Originaal võetud päikese_front в Päikeseenergia tootmine ei ole üldse nii "roheline".
SF: Jutt päikesepaneelide tootmise keskkonnaohust või ohutusest tasemel "kuuldi" ja "ekspert ütles mulle" tõmbas mind nii, et lugesin seda rõõmuga:
Foto: Imaginechina/Corbis.
Kvaliteedikontroll Hiina ettevõttes.
Päikesemoodulite abil elektri tootmine pole sugugi nii "roheline", nagu paljud arvavad.
Päikese käes säravad päikesepaneelid on kõigi roheliste ikoon. Kuid kas päikeseenergia tootmine on tõesti keskkonnasõbralikum? keskkond kui fossiilkütuste põletamine? Mitu juhtumit keskkonnasaaste seotud nende säravate "roheliste" sümbolite valmistamisega. Ja selgub, et paneelide tootmisel kasutatava ja eralduva energia ja kasvuhoonegaaside tasakaalustamiseks kuluv aeg on tehnoloogia ja geograafilise asukoha lõikes väga erinev.
See oli halb uudis. Hea uudis on see, et tööstus suudab paljud neist kergesti kõrvaldada kõrvalmõjud mis on olemas. See on osaliselt võimalik seetõttu, et alates 2008. aastast on fotogalvaanilise elektri tootmine Euroopast, Jaapanist ja Ameerika Ühendriikidest kolinud Hiinasse, Malaisiasse, Filipiinidele ja Taiwani. Tänapäeval on peaaegu pooled maailma päikesemoodulitest valmistatud Hiinas. Selle tulemusena, kuigi tööstuse üldised tulemused on head, kipuvad need riigid, mis toodavad praegu suuremat osa toodangust, kõige vähem muretsema keskkonna ja tootmistööliste kaitsmise pärast.
Et mõista täpselt, millised on probleemid ja kuidas neid lahendada, on vaja teada mõnda asja fotogalvaaniliste paneelide valmistamise kohta. Kuigi päikeseenergiat saab toota erinevate tehnoloogiate abil, pärineb valdav enamus päikesepatareidest tänapäeval kvartsist, mis on ränidioksiidi (ränidioksiid) kõige levinum vorm, mida töödeldakse räniks. Selles etapis kerkib esile esimene probleem: kvartsi kaevandatakse kaevandustest, kus kaevuritel on oht saada kopsusilikoosi.
Töötlemise alguses muudetakse kvarts metallurgiliseks räniks, aineks, mida kasutatakse peamiselt terase ja muude metallide karastuses. See juhtub hiiglaslikes ahjudes ja nende kuumana hoidmine võtab palju energiat (üksikasjad allpool). Õnneks ei saa heitmed, peamiselt süsinikdioksiid ja vääveldioksiid, kahjustada sellistes tehastes või ettevõtete läheduses töötavaid inimesi.
Järgmine samm on metallurgilise räni töötlemine puhtamaks – polüräniks. Protsessi käigus saadakse ränitetrakloriid, väga mürgine räniühend. Puhastusprotsess hõlmab vesinikkloriidhappe reaktsiooni metallurgilise räniga, et saada triklorosilaani. Seejärel pannakse triklorosilaan reageerima vesinikuga, et saada polüräni koos vedela ränitetrakloriidiga – kolm või neli tonni tetrakloriidi iga tonni polüräni kohta.
Enamik tootjaid taaskasutab need jäätmed, et toota rohkem polüräni. Räni valmistamine ränitetrakloriidist nõuab vähem energiat kui toorränidioksiidist valmistamine, seega aitab nende jäätmete ringlussevõtt tootjatel raha säästa. Kuid sellised seadmed võivad maksta kümneid miljoneid dollareid. Seega visatakse kõrvalsaadus sageli lihtsalt ära. Veega suheldes, mida on raske vältida, satuvad keskkonda vesinikkloriidhape ja kahjulikud aurud.
Kui fotogalvaaniline tööstus oli väiksem, ostsid päikesepatareide tootjad räni mikroelektroonikatootjatelt, kes lükkasid selle räni puhtuse puudumise tõttu tagasi. Kuid päikeseenergia buum nõudis rohkem räni ja Hiinas ehitati suur hulk polüräni tootmist. Vähestel riikidel olid tol ajal ranged seadused, mis nõudsid ränitetrakloriidi ladustamist ja kõrvaldamist, ning Hiina ei olnud erand, nagu Washington Posti ajakirjanikud avastasid.
- toota päikesepaneele, on sellised patareid alati nõutud, kuna päikeseenergia on ammendamatu ja räni, millest peamiselt päikesepatareid valmistatakse, on väga levinud aine.
Selle äriidee ainsaks puuduseks on tehnoloogilise protsessi vähearendamine päikesepaneelide tootmine, mis ei vähenda veel aku maksumust.
Päikesepatareide tootmine nõuab põhitooraine olemasolu - kvartsliiv, mis sisaldab märkimisväärses kontsentratsioonis ränidioksiidi ja mida on lihtne töödelda.
Lisaks, sõltuvalt räni tüübist: amorfne, monokristalliline ja polükristalliline, kasutatakse oma tootmistehnoloogiat. Homogeense kristallstruktuuriga ühekristallilise räni saamiseks kasvatatakse seda seemne monokristalli abil. Spetsiaalses ahjus, mis pöörleb teatud viisil.
Heterogeense struktuuriga polükristallilise räni tootmisel kasutatakse vähem kulukaid tehnoloogiaid. Polükristallilise räni saamiseks viiakse läbi aurustamine-sadestamine, mis põhjustab molekulide vaba ja juhusliku tahkumise.
Polükristallilisel ränil valmistatud patareid on suhteliselt madala hinnaga.
Seejärel lõigatakse tootmisprotsessist saadud ühekristallilised ränikettad ruudukujuliseks. Lisaks lõigatakse ruudukujuline ühekristalliline räni teemantketastega õhukesteks plaatideks paksusega 0,2–0,4 mm.
Seejärel puhastatakse need põhjalikult, treitakse, lihvitakse ja puhastatakse. Seejärel viiakse läbi ühekristalliliste räniplaatide testimine. Järgmisena ühendatakse räniplaadid päikesepatareide moodustamiseks. Seejärel kantakse akude räni osade pindadele ennetamiseks tugevast klaasist kaitsekatted
keskkonna negatiivset mõju. Järgmisena pinnad metalliseeritakse, seejärel kantakse spetsiaalse laminaadiga peegeldusvastane kate.
Nõutavate elektriliste parameetrite, eelkõige pinge ja voolu taseme saavutamiseks ühendatakse päikesepatareid järjestikku. See protsess toimub vastavalt klaaskile tehnoloogiale, mis on kirjas päikesepaneelide tootmise äriplaani. Kile kinnitatakse saadud fotogalvaanilise plaadi konstruktsiooni tagaküljele, seejärel suletakse kile servad, mis tagab päikesepatareide kvaliteedi.
Päikeseenergia toimel tekitavad voolu päikesepaneelide fotogalvaanilised elemendid. Siis koguneb vool ja seda saab juba kasutada teiste elektriseadmete toiteks.
Kuidas päikesepatarei teha - video:
Muide, päikesepatareid ise saab tellida tuntud veebioksjonitelt.
Inimkond on rohkem kui kümme aastat otsinud alternatiivseid energiaallikaid, mis suudaksid olemasolevaid vähemalt osaliselt asendada. Ja tänapäeval on kõige lootustandvamad kaks: tuule- ja päikeseenergia.
Tõsi, ei üks ega teine ei suuda pakkuda pidevat tootmist. Selle põhjuseks on tuuleroosi ebaühtlus ja päikesevoo intensiivsuse igapäevane-ilma-hooajaline kõikumine.
Tänapäeva energiatööstus pakub kolme peamist saamise meetodit elektrienergia, kuid need kõik on ühel või teisel viisil keskkonnale kahjulikud:
- Kütuseenergia tööstus- kõige keskkonnasaastuma, millega kaasnevad märkimisväärsed heitkogused atmosfääri süsinikdioksiid, tahm ja kasutu kuumus, mis põhjustab osoonikihi vähenemise. Selle jaoks kütusevarude ammutamine põhjustab ka olulist kahju loodusele.
- hüdroenergia on seotud väga oluliste maastikumuutustega, kasulike maade üleujutamisega, kahjustades kalavarusid.
- Tuumaenergia- kõige keskkonnasõbralikum kolmest, kuid nõuab turvalisuse säilitamiseks väga suuri kulutusi. Iga õnnetust võib seostada korvamatu pikaajalise kahjuga loodusele. Lisaks nõuab see erimeetmeid kasutatud kütusejäätmete kõrvaldamiseks.
Rangelt võttes on päikesekiirgusest elektri saamiseks mitu võimalust, kuid enamik neist kasutab selle vahepealset muundamist mehaaniliseks, generaatori võlli pööramiseks ja alles seejärel elektriks.
Sellised elektrijaamad on olemas, nad kasutavad Stirlingi välispõlemismootoreid, neil on hea kasutegur, kuid neil on ka märkimisväärne puudus: selleks, et koguda võimalikult palju päikeseenergiat, on vaja toota tohutuid paraboolpeegleid koos jälgimissüsteemidega. päikese asend.
Pean ütlema, et olukorra parandamiseks on lahendusi, kuid need on kõik üsna kallid.
On meetodeid, mis võimaldavad valguse energia otsest muundamiseks elektrivooluks. Ja kuigi fotoelektrilise efekti nähtus pooljuhtseleenis avastati juba 1876. aastal, siis alles 1953. aastal sai ränifotoelemendi leiutamisega võimalikuks luua päikesepaneele elektrienergia tootmiseks.
Sel ajal oli juba tekkimas teooria, mis võimaldas selgitada pooljuhtide omadusi ja luua nende tööstuslikuks tootmiseks praktilise tehnoloogia. Tänaseks on see kaasa toonud tõelise pooljuhtide revolutsiooni.
Päikesepatarei töö põhineb fotoelektrilise efekti nähtusel. pooljuht p-n ristmik, mis on sisuliselt tavaline ränidiood. Selle järeldusel ilmub valgustamisel foto-emf 0,5–0,55 V.
Elektrigeneraatorite ja akude kasutamisel tuleb arvestada nende vahel esinevate erinevustega. Ühendades kolmefaasilise elektrimootori vastavasse võrku, saate selle väljundvõimsuse kolmekordistada.
Järgides teatud juhiseid, minimaalne kulu vastavalt ressurssidele ja ajale on võimalik kodusteks vajadusteks valmistada kõrgsagedusliku impulssmuunduri võimsusosa. Saate uurida selliste toiteallikate struktuurseid ja skeeme.
Struktuurselt on päikesepatarei iga element valmistatud räniplaadi kujul, mille pindala on mitu cm 2 ja millele moodustub palju selliseid fotodioode, mis on ühendatud ühte vooluringi. Iga selline plaat on eraldi moodul, mis annab päikesevalguse käes teatud pinge ja voolu.
Ühendades sellised moodulid akusse ja kombineerides neid paralleelseeria ühenduses, on võimalik saada lai valik väljundvõimsuse väärtusi.
Päikesepaneelide peamised puudused:
- Suur ebatasasus ja ebaühtlus energia väljundis, olenevalt ilmast ja päikese hooajalisest kõrgusest.
- Kogu aku võimsuse piiramine, kui vähemalt üks osa sellest on varjutatud.
- Sõltuvus päikese suunast erinevatel kellaaegadel. Aku kõige tõhusamaks kasutamiseks peate tagama selle pideva orientatsiooni päikesele.
- Seoses eelnevaga energia salvestamise vajadus. Suurim energiatarbimine toimub ajal, mil selle tootmine on minimaalne.
- Piisava võimsusega ehitamiseks vajalik suur ala.
- Aku konstruktsiooni haprus, vajadus selle pinda pidevalt puhastada mustusest, lumest jne.
- Päikesemoodulid töötavad kõige tõhusamalt 25°C juures. Töötamise ajal soojendatakse neid päikese käes palju kõrgemale temperatuurile, mis vähendab oluliselt nende tõhusust. Tõhususe optimaalsel tasemel hoidmiseks on vaja tagada aku jahutus.
Tuleb märkida, et päikesepatareide arendamine, kasutades uusimaid materjale ja tehnoloogiaid, ilmub pidevalt. See võimaldab järk-järgult kõrvaldada päikesepaneelidele omased puudused või vähendada nende mõju. Niisiis ulatub viimaste orgaanilisi ja polümeerseid mooduleid kasutavate elementide efektiivsus juba 35% -ni ja loodetakse jõuda 90% -ni ning see võimaldab saada palju rohkem võimsust sama suurusega akuga või energiatõhususe säilitamisel oluliselt. vähendada aku mõõtmeid.
Muide, auto mootori keskmine kasutegur ei ületa 35%, mis võimaldab rääkida üsna tõsisest päikesepaneelide kasutegurist.On arendatud nanotehnoloogial põhinevaid elemente, mis töötavad langeva valguse erinevate nurkade all võrdselt tõhusalt, mis välistab vajaduse nende positsioneerimise järele.
Seega saame juba täna rääkida päikesepaneelide eelistest võrreldes teiste energiaallikatega:
- Mehaaniline energia muundamine ja liikuvad osad puuduvad.
- Minimaalsed tegevuskulud.
- Vastupidavus 30-50 aastat.
- Vaikne töö, ilma kahjulike heitmeteta. Keskkonnasõbralikkus.
- Liikuvus. Sülearvuti toiteks ja LED-taskulambi aku laadimiseks mõeldud aku mahub väikesesse seljakotti.
- Sõltumatus pidevate vooluallikate olemasolust. Võimalus laadida põllul kaasaegsete vidinate akusid.
- Vähenõudlik välised tegurid. Päikesepatareid saab paigutada kõikjale, igale maastikule, kui need on piisavalt päikesevalguse poolt valgustatud.
Maa ekvatoriaalsetes piirkondades on päikeseenergia keskmine voog keskmiselt 1,9 kW / m 2. Kesk-Venemaal on see vahemikus 0,7–1,0 kW / m 2. Klassikalise räni fotoelemendi efektiivsus ei ületa 13%.
Nagu näitavad katseandmed, kui ristkülikukujuline plaat on suunatud oma tasapinnaga lõunasse, päikese maksimumi punkti, siis 12-tunnise päikesepaistelise päevaga saab see muutuse tõttu mitte rohkem kui 42% kogu valgusvoost. selle langemisnurgas.
See tähendab, et keskmise päikesevoo 1 kW / m 2 korral on 12 tunniga võimalik saavutada 13% aku kasutegur ja kogukasutegur 42% mitte rohkem kui 1000 x 12 x 0,13 x 0,42 = 622,2 Wh või 0,6 kWh päevas alates 1 m 2. Seda on päikesepaisteline päev, pilvise ilmaga on see palju väiksem ja talvekuudel tuleb see väärtus jagada veel 3-ga.
Võttes arvesse pinge muundamise kadusid, võib 0,5 kWh / m 2 väärtuse aluseks võtta automaatikaahela, mis tagab akude optimaalse laadimisvoolu ja kaitseb neid ülelaadimise eest, ja muid elemente. Selle energiaga on võimalik säilitada aku laadimisvoolu 3 A pingel 13,8 V 12 tundi.
See tähendab, et täielikult tühjenenud autoaku, mille võimsus on 60 Ah, laadimiseks on vaja 2 m 2 suurust päikesepaneeli ja 50 Ah jaoks - umbes 1,5 m 2.Sellise võimsuse saamiseks võite osta valmispaneele, mida toodetakse elektrivõimsuste vahemikus 10–300 W. Näiteks üks 100 W paneel 12-tunnise päevavalguse jaoks, võttes arvesse koefitsienti 42%, annab 0,5 kWh.
Selline Hiinas valmistatud monokristallilisest ränist valmistatud väga heade omadustega paneel on praegu turul umbes 6400 rubla eest. Lahtise päikese käes vähem efektiivne, kuid pilvise ilmaga parema tootlusega, polükristalliline - 5000 r.
Kui teil on teatud oskused paigaldamisel ja jootmisel raadioelektroonilised seadmed võite proovida sarnase päikesepatarei ise kokku panna. Samas ei tasu loota väga suure hinnatõusuga, lisaks on valmis paneelid nii elementide endi kui ka kooste osas tehasekvaliteediga.
Kuid selliste paneelide müüki ei korraldata kaugeltki kõikjal ja nende transport nõuab väga karme tingimusi ja läheb üsna kalliks. Lisaks on isetootmisega võimalik, alustades väikesest, järk-järgult mooduleid lisada ja väljundvõimsust suurendada.
Materjalide valik paneeli loomiseks
Hiina veebipoed ja eBay pakuvad kõige laiemat valikut tooteid isetootmine mis tahes parameetritega päikesepaneelid.
Isegi lähiminevikus ostsid isetegijad plaate, mis tootmise käigus tagasi lükati, laastude või muude defektidega, kuid palju odavamalt. Need on täiesti töökorras, kuid neil on veidi väiksem võimsustasu. Arvestades pidevat hindade langust, on see praegu vaevalt soovitatav. Lõppude lõpuks, kaotades keskmiselt 10% võimsusest, kaotame paneeli efektiivses piirkonnas. jah ja välimus killustunud tükkidega plaatidest koosnev aku näeb üsna käsitööna välja.
Selliseid mooduleid saate osta ka Venemaa veebipoodidest, näiteks molotok.ru pakub polükristallilisi elemente tööparameetritega valgusvoo 1,0 kW/m2 juures:
- Pinge: tühikäigul - 0,55 V, töökorras - 0,5 V.
- Vool: lühis - 1,5 A, töökorras - 1,2 A.
- Töövõimsus - 0,62 W.
- Mõõdud - 52x77 mm.
- Hind 29 p.
Oma kätega päikesepatarei valmistamine koju
Päikesepaneeli valmistamiseks vajame sobivat raami, mille saate ise teha või juba valmis kaasa võtta. Selle jaoks mõeldud materjalidest on kõige parem kasutada duralumiiniumist, see ei allu korrosioonile, ei karda niiskust ja on vastupidav. Sobiva töötlemise ja värvimise korral sobivad nii teras kui isegi puit kaitseks atmosfääri sademete eest.
Näpunäide: ärge tehke paneeli väga suureks: see on elementide paigaldamisel, paigaldamisel ja hooldamisel ebamugav. Lisaks on väikesed paneelid madala tuulega, neid saab mugavamalt paigutada vajalike nurkade alla.Arvutame komponente
Otsustage meie raami suurus. 12-voldise happeaku laadimiseks on vajalik tööpinge vähemalt 13,8 V. Võtame aluseks 15 V. Selleks peame järjestikku ühendama 15 V / 0,5 V = 30 elementi.
Näpunäide: Päikesepaneeli väljund tuleks ühendada akuga läbi kaitsedioodi, et vältida selle isetühjenemist öösel läbi päikesepatareide. Seega on meie paneeli väljund: 15 V - 0,7 V = 14,3 V.Laadimisvoolu 3,6 A saamiseks peame paralleelselt ühendama kolm sellist ketti ehk 30 x 3 = 90 elementi. See maksab meile 90 x 29 rubla. = 2610 r.
Näpunäide: Päikesepaneeli elemendid ühendatakse paralleelseerias. Igas järjestikuses ahelas on vaja jälgida elementide arvu võrdsust.Selle vooluga saame pakkuda standardset laadimisrežiimi täielikult tühjenenud akule mahuga 3,6 x 10 = 36 Ah.
Tegelikkuses on see näitaja päeva jooksul ebaühtlase päikesevalguse tõttu väiksem. Seega peame tavalise 60 Ah autoaku laadimiseks ühendama kaks sellist paneeli paralleelselt.
See paneel suudab meile pakkuda elektrivõimsust 90 x 0,62 W ≈ 56 W.
Või 12-tunnise päikesepaistelise päeva jooksul 42% parandusteguriga 56 x 12 x 0,42 ≈ 0,28 kWh.
Asetame oma elemendid 6 rida 15 tükki. Kõigi elementide paigaldamiseks vajame pinda:
- Pikkus - 15 x 52 = 780 mm.
- Laius - 77 x 6 = 462 mm.
Kõigi plaatide tasuta paigutamiseks võtame oma raami mõõtmed: 900 × 500 mm.
Näpunäide: kui on olemas muude mõõtmetega valmisraame, saate elementide arvu vastavalt ülaltoodud kontuuridele ümber arvutada, valida muu suurusega elemendid, proovida neid paigutada, kombineerides ridade pikkust ja laiust.Samuti vajame:
- Elektriline jootekolb 40 W.
- Joote, kampol.
- Paigaldustraat.
- Silikoonhermeetik.
- Kahepoolne teip.
Tootmise etapid
Paneeli paigaldamiseks on vaja ette valmistada ühtlane töökoht piisav ala igast küljest mugava lähenemisega. Parem on asetada elementplaadid ise eraldi küljele, kus need on kaitstud juhuslike põrutuste ja kukkumiste eest. Võtke neid ettevaatlikult, ükshaaval.
Jääkvooluseadmed suurendavad teie kodu elektriahela ohutust, vähendades elektrilöögi ja tulekahjude ohtu. Üksikasjalik tutvustus iseloomulikud tunnused erinevad tüübid diferentsiaalvoolu lülitid ütlevad teile korteri ja maja kohta.
Elektriarvesti töötamise ajal tekivad olukorrad, kui see tuleb välja vahetada ja uuesti ühendada - selle kohta saate lugeda.
Tavaliselt kasutatakse paneelide valmistamiseks elementide eeljoodetud plaatide ühtseks ahelaks liimimise meetodit tasasele aluspinnale. Pakume teist võimalust:
- Asetame selle raami sisse, kinnitame hästi ja tihendame klaasi või pleksiklaasi servade ümber.
- Laotame sellele sobivas järjekorras, liimides need kahepoolse teibiga, elementide plaadid: töökülg klaasi külge, jootmine viib raami tagaküljele.
- Pannes raami lauale nii, et klaas on allapoole, saame mugavalt elementide juhtmed kokku joota. Elektripaigaldise teostame vastavalt valitud elektriskeemile.
- Lõpuks liimime plaadid kleeplindiga tagaküljele.
- Panime mingisuguse summutuspadja: lehtkumm, papp, puitkiudplaat jne.
- Me sisestame tagaseina raami sisse ja tihendame selle.
Soovi korral võite tagaseina asemel täita tagumise raami mõne seguga, näiteks epoksiidiga. Tõsi, see välistab juba paneeli lahtivõtmise ja parandamise võimaluse.
Muidugi ei piisa ühest 50 W akust isegi väikese maja toiteks. Kuid selle abiga on juba võimalik valgustust rakendada kaasaegsete LED-lampide abil.
Linnainimese mugavaks äraelamiseks kulub nüüd vähemalt 4 kWh elektrit päevas. Perekonnale vastavalt selle liikmete arvule.
Seetõttu peaks kolmeliikmelise pere eramaja päikesepaneel andma 12 kWh. Kui see peaks varustama eluruumi ainult päikeseenergiaga, vajame päikesepatarei, mille pindala on vähemalt 12 kWh / 0,6 kWh / m 2 \u003d 20 m 2.
Seda energiat tuleb salvestada akudes, mille võimsus on 12 kWh / 12 V = 1000 Ah, või umbes 16 aku 60 Ah.
Päikesepaneeliga aku ja selle kaitsega normaalseks tööks on vajalik laadimiskontroller.
12 V alalisvoolu teisendamiseks 220 V vahelduvvooluks vajate inverterit. Kuigi praegu on turul juba piisav arv elektriseadmeid 12 või 24 V pinge jaoks.
Näpunäide: madalpinge toitevõrkudes töötavad voolud palju rohkem kui kõrged väärtused Seetõttu peaksite võimsate seadmetega ühendamiseks valima sobiva sektsiooni juhtme. Inverteriga võrkude juhtmestik toimub vastavalt tavapärasele 220 V skeemile.Järelduste tegemine
Energia akumuleerimise ja ratsionaalse kasutamise tingimustes hakkavad ka tänapäeval ebatraditsioonilised elektrienergia tööstuse liigid oma tootmise kogumahus kõvasti suurenema. Võib isegi väita, et need muutuvad tasapisi traditsioonilisteks.
Arvestades kaasaegse oluliselt vähenenud energiatarbimise taset kodumasinad, energiasäästlike valgustusseadmete kasutamine ja uute tehnoloogiate päikesepatareide oluliselt suurenenud efektiivsus, võime öelda, et isegi praegu suudavad need pakkuda elektrit väikesele eramaja lõunapoolsetes riikides suure arvuga päikselised päevad aasta pärast.
Venemaal võib neid kombineeritud toitesüsteemides kasutada varu- või täiendavate energiaallikatena ja kui nende efektiivsust on võimalik tõsta vähemalt 70% -ni, siis on üsna reaalne kasutada neid peamiste elektritarnijatena.
Video sellest, kuidas ise päikeseenergia kogumiseks seadet valmistada
Pidevalt kasvav nõudlus päikeseenergia järele suurendab nõudlust seadmete järele, mis suudavad seda energiat salvestada ja hilisemateks vajadusteks kasutada. Kõige populaarsem viis elektrienergia tootmiseks on päikeseenergia. Selle põhjuseks on eelkõige asjaolu, et päikesepatareide tootmine põhineb räni kasutamisel - keemiline element, mis on maapõues sisult teisel kohal.
Päikesepatareide turgu esindavad tänapäeval maailma suurimad mitmemiljonilise käibe ja aastatepikkuse kogemusega ettevõtted. Päikesepaneelide tootmine põhineb erinevatel tehnoloogiatel, mida pidevalt täiustatakse. Olenevalt teie vajadustest võite leida päikesepaneele, mis on piisavalt väikesed, et mahtuda kalkulaatorisse, või paneele, mis mahuvad kergesti hoone või auto katusele. Reeglina toodavad üksikud fotogalvaanilised elemendid väga vähe energiat, mistõttu kasutatakse tehnoloogiaid nende ühendamiseks niinimetatud päikesemooduliteks. Sellest, kes ja kuidas seda teeb, sellest räägitakse edaspidi.
Päikesepaneelide valmistamise tehnoloogiline protsess
1. etapp
Esimene asi, millega algab igasugune tootmine, sealhulgas päikesepaneelide tootmine, on tooraine ettevalmistamine. Nagu me eespool mainisime, on peamine tooraine sisse sel juhul toimib räni või teatud kivimite kvartsliivana. Tooraine valmistamise tehnoloogia koosneb kahest protsessist:
- Kõrgel temperatuuril sulamise etapp.
- Sünteesi etapp, millega kaasneb erinevate kemikaalide lisamine.
Nende protsesside abil saavutatakse räni maksimaalne puhastusaste kuni 99,99%. Päikesepatareide tootmiseks kasutatakse kõige sagedamini monokristallilist ja polükristallilist räni. Nende tootmise tehnoloogiad on erinevad, kuid polükristallilise räni saamise protsess on odavam. Seetõttu on seda tüüpi ränist valmistatud päikesepatareid tarbijatele odavamad.
Pärast räni rafineerimist lõigatakse see õhukesteks vahvliteks, mida omakorda kontrollitakse hoolikalt, mõõtes elektrilisi parameetreid suure võimsusega ksenoonlampide välkude abil. Pärast katseid plaadid sorteeritakse ja saadetakse järgmine etapp tootmine.
2. etapp
Tehnoloogia teine etapp on plaatide osade kaupa jootmise protsess, millele järgneb nendest sektsioonidest klaasile plokkide moodustamine. Vaakumhoidjaid kasutatakse viimistletud sektsioonide ülekandmiseks klaasipinnale. See on vajalik selleks, et välistada mehaanilise mõju võimalus valmis päikesepatareidele. Sektsioonid moodustatakse tavaliselt 9 või 10 päikesepatareist ja plokid - 4 või 6 sektsioonist.
3. etapp
3. etapp on lamineerimise etapp. Fotogalvaaniliste plaatide joodetud plokid on lamineeritud etüleenvinüülatsetaatkilega ja spetsiaalse kaitsekattega. Arvutijuhtimise kasutamine võimaldab jälgida temperatuuri, vaakumi ja rõhu taset. Ja ka erinevate materjalide kasutamise korral vajalike lamineerimistingimuste programmeerimine.
4. etapp
Päikesepaneelide valmistamise viimasel etapil paigaldatakse alumiiniumraam ja ühenduskarp. Karbi ja mooduli usaldusväärseks ühendamiseks kasutatakse spetsiaalset hermeetikut-liimi. Seejärel testitakse päikesepaneele, kus nad mõõdavad lühisvoolu, maksimaalse võimsuspunkti voolu ja pinget ning lahtises pinget. Vajalike voolu- ja pingeväärtuste saamiseks on võimalik kombineerida mitte ainult päikesepatareid, vaid ka valmis päikeseplokke omavahel.
Millist varustust on vaja?
Päikesepaneelide tootmisel on vaja kasutada ainult kvaliteetseid seadmeid. See tagab minimaalsed vead erinevate indikaatorite mõõtmisel päikesepatareide ja neist koosnevate plokkide testimise protsessis. Seadmete töökindlus eeldab pikemat kasutusiga, mistõttu on ebaõnnestunud seadmete asendamise kulud minimeeritud. Madala kvaliteedi korral on võimalikud tootmistehnoloogia rikkumised.
Peamised päikesepaneelide tootmisprotsessis kasutatavad seadmed:
Kes meid päikesepaneelidega varustab?
Päikesepaneelid on väga paljutõotav äri ja mis kõige tähtsam, kasumlik. Ostetud päikesepaneelide arv kasvab iga aastaga. See tagab pideva müügikasvu, mis on iga päikesepaneelide tootmise tehase huvides ja neid on üle maailma palju.
Esikohal on loomulikult Hiina ettevõtted. Päikesepaneelide madal hind, mida Hiina ekspordib üle maailma, on toonud kaasa palju probleeme teistele. suurimad ettevõtted. Viimase 2-3 aasta jooksul on vähemalt 4 Saksa kaubamärki teatanud päikesepaneelide tootmise lõpetamisest. Kõik sai alguse Soloni pankrotist, mille järel sulgesid Solarhybrid, Q-Cells ja Solar Millennium. Ameerika ettevõte First Solar teatas ka oma Frankfurdis Oderis asuva tehase sulgemisest. Ka sellised hiiglased nagu Siemens ja Bosch piirasid oma paneelide tootmist. Kuigi arvestades, et Hiina päikesepaneelid on näiteks ligi 2 korda odavamad kui nende Saksa kolleegid, pole siin midagi imestada.
Päikesepaneele tootvate ettevõtete esikohad hõivavad:
- Yingli Green Energy (YGE) on juhtiv päikesepaneelide tootja. 2012. aastal ulatus selle kasum enam kui 120 miljoni dollarini. Kokku on ta paigaldanud üle 2 GW päikesemooduleid. Selle toodete hulka kuuluvad 245–265 W monokristallilised ränipaneelid ja 175–290 W polükristallilised räni akud.
- Esimene päikeseenergia. Kuigi see ettevõte sulges oma tehase Saksamaal, jäi see siiski suurimate hulka. Selle profiiliks on õhukese kilega paneelid, mille võimsus oli 2012. aastal ca 3,8 GW.
- Suntech Power Co. Tootmisvõimsus selle Hiina hiiglase võimsus on ligikaudu 1800 MW aastas. Umbes 13 miljonit päikesepaneeli 80 riigis on selle ettevõtte töö tulemus.
hulgas Venemaa tehased tuleks esile tõsta:
- "Päikesepaisteline tuul"
- Hevel LLC Novocheboksarskis
- Telecom-STV Zelenogradis
- JSC "Ryazani metallkeraamiliste seadmete tehas"
- CJSC "Termotron-zavod" ja teised.
Päikeseenergia seadmeid ja tooteid tootvate ja tarnivate ettevõtete täielikuma nimekirja leiate meie ettevõttest.
SRÜ riigid ei jää palju maha. Näiteks eelmisel aastal käivitati Astanas päikesepatareide tootmise tehas. See on esimene omataoline ettevõte Kasahstanis. Toorainena on plaanis kasutada 100% Kasahstani räni ning tehasesse paigaldatud seadmed vastavad kõigile uusimatele nõuetele ning on täielikult automatiseeritud. Sarnase tehase käivitamine on plaanis ka Usbekistanis. Ehituse algataja oli suurim Hiina ettevõte Suntech Power Holdings Co, sama pakkumine tuli Venemaa naftagigandilt Lukoil.
Sellise ehitustempo juures peaksime eeldama päikesemoodulite laialdast kasutamist. Kuid see pole halb. Keskkonnasõbralik energiaallikas, mis annab tasuta energiat, võib lahendada paljusid keskkonnareostuse ja fossiilkütuste ammendumisega seotud probleeme.
Artikli koostas Abdullina Regina
Video päikesepaneelide tootmisprotsessi kohta:
Energiahindade pideva tõusuga pööratakse üha enam tähelepanu alternatiivsetele elektrienergia allikatele. Nii väheneb sõltuvus tsentraliseeritud tarnetest ja paraneb keskkonnaseisund. Üheks valdkonnaks on päikesepaneelide tootmine, mis praeguseks tervikuna rahuldab elanikkonna kasvavaid vajadusi.
Mitte ainult välismaiste tootjate tooted, vaid ka Vene toodang. Tehnoloogilised protsessid on juba piisavalt arenenud, neid arendatakse ja täiustatakse pidevalt, aidates kaasa toodete efektiivsuse ja kvaliteedi tõusule.
Mis on päikesepatarei
Esimesed katsed päikeseenergia vallas algasid eelmise sajandi keskel. Juhtivad tööstusriigid on püüdnud elektrienergia tootmiseks kasutada soojusjaamu. See tehnoloogia hõlmas vee soojendamist kontsentreeritud päikesevalgusega, mille järel see muutus auruks. Seejärel juhiti see aur surve all generaatori turbiinidesse, pannes need pöörlema, mille tulemusena hakkas tekkima elekter.
Nendes paigaldistes muudeti päikeseenergiat korduvalt, mistõttu nende efektiivsus oli väga madal. Järk-järgult, pooljuhtide tootmise arenedes, ilmusid seadmed, mis muutsid päikesekiired otse elektrivooluks. See sai võimalikuks tänu fotoelektrilisele efektile, mis avastati juba 19. sajandil. Kuid tõelise päikesepatarei loomisele oli võimalik jõuda ainult tänu pooljuhtidele. Järk-järgult algas nende masstootmine, sealhulgas Vene Föderatsioonis.
Kõige tõhusamaks pooljuhiks osutus räni, mida kasutatakse enamikes kaasaegsetes päikesepaneelides. Päikesevalguse toimel ülemine plaat kuumeneb ja räni aatomid hakkavad kiirgama elektrone, mis asuvad alumises plaadis olevate aukude asemele. Kuna elektronid kipuvad oma algsesse asendisse tagasi pöörduma, hakkavad nad liikuma altpoolt ülemise plaadi suunas. Kuid need ei lange kohe oma kohale, vaid sisenevad ühendusjuhtmete kaudu akusse ja annavad osa energiast selle laadimiseks. Pärast seda võtavad nad oma koha sisse ja kogu protsess algab uuesti. See peatub pimeduse saabudes ja väheneb oluliselt pilves ilmaga.
Suurima efekti annavad ühekristallilise räni baasil loodud fotoelemendid, sealhulgas Venemaal toodetud. Sellistes kristallides minimaalne tahkude arv, mis tagab elektronide sirgjoonelise liikumise.
Kuidas päikesepaneel töötab
Paneeli disain sisaldab teatud arvu elemente, mis on fotoelektrilised muundurid. Nende abiga muudetakse päikeseenergia otse elektrienergiaks. Peamine materjal tootmiseks on kunstlikult kasvatatud. Neid toodetakse erinevate tehnoloogiate abil ja erinevad tõhususe poolest.
Fotogalvaaniliste elementide efektiivsuse määrab nende kasulik võimsus, mis sõltub pingest ja väljundvoolust. Nende parameetrite olekut mõjutab paneeli pinnale langeva päikesekiirguse intensiivsus. Väljundvoolu väärtus sõltub ka fotoelementide suurusest: mida heledam on valgus, seda tugevam on voolu generatsioon. Pilves ilmaga väheneb järsult laadimisvool ja väljundvõimsus.
Fotoelementide ühendamine üksteisega toimub kasutades. Esimesel juhul aitab see kaasa väljundpinge ja teisel juhul väljundvoolu suurenemisele. Tavaliselt kasutatakse mõlema näitaja parandamiseks ja optimaalseimaks muutmiseks kombineeritud meetodit. See ühendus tagab kogu paneeli usaldusväärse töö, isegi kui üks elementidest ebaõnnestub.
Kui üks fotosilmadest langeb varju, muutub see aku tühjenemise tõttu selle perioodi jaoks voolutarbijaks. Sellises olukorras võib see üle kuumeneda ja ebaõnnestuda. Selle vältimiseks tehakse šunteerimine dioodidega, mis on iga elemendi jaoks 4 tükki. Kui paneel langeb osaliselt varju, hakkab vool läbima dioode, mis säästab varjutatud kohti ülekuumenemise eest.
Kogu fotoelementide komplekt asetatakse ühisesse korpusesse, mis ühendab ja kinnitab kogu konstruktsiooni. Raam on valmistatud alumiiniumprofiilist ja spetsiaalsest kurnatud klaas kaetud helkurkilega. Šundi dioodid asetatakse ühenduskarpi.
Päikesepatarei ei saa tekkivat voolu otse tarbijale anda. Sel eesmärgil kasutatakse spetsiaalseid seadmeid - ühendusjuhtmeid ja muid osi.
Erinevad ränipaigaldised
Enne päikesepatareide valmistamise kaalumist on vaja uurida elementide fotogalvaanilises kihis kasutatavaid materjale. See on tingitud asjaolust, et iga materjal nõuab oma tootmistehnoloogiat ja mõjutab lõppkokkuvõttes konkreetse toote omadusi ja maksumust.
Enamik päikesepaneele kasutab ränikristalle. Muudest materjalidest akusid arendatakse, kuid vaatamata nende kõrgele hinnale ei ole need leidnud laialdast rakendust nende kõrge hinna tõttu. Praegu päikesepaneelide tootjad selliseid seadmeid ei tooda, kuna see on ebaefektiivne ja ebaotstarbekas.
Ränipõhised elemendid on kuumuse suhtes väga tundlikud. Elektritootmise mõõtmiseks kasutatakse baastemperatuuri 25 kraadi. Iga selle suurenemisega 1 kraadi võrra väheneb paneelide efektiivsus 0,5% -ni. Räni aluseks on jahvatatud kvartsliiva kristallid, mis on muudetud pulbriks.
Sõltuvalt tootmismeetodist on kõik paneelid jagatud järgmisteks tüüpideks.
monokristalliline
Neid eristab tumesinine värv, mis on ühtlaselt jaotunud kogu pinnale. Need on valmistatud puhtaimast ränist, mis võimaldab teil saavutada parima efektiivsuse, kuigi kõrge hinnaga. See suurenenud kulu on tingitud keerukusest tehnoloogilised protsessid mis suunavad kristalle samas suunas. Sel juhul on maksimaalse efektiivsuse saavutamiseks vajalik päikesekiirte rangelt risti langemine fotoelementide pinnale.
Sellega seoses vajavad monokristallpaneelid lisavarustust, et tagada nende pöörlemine ja joondamine päeva jooksul. Nende hulgas on Venemaa päikesepaneelide järele suur nõudlus.
Polükristalliline
Neil on erineva intensiivsusega ebaühtlane sinine värvus, mis on tingitud kristallide kaootilisest orientatsioonist. Päikesepatareides kasutatakse räni, mis ei ole nii puhas kui ühekristallilises versioonis, kuid kristallide erineva orientatsiooni tõttu hea esitus Tõhusus ka pilvise ilmaga.
Räni madalamad nõuded ja heterogeenne struktuur vähendab oluliselt selle tootmiskulusid, mis mõjutab ka selliste paneelide lõpphinda. Need ei vaja pidevat orientatsiooni päikese suhtes, seetõttu paigaldatakse need kõige sagedamini eramajade ja tööstusrajatiste katustele.
Amorfsed ränipaneelid
Tootmistehnoloogia on eelmiste versioonidega võrreldes täiesti erinev. Sel juhul ei kasutata mitte puhast räni, vaid ränihüdriidi, mis on kuumutatud auruseisundisse ja sadestatakse spetsiaalsele substraadile. Sellistel paneelidel on suhteliselt madal efektiivsus - ainult 8-9%, kuid nende hind on samuti väike.
Tänaseks on efektiivsusindeks tõstetud 12%-ni, kuid selliseid tooteid on turul endiselt väga vähe ja need on kallid. Isegi oluline temperatuuri tõus ei mõjuta amorfsete paneelide efektiivsust.
Fotoelementide tootmine
Kõigis spetsialiseerunud ettevõtetes algab päikesepatareide tootmine fotogalvaaniliste elementide valmistamisega. Igal kristallitüübil on oma tootmistehnoloogia.
Monokristalliline räni saadakse lähteaine kuumtöötlemise tulemusena. Väljund on materjali valuplokk ristkülikukujulise varda kujul, millel on ühtlane kristallvõre ja kõrge puhtusaste. Varda nurgad lõigatakse ära ja see lõigatakse õhukesteks plaatideks. Tulemuseks on ümarate nurkadega ruudud, mida kasutatakse fotoelementidena.
Polükristalliliste elementide tootmine on lihtsam, kuna pole vaja kasvatada ühtlase struktuuriga kristalle. Samuti kasutatakse toorainete kuumtöötlust. Pärast vardade lõikamist saadakse õhukesed plaadid, millel on nähtav heterogeenne struktuur ja osakeste kaootiline paigutus. Neile langev valgus peegeldub naaberosakestele, mille tulemusena väheneb summaarne peegeldusvõime umbes 25%.
Imamisomaduste parandamiseks töödeldakse plaatide pinda järjestikku leeliste ja hapetega. Seda tehnoloogiat kasutavad peaaegu kõik päikesepaneelide tootmisettevõtted.
Amorfseid paneele toodetakse ränihüdriidi pihustamisel jäigale või painduvale pinnale. Teatud omaduste andmiseks lisatakse pihustatud materjalile erinevaid nanoosakesi ja mikroelemente.
Valmis plaadid on kaetud spetsiaalse materjaliga, mis vähendab peegeldusomadusi. Vastasel juhul peegeldub umbes 10% kiirgusest tagasi ja langeb genereerimisprotsessist välja. elektrivool. Tänu kattele tungib valgus võimalikult sügavale ega peegeldu tagasi.
Päikesepaneelide tootmine
Laengu kogumiseks kantakse plaadi esiküljele metalliseeritud võrk, millel on joonte optimaalne paksus ja nende asukoht üksteise suhtes. Reeglina kasutatakse spetsiaalset hõbedat sisaldavat pastat. Hõbeda kõrge juhtivus võimaldab tõsta fotogalvaaniliste elementide efektiivsust 15% võrra. Edasi monteeritakse saadud fotoelementidest päikesepaneelid ühiseks struktuuriks.
Kogu toodang valmistooted võib jagada mitmeks etapiks:
- Kõigepealt tehakse testimine, mõõdetakse elektrilisi omadusi. Selleks kasutatakse ksenoonlampe, mis on võimelised tekitama võimsaid välku. Testitulemuste põhjal elemendid sorteeritakse ja viiakse järgmisse etappi.
- Alates valmis elemendid teostatakse klaasalusele laotud sektsioonide moodustamine. Paigaldamisel kasutatakse spetsiaalseid vaakumhaaratsi, et välistada igasugune mõju plaatidele. Üks plokk koosneb 4-6 sektsioonist ja iga sektsioon sisaldab 9-10 fotogalvaanilist plaati. Plokid ühendatakse omavahel jootmise teel, seega kestab iga selliselt kokkupandud komponent kauem.
- Järgmisena lamineeritakse ühendatud plokid etüleenvinüülatsetaatkilega, mille järel kantakse pinnale kaitsekiht. Kõik toimingud tehakse CNC-seadmetega ja lamineerimisparameetreid kontrollitakse kogu protsessi vältel.
- Viimasel etapil asetatakse valmis konstruktsioon alumiiniumprofiilraami. Kõik ühendused tehakse liim-hermeetikuga. Montaaži lõppedes testitakse taas valmis päikesepaneelide vastavust standardnäitajate poolt väljastatud parameetritele. Sellised meetmed võivad vähendada tagasilükkamiste protsenti ja pikendada päikesepaneelide eluiga.
Päikesepaneelide tootjad
Päikesepatareid on juba ammu katsete etapist laiaulatuslikuks muutunud tööstuslik tootmine. Häid ja kvaliteetseid tooteid toodavad kodumaised tehased. Tarbijatele pakutakse järgmisi Venemaa päikesepaneelide tootjaid.
Zelenogradi ettevõte CJSC "Telecom-STV" (Moskva ja Moskva piirkond)
Nende tooted on umbes 30% odavamad kui välismaised analoogid. 100 W võimsusega paneel maksab umbes 6000 rubla, deklareeritud efektiivsusega 20%. Ettevõte on spetsialiseerunud monokristalliliste paneelide tootmisele.
Rjazani keraamiliste metallseadmete tehas (ZMKP)
Üks populaarsemaid taimi Venemaal. Põhirõhk on pandud ka monokristallidele. Käivitatud lisavarustus- inverterid, kontrollerid ja muud komponendid. Mobiilseadmete laadimiseks toodetakse väikeseid toitepaneele.
Krasnodari taim "Saturn"
Tehnoloogiates kasutatakse metallist, nöörist, võrgust ja muud tüüpi raame. Saturni tooteid iseloomustab kõrge jõudlus mitte ainult tavatingimustes, vaid ka ruumis. Ettevõte Saturn teeb päikesepaneelide projekteerimise, tootmise ja katsetamise alal täistöötsüklit ning seda peetakse üheks parimaks ettevõtteks.
tuumaelektrijaam "Kvant"
Nad on spetsialiseerunud kahesuunalise tundlikkusega päikesepaneelide tootmisele. Lisaks traditsioonilistele materjalidele kasutatakse galliumarseniidi. Kõige populaarsem mudel on Kvant KSM-180P, võimsusega 185 W, pingega 36 V. Tootja deklareeritud kasutusiga on 40 aastat, eeldatav maksumus on 20 000 rubla.
