракрасное излучение.

Эффективность фотоэлементов будет напрямую зависеть от первого показателя: чем ниже показатель преломления, тем выше эффективность кремниевых пластин.

Минимальный коэффициент светоотражения у оргстекла или его более дешевой версии — оргстекла. Показатель преломления поликарбоната несколько ниже.

От значения второго показателя зависит, будут нагреваться сами кремниевые фотоэлементы или нет. Чем меньше плиты подвергаются воздействию тепла, тем дольше они служат. ИК-излучение лучше всего поглощается особо теплопоглощающим оргстеклом и стеклом с ИК-поглощением. Чуть хуже — обычное стекло.

Если есть возможность, лучшим вариантом будет использование в качестве прозрачного элемента антибликового прозрачного стекла.

Что касается взаимосвязи между стоимостью и показателями преломления света и поглощения инфракрасного излучения, оргстекло является оптимальным вариантом для производства солнечного элемента

Проект системы и выбор места

В проект солнечной системы входят расчеты необходимого размера солнечной панели. Как упоминалось выше, размер батареи обычно ограничен дорогими солнечными элементами.

Солнечная батарея должна быть установлена ​​под определенным углом, что обеспечит максимальное воздействие солнечных лучей на кремниевые пластины. Оптимальный вариант – батареи, способные менять угол наклона.

Место установки солнечных батарей может быть самым разнообразным: на земле, на покатой или плоской крыше дома, на крышах прачечных.

Единственное условие – батарею необходимо размещать на солнечной стороне участка или дома, не находящейся в тени высокой кроны деревьев. При этом оптимальный угол наклона необходимо рассчитать по формуле или с помощью специализированного калькулятора.

Угол наклона будет зависеть от местоположения дома, времени года и климата. Желательно, чтобы батареи имели возможность изменять угол наклона в соответствии с сезонными изменениями высоты солнца, потому что наиболее эффективно они работают, когда солнечные лучи падают строго перпендикулярно к поверхности.

Для европейской части стран СНГ рекомендуемый угол стационарного наклона 50 — 60 º. Если в конструкции предусмотрено устройство изменения угла наклона, то зимой лучше размещать батареи под углом 70 º к горизонту, летом под углом 30 º

Расчеты показывают, что 1 квадратный метр солнечной системы позволяет получить 120 Вт. Следовательно, путем расчетов можно определить, что для снабжения средней семьи электроэнергией в объеме 300 кВт в месяц необходима солнечная система площадью не менее 20 кв.

Сразу установить такую ​​солнечную систему будет проблематично. Но даже установка 5-метровой батареи поможет сэкономить энергию и внести скромный вклад в экологию нашей планеты. Также рекомендуем ознакомиться с принципом расчета необходимого количества солнечных батарей.

Солнечная батарея может быть использована в качестве резервного источника энергии на случай частого отключения централизованного электроснабжения. Для автоматического переключения необходимо предусмотреть систему бесперебойного электроснабжения.

Такая система практична тем, что при использовании традиционного источника питания одновременно заряжается аккумулятор солнечной системы. Оборудование, управляющее солнечной батареей, находится внутри дома, поэтому для него необходимо предусмотреть специальное помещение.

При размещении батарей на скатной крыше дома не забывайте про угол наклона панели, идеально, когда батарея имеет приспособление для сезонного изменения угла наклона

Монтаж солнечной батареи по шагам

Выбрав место для размещения солнечной панели и оборудования для обслуживания гелиосистемы, а также имея в наличии все необходимые материалы и инструменты, можно приступать к установке аккумулятора.

При монтаже необходимо соблюдать меры безопасности, особенно при монтаже готовой панели на крышу дома. Рассмотрим пошаговый алгоритм, как сделать солнечную батарею.

Шаг #1 — пайка контактов кремниевых пластин

Монтаж самодельной солнечной батареи часто начинается с припайки проводников к фотоэлементам. Конечно, если у вас есть возможность, то фотоэлементы лучше всего покупать сразу с проводниками, ведь пайка – очень сложная и кропотливая работа, занимающая много времени.

Пайка выполняется следующим образом:

1. Берется кремниевый фотоэлемент без проводников и полоска металлического проводника.
2. Проводники нарезаны с помощью картонной заготовки, их длина в 2 раза больше размера кремниевой платы.
3. Проводник аккуратно раскладывается на пластине. На один элемент — два проводника.
4. В месте, где предстоит производить пайку, необходимо использовать кислоту для работы с паяльником.
5. Припаяйте паяльником, аккуратно приложите проводник к пластине.

В процессе пайки не давите на силикатный элемент, так как он очень хрупкий и может сломаться! Если вам посчастливилось купить фотоэлементы с готовыми контактами, вы избавите себя от долгой и сложной работы, перейдя сразу к изготовлению каркаса для будущего аккумулятора.

Пропайка контактов дефектных фотоэлементов группы Б осуществляется так же и в том же направлении, что и для целых плат

Шаг #2 — изготовление каркаса для солнечной батареи

На раме будут установлены фотоэлементы. Для изготовления каркаса берутся алюминиевые уголки и рейки, из которых формируются каркасы. Рекомендуемый размер уголка 70-90 мм.

С внутренней стороны металлических уголков наносится силиконовый герметик. Заделку углов необходимо производить тщательно, от этого зависит долговечность всей конструкции.

После того, как алюминиевый каркас готов, приступаем к изготовлению заднего корпуса. Задний ящик представляет собой деревянный ящик из ДСП с невысокими бортиками.

Высокие борта будут создавать тень на фотоэлементах, поэтому их высота не должна превышать 2 см. Боковины прикручиваются с помощью саморезов и шуруповерта.

Размеры дома рассчитаны с учетом необходимости оставлять зазоры между солнечными батареями. Он должен быть 3 — 5 мм.В бортах и ​​стержне, который делит корпус на два сегмента для удобства сборки, просверлены отверстия для системной вентиляции.

Детали корпуса покрыты цветным водоотталкивающим составом.Изготовление корпуса для солнечная батарея Вентиляционные отверстия по бокам корпуса силиконовые пластины Покраска деталей корпуса для гидроизоляции

В дне короба из ДСП сделаны вентиляционные отверстия. Расстояние между отверстиями составляет ок. 10 см. В алюминиевую рамку установлен прозрачный элемент (оргстекло, антибликовое стекло, оргстекло).

Прозрачный элемент прижимается и фиксируется, его крепление осуществляется с помощью метизов: 4 по углам, а также 2 с длинной и 1 с короткой стороны рамы. Фурнитура крепится винтами.

Каркас для солнечной батареи готов, и можно приступать к самой важной части – установке фотоэлементов. Перед установкой необходимо очистить оргстекло от пыли и обезжирить спиртосодержащей жидкостью.

Шаг #3 — монтаж кремниевых пластин-фотоэлементов

Сборка и пайка кремниевых пластин – самая трудоемкая часть изготовления солнечной батареи своими руками. Сначала раскладываем фотоэлементы на оргстекле синими пластинами вниз.

Если вы впервые собираете батарею, можно с помощью разметочной площадки расположить пластины ровно с небольшим (3-5 мм) расстоянием друг от друга.

1. Припаиваем фотоэлементы по следующей схеме подключения: «+» дорожка расположена на лицевой стороне пластины, «-» — на задней. Перед пайкой тщательно нанесите флюс и припой для соединения контактов.
2. Все фотоэлементы припаиваем последовательно рядами сверху вниз. Затем ряды также должны быть соединены друг с другом.
3. Приступаем к приклеиванию фотоэлементов. Для этого нанесите небольшое количество герметика на центр каждой силиконовой пластины.
4. Переворачиваем получившиеся цепочки фотоэлементов лицевой стороной вверх (там, где синие пластины) вверх и размещаем пластины согласно нанесенной ранее разметке. Аккуратно нажмите на каждую пластину, чтобы зафиксировать ее на месте.
5. Выводим контакты крайних фотоэлементов шины соответственно «+» и «-». Для шины рекомендуется использовать более широкую серебряную жилу.
6. Солнечная батарея должна быть оснащена блокировочным диодом, который подключается к контактам и предотвращает разряд батарей через конструкцию в ночное время.
7. Сверлим отверстия в нижней части рамы, чтобы вывести провода.

Провода необходимо прикрепить к каркасу так, чтобы они не болтались, это можно сделать с помощью силиконового герметика.

Шаг 1: Чтобы снять защитный восковой слой с поверхности солнечных панелей, окуните их в горячую, но не кипящую воду.

Шаг 2: После замачивания в горячей воде для удаления воскового покрытия кремниевые пластины высушиваются на полотенце.

Шаг 3: Для облегчения процесса пайки и фиксации цепей пластин они прорисовываются на подложке.

Шаг 4: Элементы соединяются в ряд. Пайка маломощным паяльником и паяльником с канифолью

Шаг 5: Пайка всех элементов одной солнечной системы, соединенных 6 контактами

Шаг 6: После соединения тыльной стороны солнечных панелей они переворачиваются для формирования внешних токоведущих проводов.

Шаг 7: Токоведущая шина, к которой подключаются провода аккумулятора, изготавливается из медной оплётки бывшего в употреблении кабеля крышка сажается на каплю клея

Шаг 8: После сборки каждая из двух частей будущего солнечного элемента проверяется на работоспособность при естественном освещении

Шаг #4 — тестирование батареи перед герметизацией

Тестирование солнечной панели необходимо проводить до ее запайки, чтобы исключить проблемы, часто возникающие при пайке. Тестировать лучше всего после пайки каждого ряда элементов — так гораздо проще найти, где контакты плохо соединены.

Для проверки понадобится обычный бытовой амперметр. Измерения необходимо проводить в солнечный день в 13-14 часов, солнце не должно быть закрыто тучами.

Выносим батарею на улицу и устанавливаем в соответствии с рассчитанным ранее углом наклона. Подключаем амперметр к контактам аккумулятора и измеряем ток короткого замыкания.

Смысл испытаний заключается в том, что рабочая мощность электрического тока должна быть на 0,5-1,0 А ниже тока короткого замыкания. Показания прибора должны быть выше 4,5 А, что говорит об эффективности солнечной батареи.

Если тестер выдает заниженные показания, вероятно, где-то нарушена последовательность подключения фотоэлементов.

Как правило, самодельная солнечная панель, построенная из солнечных элементов группы В, обеспечивает показания 5-10 А, что на 10-20% ниже, чем солнечные панели промышленного производства.

Шаг 9: Проверив работоспособность напаянных на основание деталей батареи, их помещают в коробку

Шаг 10: Основания с пластинами внутри коробки закрепляют четырьмя винтами. Провод, соединяющий части батареи, выводится через вентили.

Шаг 11: К каждой из половин строящейся батареи последовательно подключается диод Шоттки. Его минус соединен с плюсом системы.

Шаг 12: Просверливается отверстие для вывода проводов из шкафа. Провода завязываются, чтобы не болтались, и фиксируются герметиком

Шаг 13: После нанесения герметика необходимо сделать технологический перерыв, освободившийся для полимеризации состава

Шаг 14: Подсоедините двухконтактный разъем к проводу, выходящему из солнечной панели. Принадлежащая ему розетка присоединена к аккумулятору устройства, которое будет заряжать аккумулятор.

Шаг 15: После монтажа обеих частей устройства и извлечения шнура питания аккумулятор накрывается заранее подготовленным щитком, обнаруживается аккумулятор в подготовленном корпусе

Шаг #5 — герметизация уложенных в корпус фотоэлементов

Пломбирование можно производить только после проверки работоспособности аккумулятора. Для герметизации лучше всего использовать эпоксидный компаунд, но учитывая, что расход материала будет большой, а стоимость около 40-45$. Если дороговато, то вместо него можно использовать тот же силиконовый герметик.

При использовании силиконового герметика выбирайте тот, на упаковке которого указано, что он подходит для использования при отрицательных температурах

Есть два способа герметизации:

• полная заливка, когда панели заполнены раствором;
• нанесение герметика в пространство между фотоэлементами и на крайние элементы.

В первом случае пломба будет более надежной. После заливки герметик должен схватиться. Затем сверху монтируется оргстекло и плотно прижимается к пластинам, покрытым силиконом.

Для амортизации и дополнительной защиты между тыльной стороной фотоэлементов и каркасом из ДСП многие мастера рекомендуют устанавливать прокладку из жесткого пенопласта шириной 1,5-2,5 см.

Это необязательно, но желательно, учитывая, что кремниевые пластины достаточно хрупкие и легко повреждаются.

После установки оргстекла на конструкцию кладется груз, под действием которого выдавливаются пузырьки воздуха. Солнечная батарея готова и после повторных испытаний ее можно установить в заранее выбранном месте и подключить к солнечной системе в вашем доме.

Читайте также: Монтаж наружных электрических сетей

Основные этапы изготовления солнечных монокристаллических элементов:

0 Получение «солнечной энергии» кремния.
В качестве сырья используется кварцевый песок с высоким массовым содержанием диоксида кремния (SiO2). Он проходит очистку в несколько этапов, чтобы избавиться от кислорода. Происходит путем высокотемпературного плавления и синтеза с добавлением химических веществ.

Рафинированный кремний — это просто разбросанные кусочки. Чтобы сделать структуру более эффективной, кристаллы выращивают методом Чохральского.
0 Происходит это так: кусочки кремния помещаются в тигель, где их нагревают и расплавляют при t 1500 С. В расплав опускают затравку — так сказать, образец будущего кристалл.

Атомы, организованные в четкую структуру, растут на семени слой за слоем. Процесс роста длительный, но в результате образуется крупный, красивый и главное однородный кристалл.
.
Этот этап начинается с измерения, калибровки и обработки монокристалла для придания ему нужной формы. Дело в том, что при выходе из тигля в поперечном сечении он имеет круглую форму, что не очень удобно для дальнейшей работы.

Поэтому он принимает псевдоквадратную форму. Далее обработанный монокристалл режется стальными проволоками в карбидокремниевой суспензии или проволокой с алмазной пропиткой на пластины толщиной 250-300 мкм. Их чистят, проверяют на брак и количество вырабатываемой энергии.

Чтобы кремний вырабатывал энергию, добавляют бор (B) и фосфор (P). Из-за этого слой фосфора получает свободные электроны (сторона n-типа), сторона бора получает отсутствие электронов, то есть дырки (сторона p-типа). Из-за этого между фосфором и бором возникает р-n-переход.

Когда свет падает на клетку, из атомной решетки выбиваются дырки и электроны, которые появляются на территории электрического поля, они распространяются в направлении заряда. Если присоединить внешний проводник, им будут пытаться компенсировать отверстия на другой части пластины, появится напряжение и ток. Именно для его разработки с двух сторон платы припаиваются проводники.

Пластины сначала соединяются с цепями, затем с блоками. Обычно пластина имеет ток 2 Вт и напряжение 0,6 В. Чем больше ячеек, тем мощнее будет батарея. Их последовательное соединение обеспечивает определенный уровень напряжения, параллельное увеличивает силу результирующего тока.

Для получения необходимых электрических параметров всего модуля элементы, соединенные последовательно и параллельно, комбинируют. Затем ячейки покрывают защитной пленкой, переносят на стекло и помещают в прямоугольную рамку, прикрепляют распределительную коробку. Готовый модуль проходит последнее испытание – измерение вольт-амперных характеристик.

Все можно использовать.
Соединение самих солнечных панелей также может быть последовательным, параллельным или последовательно-параллельным для достижения необходимого тока и напряжения.

Производство поликристаллических аккумуляторов отличается только ростом кристаллов. Существует несколько методов производства, но самым популярным сейчас и занимающим 75% всего производства является процесс Сименса.

Суть метода заключается в восстановлении силана и осаждении свободного кремния в результате взаимодействия парогазовой смеси водорода и силана с поверхностью слитков кремния, нагретой до 650-1300°С. Освободившиеся атомы кремния образуют кристалл с древовидной (дендритной) структурой)

Редкоземельные материалы

Существует несколько типов солнечных панелей из редкометаллов, и не все они более эффективны, чем модули из монокристаллического кремния. Однако возможность работы в экстремальных условиях позволяет производителям таких солнечных панелей выпускать конкурентоспособную продукцию и проводить дальнейшие исследования.

Панели из теллурида кадмия активно используются для облицовки зданий в экваториальных и арабских странах, где их поверхность днем ​​нагревается до 70-80 градусов. Наиболее важными сплавами, используемыми в производстве солнечных элементов, являются теллурид кадмия (CdTe), селенид индия-меди-галлия (CIGS) и селенид индия-меди (CIS).

Кадмий — токсичный металл, а индий, галлий и теллур достаточно редки и дороги, поэтому массовое производство солнечных панелей на их основе даже теоретически невозможно. КПД таких панелей находится на уровне 25-35%, хотя в исключительных случаях может доходить до 40%.

Раньше они в основном применялись в аэрокосмической отрасли, но сейчас появилось новое перспективное направление. Благодаря стабильной работе фотоэлементов из редких металлов при температурах 130-150°С их применяют в солнечных тепловых электростанциях.

При этом солнечные лучи от десятков или сотен зеркал концентрируются на небольшой панели, которая одновременно вырабатывает электроэнергию и передает тепловую энергию водяному теплообменнику.

В результате нагрева воды образуется пар, который заставляет турбину вращаться и вырабатывать электроэнергию. Таким образом, солнечная энергия преобразуется в электрическую энергию одновременно двумя способами с максимальной эффективностью.
Полимерные и органические аналоги.

Фотоэлектрические модули на основе органических и полимерных соединений начали разрабатывать только в последнее десятилетие, но исследователи уже добились значительных успехов.
Наибольший прогресс показывает европейская компания Heliatek, которая уже оснастила несколько многоэтажек органическими солнечными панелями. Т

олщина конструкции рулонной пленки HeliaFilm составляет всего 1 мм. При производстве полимерных панелей используются такие вещества, как углеродные фуллерены, фталоцианин меди, полифенилен и другие. КПД таких солнечных элементов уже достигает 14-15%, а себестоимость производства в несколько раз меньше, чем у кристаллических солнечных панелей.

Остро стоит вопрос о периоде распада органической рабочей силы. Достоверно подтвердить уровень эффективности после нескольких лет эксплуатации пока не удается. Преимуществами органических солнечных панелей являются: возможность экологически безопасной утилизации; низкие производственные затраты; гибкий дизайн.

К недостаткам таких фотоэлементов можно отнести относительно низкий КПД и отсутствие достоверной информации об условиях стабильной работы панелей. Не исключено, что через 5-10 лет все недостатки органических солнечных элементов исчезнут, и они станут серьезными конкурентами кремниевых пластин.

Технология изготовления солнечных панелей.

Он разбит на этапы, разберем каждый из них:

Конечно, первое, с чего начинается абсолютно любое производство, и не только солнечных панелей, это подготовка сырья (материала). Как было сказано ранее, панели в основном изготавливаются из кремния, а если быть точнее, то из кварцевого песка определенной породы. Технология подготовки материала включает два процесса:

1. Высокотемпературное плавление.
2. Синтез с добавлением различных химических элементов.

Пройдя эти процессы, можно добиться очистки кремния до 99,99 %.

Чаще всего для производства солнечных панелей используется поликристаллический или монокристаллический кремний. И хотя технология их производства отличается, производство поликристаллического кремния все же считается более экономичным. Именно поэтому я выбираю солнечную батарею из такого сырья, за которую вы платите меньше.

После очистки кремний нарезается тонкими ломтиками, которые затем тестируются. Он производится путем измерения электрических параметров с использованием очень мощной вспышки ксеноновой лампы. По окончании испытаний плиты отправляются на следующий этап.

• На втором этапе пластины спаиваются секциями, после чего формируются в блоки на стекле. Для переноса этих срезов на стекло используются вакуумные держатели. С их помощью исключается механическое воздействие на готовый солнечный элемент. Обычно секции состоят из 10 элементов, а блоки из 4 секций, реже из 6.
• Блоки, полученные на втором этапе, ламинируют этиленвинилацетатной пленкой и специальным защитным покрытием. Компьютерное управление позволяет контролировать температуру, давление и уровень вакуума, а также программировать условия для ламинирования.
• Это последний этап производства солнечных батарей. Он состоит из монтажной алюминиевой рамы и распределительной коробки. Специальный герметик обеспечивает надежное соединение модуля и коробки. Затем солнечные панели проверяются путем измерения тока короткого замыкания, напряжения точки максимального тока и напряжения холостого хода.

Оборудование для производства солнечных батарей.

В производстве солнечных панелей используется только лучшее оборудование. Благодаря высокому качеству оборудования достигаются минимальные погрешности показателей испытаний и измерений. Это также гарантирует более длительный срок службы, что, в свою очередь, снижает затраты на приобретение нового оборудования. Низкое качество приводит к нарушению технологии производства.

Основное оборудование, используемое при производстве солнечных панелей:

• Инструменты для резки клеток. Клетки вырезаются волоконным лазером. Размеры можно задать с помощью различных программ.
• Ламинирующая машина. Название говорит само за себя, он ламинирован солнечными батареями. Он имеет специальные контроллеры для поддержки выбранных параметров. Ламинаторы работают в двух режимах: ручном и автоматизированном.
• Стол для переезда. Без этого предмета очень сложно обойтись. Именно на нем выполняются такие операции, как обрезка кромок, укладка распределительной коробки и многие другие. На столешнице закреплены шарики, с помощью которых можно открывать и перемещать модуль, не боясь повредить его.
• Машина для чистки стекол. Используется для очистки стеклянных поверхностей. Стекло сначала очищают моющим средством, затем дважды ополаскивают деионизированной водой. После того, как субстрат был высушен холодным и горячим воздухом.

Производители солнечных батарей.

Производство солнечных панелей из кремния — достаточно перспективный и прибыльный бизнес. Спрос на солнечные батареи растет с каждым годом. Следовательно, объем продаж растет.

Безусловно, первое место по производству солнечных батарей занимают китайцы. Главный их козырь – очень низкая стоимость. Естественно, многие компании по всему миру не могут противостоять давлению и конкуренции со стороны китайских компаний. Это стало результатом закрытия, например, четырех немецких брендов за последние пару лет.

Это такие гиганты, как Solon, Solarhybrid, Q-Cells и SolarMillennium. Вслед за ними закрыла филиал в Германии американская компания FirstSolar, за ней Siemens и Bosch. И это не удивительно. Китайские солнечные панели в два раза дешевле зарубежных аналогов.

Топ компаний-производителей солнечных панелей:

• YingliGreenEnergy. За время своего существования YGE установила более 2 ГВт солнечных панелей.
• ПервыйСолнечный. Несмотря на то, что компании пришлось закрыть завод в Германии, она не потеряла своих позиций в топе. Профиль представляет собой тонкопленочные панели, которых произведено более 4 ГВт.
• СантехПауэр Ко. Производитель выпустил на рынок около 13 миллионов аккумуляторов.

Российские популярные производители батарей:

• Завод «Солвинд».
• Завод «Хевел».
• Объект «Телеком-СТВ».
• «Рязанский завод металлокерамических изделий».
• «Установка Термотрон».

Не отстают и страны СНГ. Например, в Астане также запущен завод по производству солнечных батарей из кремния. Для Казахстана это пионер в данной отрасли. Там в качестве материалов планируется использовать кремний, находящийся в Казахстане. Приобретенное для производства оборудование соответствует всем стандартам и отличается высоким качеством.

Высокие темпы строительства объектов говорят о высоком спросе на солнечные панели. Поэтому в ближайшем будущем можно ожидать широкого использования солнечных модулей. И это обязательно положительно скажется на нашей атмосфере, спасая ее от загрязнения и истощения запасов топлива.

Как полупроводники вырабатывают электричество?

Полупроводник — это материал, атомы которого либо имеют лишние электроны (n-тип), либо не имеют их (p-тип). Это означает, что полупроводник состоит из двух слоев с разной проводимостью.

В качестве катода в такой схеме используется n-слой. Анод p-слоистый. То есть электроны из первого слоя могут уйти во второй. Переход происходит за счет выбивания электронов световыми фотонами. Один фотон выбивает один электрон. После этого они проходят через аккумулятор, попадают обратно в n-слой и все идет по кругу.

Когда генерируется энергия, все начинается по кругу и всегда горит свет.

В современных солнечных панелях в качестве полупроводника используется кремний, а все началось с селена. Селен показал крайне низкий КПД — не более одного процента — и ему сразу же стали искать замену. Сейчас кремний в целом удовлетворяет требованиям промышленности, но имеет и существенный недостаток.

Как связаны коронавирус, солнечные батареи и загрязнение воздуха?

Обработка и очистка кремния для приведения его в форму, в которой он может быть использован, является достаточно дорогостоящей процедурой. Чтобы снизить себестоимость производства, они экспериментируют с альтернативами — медью, индием, галлием и кадмием.

Разновидность солнечных батарей

0 Как правило, типы солнечных элементов определяются полупроводником, используемым для производства. Чаще всего это кремний, но сегодня активно разрабатываются и другие элементы. Целью таких исследований является снижение себестоимости продукции, уменьшение размеров и повышение эффективности выпускаемой продукции.

Монокристаллические и поликристаллические. Изготовлен на основе кристаллического кремния. Представляют собой прямоугольную алюминиевую раму с комбинированными ячейками (чаще всего это 36, 60 или 72) размерами 125 х 125 или 156 х 156 мм, защищенную специальным закаленным стеклом. Отлично пропускает световые лучи, в том числе рассеянные, обеспечивает герметизацию и защиту полупроводников от механических повреждений и воздействия окружающей среды.

В настоящее время появились и гибкие модели, без жесткого каркаса и стекла, с использованием моно- и полисот.
Одиночный кристалл. Изготовленный из монокристаллического кремния, конечный продукт имеет квадратную форму, обычно со скошенными краями, и имеет равномерный черный или темно-синий цвет. Отдача при прямом излучении: 17-22%. Мощность снижается постепенно: каждые 25 лет примерно на 20%. Минимальный срок службы 30 лет.

Поликристалл. Изготовлен из поликристаллического кремния. Это те же прямоугольники, только вместо однородных ячеек голубая или голубая неровная поверхность. По КПД они немного проигрывают моно, КПД составляет — 12-18%, среднегодовая выработка будет соответственно меньше, но выигрывают по себестоимости — создание таких фотоэлементов дешевле.

Аморфный. Изготовлены по тонкопленочной технологии. Они могут быть как жесткими, так и гибкими, если в качестве подложки используется металлическая или полимерная лента. Внешне они имеют равномерный блекло-серый цвет. КПД 5 — 6%, отлично работает в условиях низкой освещенности и запыленности. Эффект быстро снижается — уже в первый год эксплуатации до 20%. Средняя продолжительность жизни составляет 10 лет.

Эффективность солнечных панелей

У кремния есть еще один минус, не столь существенный, как стоимость, но с которым тоже надо бороться. Дело в том, что кремний очень сильно отражает свет и из-за этого элемент производит меньше электричества.

Даже после навешивания такого количества панелей все равно нужно обеспечить нормальную работу. В том числе борьба с отражением света.

Как солнечный свет влияет на продуктивность человека?

Чтобы уменьшить такие потери, фотоэлементы покрыты специальным просветляющим покрытием. В дополнение к такому слою необходимо использовать защитный слой, который делает элемент более прочным и выдерживает не только дождь и пыль, но даже небольшие падающие ветки. При монтаже на крышу дома это очень важно.

Несмотря на общую удовлетворенность технологией и постоянную борьбу за повышение производительности, современным солнечным панелям еще есть куда совершенствоваться. В настоящее время серийно производятся панели, которые перерабатывают до 20 процентов падающего на них света.

Но есть и более современные панели, которые все же «принимают близко к сердцу» — они могут обрабатывать до 40 процентов света.