Tvornice koje proizvode solarne ploče. Tehnologije za proizvodnju solarnih ćelija. Akumulatori zraka od selena, bakra i indija

02.06.2020 Izračuni

Izvornik preuzet iz solarna_prednja strana v Proizvodnja solarne energije uopće nije tako "zelena".

SF: Brbljanje o ekološkoj opasnosti ili sigurnosti proizvodnje solarnih panela na razini "čuo" i "stručnjak mi je rekao" uhvatilo me pa sam sa zadovoljstvom pročitao ovo:

Fotografija: Imaginechina/Corbis.
Kontrola kvalitete u kineskom poduzeću.

Proizvodnja električne energije pomoću solarnih modula uopće nije tako "zelena" kao što mnogi misle.

Solarni paneli koji svjetlucaju na suncu ikona su za sve zelene. No je li proizvodnja solarne energije doista ekološki prihvatljivija? okoliš nego sagorijevanje fosilnih goriva? Višestruki incidenti zagađenje okoliša povezan s proizvodnjom ovih svijetlećih "zelenih" simbola. Ispostavilo se da vrijeme potrebno za nadoknadu energije i stakleničkih plinova koji se koriste i emitiraju u proizvodnji ploča uvelike varira ovisno o tehnologiji i zemljopisnom području.

Ovo su bile loše vijesti. Dobra vijest je da industrija može lako eliminirati mnoge od njih nuspojave koji postoje. To je djelomično zato što se od 2008. fotonaponska proizvodnja preselila iz Europe, Japana i Sjedinjenih Američkih Država u Kinu, Maleziju, Filipine i Tajvan. Danas se gotovo polovica svjetskih solarnih modula proizvodi u Kini. Kao rezultat toga, dok su ukupni rezultati u industriji dobri, one zemlje koje danas proizvode najveći dio proizvodnje obično su najmanje zabrinute za zaštitu okoliša i radnika u proizvodnji.

Da bismo točno razumjeli koji su problemi i kako ih riješiti, potrebno je znati nekoliko stvari o načinu izrade fotonaponskih panela. Iako se solarna energija može generirati korištenjem raznih tehnologija, velika većina današnjih solarnih ćelija potječe od kvarca, najčešćeg oblika silicija (silicijev dioksid) koji se prerađuje u silicij. U ovoj fazi javlja se prvi problem: kvarc se vadi iz rudnika, gdje su rudari u opasnosti od silikoze pluća.

Na početku obrade kvarc se pretvara u metalurški silicij, tvar koja se prvenstveno koristi za kaljenje čelika i drugih metala. To se događa u golemim pećnicama i potrebno je mnogo energije da ih održe vrućima (pojedinosti u nastavku). Srećom, u ovoj fazi emisije, uglavnom ugljični dioksid i sumporov dioksid, ne mogu naštetiti ljudima koji rade u takvim postrojenjima ili u blizini poduzeća.

Sljedeći korak je prerada metalurškog silicija u čišći – polisilicij. Procesom se proizvodi silicijev tetraklorid, vrlo otrovni spoj silicija. Proces pročišćavanja uključuje reakciju klorovodične kiseline s metalurškim silicijem kako bi se proizveo triklorosilan. Triklorosilan zatim reagira s vodikom da bi se proizveo polisilicij zajedno s tekućim silicijevim tetrakloridom - tri ili četiri tone tetraklorida za svaku tonu polisilicija.

Većina proizvođača reciklira ovaj otpad kako bi proizvela više polisilicija. Za proizvodnju silicija iz silicijevog tetraklorida potrebno je manje energije nego za proizvodnju iz sirovog silicijevog dioksida, pa recikliranje ovog otpada pomaže proizvođačima uštedjeti novac. Ali takva oprema može koštati desetke milijuna dolara. Stoga se nusproizvod često jednostavno odbaci. U interakciji s vodom, a to je teško spriječiti, klorovodična kiselina i štetni dimovi oslobađaju se u okoliš.

Kad je fotonaponska industrija bila manja, proizvođači solarnih ćelija kupovali su silicij od proizvođača mikroelektronike, koji su odbijali ovaj silicij zbog nedostatka čistoće. Ali procvat solarne energije zahtijevao je više silicija, pa je u Kini izgrađena velika proizvodnja polisilicija. Malo je zemalja u to vrijeme imalo stroge zakone koji su zahtijevali skladištenje i odlaganje silicijevog tetraklorida, a Kina nije bila iznimka, kako su otkrili novinari Washington Posta.

- proizvode solarne panele, takve će baterije uvijek biti tražene, budući da je sunčeva energija neiscrpna, a silicij, od kojeg se uglavnom izrađuju solarne ćelije, vrlo je česta tvar.

Jedini nedostatak ove poslovne ideje je nerazvijenost tehnološkog procesa proizvodnja solarnih panela, što još ne smanjuje cijenu baterije.
Proizvodnja solarnih baterija zahtijeva prisutnost osnovnih sirovina - kvarcni pijesak, koji sadrži značajnu koncentraciju silicijeva dioksida i jednostavan je za obradu.

Nadalje, ovisno o vrsti silicija: amorfni, monokristalni i polikristalni, koristi se vlastita tehnologija proizvodnje. Za dobivanje monokristalnog silicija s homogenom kristalnom strukturom, on se uzgaja pomoću monokristala klica. U posebnoj pećnici, rotirajući na određeni način.

Jeftinije tehnologije koriste se u proizvodnji polikristalnog silicija, koji ima heterogenu strukturu. Da bi se dobio polikristalni silicij, provodi se taloženje iz pare, što uzrokuje slobodno i nasumično skrućivanje molekula.

Proizvedene baterije na polikristalnom siliciju imaju relativno nisku cijenu.
Rezultirajući monokristalni silicijski diskovi iz procesa proizvodnje zatim se režu u kvadratni oblik. Nadalje, monokristalni silicij kvadratnog oblika reže se dijamantnim diskovima na tanke ploče debljine od 0,2 do 0,4 mm.

Zatim se podvrgavaju temeljitom čišćenju, tokarenju, brušenju i čišćenju. Zatim se provodi ispitivanje ploča monokristalnog silicija. Zatim se silicijske ploče povezuju u solarne ćelije. Zatim se zaštitni premazi od čvrstog stakla nanose na površine silikonskih dijelova baterija kako bi se spriječilo
negativan utjecaj okoline. Zatim se površine metaliziraju, zatim se posebnim laminatom nanosi antirefleksni premaz.

Za postizanje potrebnih električnih parametara, posebice razine napona i struje, solarne ćelije se spajaju u seriju. Ovaj proces odvija se u skladu s tehnologijom staklenog filma, upisanom u poslovni plan proizvodnje solarnih ćelija. Film se pričvrsti na stražnju stranu dobivene strukture fotonaponske ploče, zatim se rubovi filma zapečaćuju, što jamči kvalitetu solarnih ćelija.

Pod djelovanjem Sunčeve energije struju stvaraju fotonaponske ćelije solarnih ploča. Tada se struja akumulira i već se može koristiti za napajanje drugih električnih uređaja.

Kako napraviti solarnu bateriju - video:

Usput, same solarne ćelije mogu se naručiti na poznatim internetskim aukcijama.

Već više od desetljeća čovječanstvo je u potrazi za alternativnim izvorima energije koji mogu barem djelomično zamijeniti postojeće. A od svih danas najviše obećavaju dvije: energija vjetra i sunca.

Istina, ni jedan ni drugi ne mogu osigurati kontinuiranu proizvodnju. To je zbog nedosljednosti ruže vjetrova i dnevnih vremenskih i sezonskih kolebanja intenziteta sunčevog toka.

Današnja energetska industrija nudi tri glavne metode dobivanja električna energija, ali svi su na ovaj ili onaj način štetni za okoliš:

Energetika goriva- ekološki najzagađeniji, popraćen značajnim emisijama u atmosferu ugljični dioksid, čađu i beskorisnu toplinu, uzrokujući smanjenje ozonskog omotača. Ekstrakcija goriva za njega također uzrokuje značajnu štetu prirodi.
hidroenergija povezana je s vrlo značajnim promjenama krajolika, plavljenjem korisnih zemljišta, nanošenjem štete ribljim resursima.
Nuklearna elektrana- ekološki najprihvatljiviji od tri, ali zahtijeva vrlo značajne troškove za održavanje sigurnosti. Svaka nezgoda može biti povezana s dugotrajnom nepopravljivom štetom u prirodi. Osim toga, zahtijeva posebne mjere za zbrinjavanje otpadnog goriva.

Strogo govoreći, postoji više načina dobivanja električne energije iz sunčevog zračenja, ali većina njih koristi njegovu međupretvorbu u mehaničku, rotirajući osovinu generatora, pa tek onda u električnu energiju.

Takve elektrane postoje, koriste Stirlingove motore s vanjskim izgaranjem, imaju dobru učinkovitost, ali imaju i značajan nedostatak: da bi se prikupilo što više sunčeve energije, potrebno je proizvesti golema parabolična zrcala sa sustavima za praćenje položaj sunca.

Moram reći da postoje rješenja za poboljšanje situacije, ali su sva prilično skupa.

Postoje metode koje omogućuju izravnu pretvorbu svjetlosne energije u električnu struju. I premda je fenomen fotoelektričnog efekta u poluvodiču selena otkriven već 1876. godine, tek 1953. godine, izumom silicijske fotoćelije, postalo je moguće stvoriti solarne panele za proizvodnju električne energije.

U to vrijeme već je nastajala teorija koja je omogućila objašnjenje svojstava poluvodiča i stvaranje praktične tehnologije za njihovu industrijsku proizvodnju. Do danas je to rezultiralo pravom revolucijom poluvodiča.

Rad solarne baterije temelji se na fenomenu fotoelektričnog efekta. poluvodič p-n spoj, koji je u biti konvencionalna silicijska dioda. Na njegovim zaključcima, kada se osvijetli, pojavljuje se fotoemf od 0,5 ~ 0,55 V.

Kod korištenja električnih generatora i baterija potrebno je voditi računa o razlikama koje postoje između. Spajanjem trofaznog elektromotora na odgovarajuću mrežu možete utrostručiti njegovu izlaznu snagu.

Slijedeći određene smjernice, minimalni trošak prema resursima i vremenu, moguće je izraditi energetski dio visokofrekventnog impulsnog pretvarača za domaće potrebe. Možete proučiti strukturne i shematske dijagrame takvih izvora napajanja.

Strukturno, svaki element solarne baterije izrađen je u obliku silicijske pločice s površinom od nekoliko cm 2, na kojoj se formira mnoštvo takvih fotodioda povezanih u jedan krug. Svaka takva ploča je zaseban modul, koji daje određeni napon i struju pod sunčevom svjetlošću.

Spajanjem takvih modula u bateriju i njihovim kombiniranjem u paralelno-serijsku vezu može se dobiti širok raspon vrijednosti izlazne snage.

Glavni nedostaci solarnih panela:

Velika neujednačenost i nepravilnost proizvodnje energije, ovisno o vremenskim prilikama i sezonskoj visini sunca.
Ograničenje snage cijele baterije ako je barem jedan njezin dio zasjenjen.
Ovisnost o smjeru sunca u različito doba dana. Za najučinkovitije korištenje baterije potrebno je osigurati njenu stalnu orijentaciju prema suncu.
U vezi s navedenim, potreba za skladištenjem energije. Najveća potrošnja energije događa se u vrijeme kada je njezina proizvodnja minimalna.
Velika površina potrebna za izgradnju dovoljnog kapaciteta.
Krhkost dizajna baterije, potreba za stalnim čišćenjem njezine površine od prljavštine, snijega itd.
Solarni moduli najučinkovitije rade na 25°C. Tijekom rada zagrijavaju ih sunce na znatno višu temperaturu, što uvelike smanjuje njihovu učinkovitost. Kako bi učinkovitost bila na optimalnoj razini, potrebno je osigurati hlađenje baterije.

Treba napomenuti da se stalno pojavljuje razvoj solarnih ćelija korištenjem najnovijih materijala i tehnologija. To vam omogućuje da postupno uklonite nedostatke svojstvene solarnim panelima ili smanjite njihov utjecaj. Dakle, učinkovitost najnovijih ćelija koje koriste organske i polimerne module već doseže 35%, a očekuje se da će doseći 90%, što omogućuje dobivanje mnogo više snage s istom veličinom baterije ili, uz održavanje energetske učinkovitosti, značajno smanjite veličinu baterije.

Usput, prosječna učinkovitost motora automobila ne prelazi 35%, što nam omogućuje da govorimo o prilično ozbiljnoj učinkovitosti solarnih panela.

Postoji razvoj elemenata koji se temelje na nanotehnologiji koji rade jednako učinkovito pod različitim kutovima upadne svjetlosti, što eliminira potrebu za njihovim pozicioniranjem.

Dakle, već danas možemo govoriti o prednostima solarnih panela u odnosu na druge izvore energije:

Nema mehaničkih pretvorbi energije i nema pokretnih dijelova.
Minimalni operativni troškovi.
Trajnost 30~50 godina.
Tih rad, bez štetnih emisija. Ekološka prihvatljivost.
Mobilnost. Baterija za napajanje laptopa i punjenje baterije za LED svjetiljku stane u mali ruksak.
Neovisnost o prisutnosti izvora stalne struje. Mogućnost punjenja baterija modernih gadgeta na terenu.
Nezahtjevna za vanjski faktori. Solarne ćelije mogu se postaviti bilo gdje, na bilo kojem krajoliku, sve dok su dovoljno osvijetljene sunčevom svjetlošću.

U ekvatorijalnim područjima Zemlje prosječni tok sunčeve energije iznosi u prosjeku 1,9 kW/m 2 . U središnjoj Rusiji je u rasponu od 0,7 ~ 1,0 kW / m 2. Učinkovitost klasične silicijske fotoćelije ne prelazi 13%.

Kao što eksperimentalni podaci pokazuju, ako je pravokutna ploča usmjerena svojom ravninom prema jugu, do točke solarnog maksimuma, tada u 12-satnom sunčanom danu neće primiti više od 42% ukupnog svjetlosnog toka zbog promjene u svom upadnom kutu.

To znači da se uz prosječni solarni tok od 1 kW/m 2, 13% učinkovitosti baterije i njezina ukupna učinkovitost od 42% može postići u 12 sati ne više od 1000 x 12 x 0,13 x 0,42 = 622,2 Wh, ili 0 .6 kWh dnevno od 1 m 2. Ovo ovisi o punom sunčanom danu, po oblačnom vremenu je mnogo manje, au zimskim mjesecima ova se vrijednost mora podijeliti s još 3.

Uzimajući u obzir gubitke za pretvorbu napona, krug automatizacije koji osigurava optimalnu struju punjenja baterija i štiti ih od prekomjernog punjenja, te druge elemente, može se uzeti kao osnova za brojku od 0,5 kWh / m 2. Ovom energijom moguće je održavati struju punjenja baterije od 3 A pri naponu od 13,8 V tijekom 12 sati.

Odnosno, za punjenje potpuno ispražnjene automobilske baterije kapaciteta 60 Ah potrebna je solarna ploča od 2 m 2, a za 50 Ah - oko 1,5 m 2.

Da biste dobili takvu snagu, možete kupiti gotove panele koji se proizvode u rasponu električnih snaga od 10 ~ 300 W. Na primjer, jedna ploča od 100 W za 12-satnu dnevnu svjetlost, uzimajući u obzir koeficijent od 42%, dat će samo 0,5 kWh.

Takva ploča kineske proizvodnje od monokristalnog silicija s vrlo dobrim karakteristikama sada je na tržištu za oko 6400 rubalja. Manje učinkovit na otvorenom suncu, ali ima bolji povrat u oblačnom vremenu, polikristalni - 5000 r.

Ako imate određene vještine u instalaciji i lemljenju radio elektronička oprema možete pokušati sami sastaviti sličnu solarnu bateriju. Istodobno, ne biste trebali računati na vrlo veliki dobitak u cijeni, osim toga, gotovi paneli imaju tvorničku kvalitetu i samih elemenata i njihove montaže.

Ali prodaja takvih panela daleko je od toga da je posvuda organizirana, a njihov prijevoz zahtijeva vrlo teške uvjete i bit će prilično skup. Osim toga, samostalnom proizvodnjom postaje moguće, počevši od malog, postupno dodavati module i povećavati izlaznu snagu.

Odabir materijala za izradu ploče

Kineske internetske trgovine kao i eBay nude najširi izbor artikala za samoproizvodnja solarne ploče s bilo kojim parametrima.

Čak iu nedavnoj prošlosti, majstori su kupovali ploče koje su odbačene tijekom proizvodnje, s čipovima ili drugim nedostacima, ali mnogo jeftinije. Oni su potpuno funkcionalni, ali imaju malo smanjen povrat snage. S obzirom na stalni pad cijena, sada je to teško preporučljivo. Uostalom, gubeći u prosjeku 10% snage, gubimo u efektivnom području ploče. da i izgled baterija koja se sastoji od ploča s okrhnutim komadima izgleda prilično zanatski.

Također možete kupiti takve module u ruskim internetskim trgovinama, na primjer, molotok.ru nudi polikristalne elemente s radnim parametrima pri svjetlosnom toku od 1,0 kW/m2:

Napon: mirovanje - 0,55 V, rad - 0,5 V.
Struja: kratki spoj - 1,5 A, radna - 1,2 A.
Radna snaga - 0,62 W.
Dimenzije - 52x77 mm.
Cijena 29 str.

Savjet: Treba imati na umu da su elementi vrlo krhki i da se neki od njih mogu oštetiti tijekom transporta, stoga prilikom narudžbe treba osigurati određenu rezervu za njihovu količinu.

Izrada solarne baterije za vaš dom vlastitim rukama

Za izradu solarne ploče potreban nam je odgovarajući okvir koji možete sami izraditi ili pokupiti gotov. Od materijala za njega najbolje je koristiti duraluminij, nije podložan koroziji, ne boji se vlage i izdržljiv je. Uz odgovarajuću obradu i bojanje, i čelik, pa čak i drvo pogodni su za zaštitu od atmosferskih oborina.

Savjet: Nemojte napraviti ploču jako velikom: bit će nezgodno u instalaciji elemenata, instalaciji i održavanju. Osim toga, male ploče imaju nisku propusnost vjetra, mogu se prikladnije postaviti pod potrebnim kutovima.

Računamo komponente

Odlučite se o veličini našeg okvira. Za punjenje kiselinske baterije od 12 V potreban je radni napon od najmanje 13,8 V. Uzmimo kao osnovu 15 V. Da bismo to učinili, morat ćemo spojiti 15 V / 0,5 V = 30 ćelija u seriju.

Savjet: Izlaz solarne ploče treba biti spojen na bateriju preko zaštitne diode kako bi se izbjeglo njeno samopražnjenje noću kroz solarne ćelije. Dakle, izlaz naše ploče će biti: 15 V - 0,7 V = 14,3 V.

Da bismo dobili struju punjenja od 3,6 A, trebamo spojiti tri takva lanca paralelno, odnosno 30 x 3 = 90 elemenata. To će nas koštati 90 x 29 rubalja. = 2610 rubalja.

Savjet: Elementi solarne ploče spojeni su paralelno-serijski. Potrebno je promatrati jednakost broja elemenata u svakom uzastopnom lancu.

Ovom strujom možemo osigurati standardni način punjenja za potpuno ispražnjenu bateriju kapaciteta 3,6 x 10 = 36 Ah.

U stvarnosti će ta brojka biti manja zbog neravnomjerne sunčeve svjetlosti tijekom dana. Dakle, da bismo napunili standardni automobilski akumulator od 60 Ah, morat ćemo spojiti dvije takve ploče paralelno.

Ova ploča nam može dati električnu snagu od 90 x 0,62 W ≈ 56 W.

Ili tijekom 12-satnog sunčanog dana s faktorom korekcije od 42% 56 x 12 x 0,42 ≈ 0,28 kWh.

Postavimo naše elemente u 6 redova po 15 komada. Za ugradnju svih elemenata potrebna nam je površina:

Duljina - 15 x 52 = 780 mm.
Širina - 77 x 6 = 462 mm.

Za slobodno postavljanje svih ploča uzet ćemo dimenzije našeg okvira: 900 × 500 mm.

Savjet: Ako postoje gotovi okviri s drugim dimenzijama, možete ponovno izračunati broj elemenata u skladu s gornjim obrisima, odabrati elemente drugih veličina, pokušati ih postaviti kombinirajući duljinu i širinu redaka.

Također će nam trebati:

Električno lemilo 40 W.
Lem, kolofonij.
Montažna žica.
Silikonsko brtvilo.
Dvostrana traka.

Koraci proizvodnje

Za montažu panela, potrebno je pripremiti čak radno mjesto dovoljno površine s prikladnim pristupom sa svih strana. Bolje je postaviti same ploče elemenata odvojeno sa strane, gdje će biti zaštićene od slučajnih udaraca i padova. Uzmi ih pažljivo, jednu po jednu.

Uređaji za zaostalu struju povećavaju sigurnost vašeg kućnog električnog kruga smanjujući rizik od strujnog udara i požara. Detaljan uvod u karakteristične značajke različiti tipovi prekidači diferencijalne struje će vam reći za stan i kuću.

Tijekom rada električnog brojila nastaju situacije kada ga je potrebno zamijeniti i ponovno spojiti - o tome možete pročitati.

Obično se za izradu panela koristi metoda lijepljenja prethodno zalemljenih ploča elemenata u jedan lanac na ravnu podlogu. Nudimo još jednu opciju:

Umetnemo ga u okvir, dobro učvrstimo i zalijepimo staklo ili komad pleksiglasa oko rubova.
Na njega postavljamo odgovarajućim redoslijedom, lijepeći ih dvostranom trakom, ploče elemenata: radna strana na staklo, lemljenje vodi na stražnju stranu okvira.
Stavljajući okvir na stol sa staklom prema dolje, možemo zgodno zalemiti izvode elemenata. Elektroinstalacije izvodimo prema odabranoj shemi strujnog kruga.
Na kraju ploče sa stražnje strane lijepimo ljepljivom trakom.
Stavili smo neku vrstu prigušne podloge: gumu, karton, vlaknastu ploču itd.
Umetnemo stražnji zid u okvir i zapečatimo ga.

Po želji, umjesto stražnjeg zida, okvir sa stražnje strane možete ispuniti nekom vrstom spoja, na primjer, epoksidom. Istina, to će već isključiti mogućnost rastavljanja i popravka ploče.

Naravno, jedna baterija od 50 W nije dovoljna za napajanje čak ni male kuće. Ali uz njegovu pomoć već je moguće implementirati rasvjetu u njemu pomoću modernih LED svjetiljki.

Za udoban život gradskog stanovnika sada je potrebno najmanje 4 kWh električne energije dnevno. Za obitelj, prema broju članova.

Dakle, solarna ploča privatne kuće za tročlanu obitelj trebala bi osigurati 12 kWh. Ako dom treba opskrbljivati samo solarnom energijom, trebat će nam solarna baterija s površinom od najmanje 12 kWh / 0,6 kWh / m 2 \u003d 20 m 2.

Ova energija mora biti pohranjena u baterijama kapaciteta 12 kWh / 12 V = 1000 Ah, odnosno otprilike 16 baterija od 60 Ah.

Za normalan rad akumulatora sa solarnom pločom i njegovu zaštitu potreban je regulator punjenja.

Za pretvaranje 12V DC u 220V AC, trebat će vam pretvarač. Iako sada tržište već ima dovoljan broj električne opreme za napone od 12 ili 24 V.

Savjet: U niskonaponskim mrežama napajanja struje djeluju mnogo više od visoke vrijednosti, dakle, za ožičenje na moćnu opremu, trebali biste odabrati žicu odgovarajućeg odjeljka. Ožičenje za mreže s pretvaračem provodi se prema uobičajenoj shemi od 220 V.

Izvođenje zaključaka

U uvjetima akumulacije i racionalnog korištenja energije, već i danas netradicionalne vrste elektroprivrede počinju stvarati solidan porast ukupnog volumena svoje proizvodnje. Može se čak tvrditi da postupno postaju tradicionalni.

S obzirom na nedavno značajno smanjenje potrošnje energije modernih Kućanski aparati, korištenja štedljivih rasvjetnih uređaja i značajno povećane učinkovitosti solarnih baterija novih tehnologija, možemo reći da već sada mogu opskrbiti električnom energijom male privatna kuća u južnim zemljama s velikim brojem Sunčani dani u godini.

U Rusiji bi se mogli koristiti kao rezervni ili dodatni izvori energije u kombiniranim sustavima napajanja, a ako se njihova učinkovitost može povećati na najmanje 70%, tada će biti sasvim realno koristiti ih kao glavne dobavljače električne energije.

Video o tome kako sami napraviti uređaj za prikupljanje sunčeve energije

Stalno rastuća potražnja za solarnom energijom potiče povećanje potražnje za opremom koja može pohraniti tu energiju i koristiti je za kasnije potrebe. Najpopularniji način proizvodnje električne energije je solarni fotonapon. To je prije svega zbog činjenice da se proizvodnja solarnih ćelija temelji na korištenju silicija – kemijski element, koji zauzima drugo mjesto po sadržaju u zemljinoj kori.

Tržište solarnih baterija danas predstavljaju najveće svjetske tvrtke s višemilijunskim prometom i dugogodišnjim iskustvom. Proizvodnja solarnih panela temelji se na različitim tehnologijama koje se stalno usavršavaju. Ovisno o vašim potrebama, možete pronaći solarne panele veličine da stanu u kalkulator ili panele koji se lako mogu postaviti na krov zgrade ili automobila. Pojedinačne fotonaponske ćelije u pravilu proizvode vrlo malo energije, pa se koriste tehnologije za njihovo spajanje u tzv. solarne module. O tome tko i kako to radi i dalje će se raspravljati.

Tehnološki proces proizvodnje solarnih panela

1. faza

Prva stvar s kojom počinje svaka proizvodnja, pa tako i proizvodnja solarnih panela, je priprema sirovina. Kao što smo gore spomenuli, glavna sirovina u ovaj slučaj služi kao silicij, odnosno kvarcni pijesak pojedinih stijena. Tehnologija pripreme sirovine sastoji se od 2 procesa:

Stadij visokotemperaturnog taljenja.
Faza sinteze, praćena dodavanjem raznih kemikalija.

Kroz ove procese postiže se maksimalni stupanj pročišćavanja silicija do 99,99%. Za izradu solarnih ćelija najčešće se koriste monokristalni i polikristalni silicij. Tehnologije njihove proizvodnje su različite, ali je postupak dobivanja polikristalnog silicija jeftiniji. Stoga su solarne ćelije izrađene od ove vrste silicija jeftinije za potrošače.

Nakon što je silicij pročišćen, reže se na tanke pločice, koje se pažljivo testiraju mjerenjem električnih parametara pomoću bljeskova ksenonskih lampi velike snage. Nakon testiranja ploče se sortiraju i šalju u sljedeća razina proizvodnja.

Faza 2

Druga faza tehnologije je proces lemljenja ploča u dijelovima, s naknadnim oblikovanjem blokova na staklu iz tih dijelova. Vakuumski držači služe za prijenos gotovih sekcija na staklenu površinu. To je neophodno kako bi se isključila mogućnost mehaničkog utjecaja na gotove solarne ćelije. Sekcije se obično formiraju od 9 ili 10 solarnih ćelija, a blokovi - od 4 ili 6 sekcija.

Faza 3

Faza 3 je faza laminacije. Zalemljeni blokovi fotonaponskih ploča laminirani su etilen vinil acetatnim filmom i posebnim zaštitnim premazom. Korištenje računalne kontrole omogućuje vam praćenje razine temperature, vakuuma i tlaka. Također programirati potrebne uvjete laminacije u slučaju korištenja različitih materijala.

Faza 4

U posljednjoj fazi proizvodnje solarnih panela montiraju se aluminijski okvir i razvodna kutija. Za pouzdano spajanje kutije i modula koristi se posebno brtvilo-ljepilo. Nakon toga se solarni paneli testiraju, gdje se mjeri struja kratkog spoja, struja i napon maksimalne snage i napon otvorenog kruga. Da bi se dobile potrebne vrijednosti struje i napona, moguće je međusobno kombinirati ne samo solarne ćelije, već i gotove solarne blokove.

Koja je oprema potrebna?

U proizvodnji solarnih panela potrebno je koristiti samo visokokvalitetnu opremu. To osigurava minimalne pogreške pri mjerenju različitih pokazatelja u procesu testiranja solarnih ćelija i blokova koji se od njih sastoje. Pouzdanost opreme podrazumijeva dulji radni vijek, stoga je trošak zamjene neispravne opreme minimiziran. Uz nisku kvalitetu moguća su kršenja tehnologije proizvodnje.

Glavna oprema koja se koristi u procesu proizvodnje solarnih ploča:

Tko nam opskrbljuje solarne panele?

Solarni paneli su vrlo perspektivan posao, i što je najvažnije isplativ. Svake godine raste broj kupljenih solarnih panela. Time se osigurava konstantan rast prodaje, što je interes svake tvornice za proizvodnju solarnih panela, a takvih je u svijetu mnogo.

Na prvom mjestu su, naravno, kineske kompanije. Niska cijena solarnih panela koje Kinezi izvoze diljem svijeta dovela je do mnogih problema za druge. najveće tvrtke. U posljednje 2-3 godine najmanje 4 njemačke marke najavile su zatvaranje proizvodnje solarnih panela. Sve je počelo stečajem Solona, nakon čega su se zatvorili Solarhybrid, Q-Cells i Solar Millennium. Američka tvrtka First Solar također je najavila zatvaranje svoje tvornice u Frankfurtu na Odri. Divovi poput Siemensa i Boscha također su smanjili proizvodnju panela. Iako, s obzirom na to da su kineski solarni paneli, primjerice, gotovo 2 puta jeftiniji od njemačkih pandana, ovdje se nema što iznenaditi.

Prva mjesta u top tvrtkama koje proizvode solarne panele zauzimaju:

Yingli Green Energy (YGE) vodeći je proizvođač solarnih panela. U 2012. njegova je dobit iznosila više od 120 milijuna dolara. Ukupno je instalirao više od 2 GW solarnih modula. Njegovi proizvodi uključuju monokristalne silikonske ploče od 245-265 W i polikristalne silikonske baterije od 175-290 W.
Prvi Solar. Iako je ova tvrtka zatvorila svoj pogon u Njemačkoj, i dalje je ostala među najvećima. Njegov profil su tankoslojni paneli, čiji je kapacitet 2012. bio oko 3,8 GW.
Suntech Power Co. Kapacitet proizvodnje ovog kineskog diva iznosi približno 1800 MW godišnje. Oko 13 milijuna solarnih panela u 80 zemalja rezultat su rada ove tvrtke.

Među ruske tvornice treba istaknuti:

"Sunčani vjetar"
Hevel LLC u Novocheboksarsku
Telecom-STV u Zelenogradu
JSC "Ryazan Fabrika metal-keramičkih uređaja"
CJSC "Termotron-zavod" i drugi.

Potpuniji popis tvrtki koje proizvode i isporučuju opremu i proizvode za solarnu energiju možete pronaći u našem.

Zemlje ZND-a ne zaostaju daleko. Na primjer, prošle godine u Astani je pokrenut pogon za proizvodnju solarnih baterija. Ovo je prvo poduzeće takve vrste u Kazahstanu. Kao sirovina planira se koristiti 100% kazahstanski silicij, a oprema instalirana u tvornici zadovoljava sve najnovije zahtjeve i potpuno je automatizirana. Pokretanje sličnog pogona također je u planu Uzbekistana. Inicijator izgradnje bio je najveći kineska tvrtka Suntech Power Holdings Co, ista ponuda stigla je i od ruskog naftnog diva Lukoila.

Ovim tempom gradnje treba očekivati široku primjenu solarnih modula. Ali ovo nije loše. Ekološki prihvatljiv izvor energije koji daje besplatnu energiju može riješiti mnoge probleme povezane sa zagađenjem okoliša i iscrpljivanjem fosilnih goriva.

Članak pripremila Abdullina Regina

Video o procesu proizvodnje solarnih panela:

Sa stalnim rastom cijena energenata, sve se više pozornosti posvećuje alternativnim izvorima električne energije. Na taj se način smanjuje ovisnost o centraliziranim opskrbama i poboljšava ekološka situacija. Jedno od područja je i proizvodnja solarnih panela, koja do sada u cjelini zadovoljava sve veće potrebe stanovništva.

Proizvodi ne samo stranih proizvođača, već i ruske proizvodnje. Tehnološki procesi već su dovoljno razvijeni, stalno se razvijaju i unapređuju, što pridonosi povećanju učinkovitosti i kvalitete proizvoda.

Što je solarna baterija

Prvi eksperimenti na području solarne energije započeli su sredinom prošlog stoljeća. Vodeće industrijske zemlje pokušale su koristiti toplinske stanice za proizvodnju električne energije. Ova tehnologija uključivala je zagrijavanje vode koncentriranom sunčevom svjetlošću, nakon čega se pretvarala u paru. Zatim je ta para pod pritiskom dovedena u turbine generatora, uzrokujući njihovu rotaciju, uslijed čega se počela stvarati električna energija.

U tim se instalacijama solarna energija više puta transformirala, pa je njihova učinkovitost bila na vrlo niskoj razini. Postupno, s razvojem proizvodnje poluvodiča, pojavljuju se uređaji koji izravno pretvaraju sunčeve zrake u električnu struju. To je postalo moguće zahvaljujući fotoelektričnom efektu, otkrivenom još u 19. stoljeću. Ali bilo je moguće približiti se stvaranju prave solarne baterije samo zahvaljujući poluvodičima. Postupno je počela njihova masovna proizvodnja, uključujući i Rusku Federaciju.

Silicij, koji se koristi u većini modernih solarnih panela, pokazao se najučinkovitijim poluvodičem. Pod djelovanjem sunčeve svjetlosti gornja ploča se zagrijava i atomi silicija počinju emitirati elektrone koji zauzimaju mjesto rupa u donjoj ploči. Kako se elektroni nastoje vratiti u svoj prvobitni položaj, počinju se kretati odozdo prema gornjoj ploči. Ali, oni ne padaju odmah na svoje mjesto, već kroz spojne vodiče ulaze u bateriju i daju dio energije za njeno punjenje. Nakon toga oni zauzimaju svoje mjesto i cijeli proces počinje ispočetka. Prestaje s početkom mraka i značajno se smanjuje u oblačnom vremenu.

Najveći učinak dobivaju fotoćelije stvorene na bazi monokristalnog silicija, uključujući one proizvedene u Rusiji. Takvi kristali imaju minimalan broj lica, što osigurava pravocrtno gibanje elektrona.

Kako radi solarni panel

Dizajn ploče uključuje određeni broj elemenata koji su fotoelektrični pretvarači. Uz njihovu pomoć sunčeva energija se pretvara izravno u električnu energiju. Glavni materijal za proizvodnju je umjetno uzgojen. Proizvode se različitim tehnologijama i razlikuju se u učinkovitosti.

Učinkovitost fotonaponskih ćelija određena je njihovom korisnom snagom koja ovisi o naponu i izlaznoj struji. Na stanje ovih parametara utječe intenzitet sunčevog zračenja koje pada na površinu panela. Vrijednost izlazne struje također ovisi o veličini fotoćelija: što je svjetlo jače, to je jača struja. U oblačnom vremenu dolazi do naglog smanjenja struje punjenja i izlazne snage.

Međusobno povezivanje fotoćelija provodi se pomoću. U prvom slučaju to pridonosi povećanju izlaznog napona, au drugom - izlazne struje. Obično se koristi kombinirana metoda kako bi se poboljšala oba pokazatelja i učinila ih najoptimalnijima. Ova veza osigurava pouzdan rad cijele ploče, čak i ako jedan od elemenata ne uspije.

Kada jedna od fotoćelija padne u sjenu, za to vrijeme sama postaje potrošač struje zbog pražnjenja baterije. U takvoj situaciji može se pregrijati i pokvariti. Kako se to ne bi dogodilo, ranžiranje se izvodi s diodama od 4 komada za svaki element. Kada ploča djelomično padne u sjenu, struja počinje prolaziti kroz diode, što štedi zasjenjena mjesta od pregrijavanja.

Cijeli set fotoćelija smješten je u zajedničko kućište koje spaja i učvršćuje cijelu konstrukciju. Okvir je izrađen od aluminijskog profila, i to od spec procijeđeno staklo prekrivena reflektirajućom folijom. Shunt diode su postavljene u razvodnu kutiju.

Solarna baterija ne može dati generiranu struju izravno potrošaču. U tu svrhu koristi se posebna oprema - spojne žice i drugi dijelovi.

Varijante silikonskih instalacija

Prije razmatranja proizvodnje solarnih ćelija, potrebno je proučiti materijale koji se koriste u fotonaponskom sloju ćelija. To je zbog činjenice da svaki materijal zahtijeva vlastitu tehnologiju proizvodnje i u konačnici utječe na karakteristike i cijenu određenog proizvoda.

Većina solarnih panela koristi kristale silicija. Baterije s drugim materijalima se razvijaju, međutim, unatoč njihovoj visokoj vrijednosti, nisu našle široku primjenu zbog visoke cijene. Trenutno proizvođači solarnih panela ne proizvode takve uređaje, jer je neučinkovito i nepraktično.

Elementi na bazi silicija vrlo su osjetljivi na toplinu. Za mjerenje proizvodnje električne energije koristi se osnovna temperatura od 25 stupnjeva. Sa svakim povećanjem za 1 stupanj, učinkovitost panela smanjuje se na 0,5%. Osnova silicija su mljeveni kristali kvarcnog pijeska, pretvoreni u prah.

Ovisno o načinu proizvodnje, sve ploče su podijeljene u sljedeće vrste.

Monokristalni

Odlikuje ih tamnoplava boja, ravnomjerno raspoređena po cijeloj površini. Izrađeni su od najčišćeg silicija, što vam omogućuje najbolju učinkovitost, iako po visokoj cijeni. Ovaj povećani trošak je zbog složenosti tehnološki procesi koji usmjeravaju kristale u istom smjeru. U ovom slučaju, za maksimalnu učinkovitost, potrebno je strogo okomito upadanje sunčevih zraka na površinu fotoćelija.

U tom smislu, monokristalne ploče trebaju dodatnu opremu kako bi se osigurala njihova rotacija i poravnanje tijekom dana. Među njima su ruski solarni paneli vrlo traženi.

Polikristalni

Imaju neravnomjernu plavu boju različitog intenziteta zbog kaotične orijentacije kristala. Solarne ćelije koriste silicij koji nije toliko čist kao u monokristalnoj verziji, ali zbog različite orijentacije kristala, dobra izvedba Učinkovitost čak i po oblačnom vremenu.

Niži zahtjevi i heterogena struktura silicija znatno pojeftinjuje njegovu proizvodnju, što također utječe na konačnu cijenu ovakvih ploča. Ne zahtijevaju stalnu orijentaciju u odnosu na sunce, pa se najčešće postavljaju na krovove privatnih kuća i industrijskih objekata.

Ploče od amorfnog silicija

Tehnologija izrade potpuno je drugačija u odnosu na prethodne verzije. U ovom slučaju ne koristi se čisti silicij, već silicij hidrid, zagrijan do stanja pare i taložen na posebnu podlogu. Takve ploče imaju relativno nisku učinkovitost - samo 8-9%, ali njihova cijena je također mala.

Danas je indeks učinkovitosti podignut na 12%, no takvih je proizvoda još uvijek vrlo malo na tržištu, a i skupi su. Čak i značajno povećanje temperature ne utječe na učinkovitost amorfnih ploča.

Proizvodnja fotoćelija

U svim specijaliziranim poduzećima proizvodnja solarnih panela počinje proizvodnjom fotonaponskih ćelija. Svaka vrsta kristala ima svoju tehnologiju proizvodnje.

Monokristalni silicij dobiva se kao rezultat toplinske obrade sirovine. Izlaz je ingot materijala u obliku pravokutne šipke s ujednačenom kristalnom rešetkom i visokim stupnjem čistoće. Kutovi šipke su odrezani, a ona je izrezana na tanke ploče. Rezultat su kvadrati sa zaobljenim kutovima, koji se koriste kao fotoćelije.

Proizvodnja polikristalnih elemenata je jednostavnija, jer nije potrebno uzgajati kristale jednolike strukture. Također koristi toplinsku obradu sirovina. Nakon rezanja šipki dobivaju se tanke ploče s vidljivom heterogenom strukturom i kaotičnim rasporedom čestica. Svjetlost koja pada na njih reflektira se na susjednim česticama, zbog čega se ukupna refleksija smanjuje za oko 25%.

Kako bi se poboljšala svojstva upijanja, površina ploča se sukcesivno tretira s alkalijama i kiselinama. Ovu tehnologiju koristi gotovo svaka tvornica za proizvodnju solarnih panela.

Amorfne ploče proizvode se raspršivanjem silicijevog hidrida na krutu ili fleksibilnu površinu. Kako bi se postigla određena svojstva, prskanom materijalu dodaju se razne nanočestice i mikroelementi.

Gotove ploče obložene su posebnim materijalom koji smanjuje reflektirajuća svojstva. Inače će se približno 10% zračenja reflektirati natrag i ispasti iz procesa generiranja. električna struja. Zbog premaza, svjetlost prodire što je dublje moguće i ne odbija se natrag.

Proizvodnja solarnih panela

Za prikupljanje naboja na prednju stranu ploče nanosi se metalizirana mreža s optimalnom debljinom linija i njihovim položajem jedna u odnosu na drugu. U pravilu se koristi posebna pasta koja sadrži srebro. Visoka vodljivost srebra omogućuje povećanje učinkovitosti fotonaponskih ćelija za 15%. Nadalje, solarni paneli se sklapaju iz dobivenih fotoćelija u zajedničku strukturu.

Sva proizvodnja Gotovi proizvodi može se podijeliti u nekoliko faza:

Prije svega, provodi se ispitivanje, mjere se električne karakteristike. Za to se koriste ksenonske svjetiljke koje mogu proizvesti snažne bljeskove. Na temelju rezultata testa elementi se razvrstavaju i prelaze u sljedeću fazu.
Iz gotovih elemenata vrši se formiranje sekcija naslaganih na staklenu podlogu. Za polaganje se koriste posebne vakuumske hvataljke kako bi se isključio bilo kakav udar na ploče. Jedan blok se sastoji od 4-6 sekcija, a svaka sekcija uključuje 9-10 fotonaponskih ploča. Blokovi se međusobno spajaju lemljenjem, pa svaka tako sastavljena komponenta duže traje.
Zatim se povezani blokovi laminiraju etilen vinil acetatnim filmom, nakon čega se na površinu nanosi zaštitni premaz. Sve operacije izvode se na CNC opremi, a parametri laminacije kontroliraju se tijekom cijelog procesa.
U posljednjoj fazi, gotova konstrukcija postavlja se u okvir od aluminijskog profila. Svi spojevi se izvode pomoću ljepila-brtvila. Nakon završetka montaže, gotovi solarni paneli ponovno se testiraju na usklađenost s parametrima izdanim standardnim indikatorima. Takve mjere mogu smanjiti postotak odbačenih proizvoda i produžiti vijek trajanja solarnih panela.

Proizvođači solarnih panela

Solarne baterije odavno su prešle iz faze eksperimenata u široku industrijska proizvodnja. Dobre i kvalitetne proizvode proizvode domaće tvornice. Sljedeći ruski proizvođači solarnih panela nude se pozornosti potrošača.

Zelenogradska tvrtka CJSC "Telecom-STV" (Moskva i Moskovska regija)

Njihovi proizvodi su oko 30% jeftiniji od inozemnih kolega. Ploča snage 100 W košta oko 6000 rubalja, s deklariranom učinkovitošću od 20%. Tvrtka je specijalizirana za proizvodnju monokristalnih ploča.

Ryazan tvornica keramičko-metalnih uređaja (ZMKP)

Jedna od najpopularnijih biljaka u Rusiji. Glavni naglasak također je stavljen na monokristale. Pokrenut dodatna oprema- pretvarači, kontroleri i ostale komponente. Male strujne ploče proizvode se za punjenje mobilnih uređaja.

Krasnodarska tvornica "Saturn"

Tehnologije koriste metalne, strune, mrežaste i druge vrste okvira. Proizvodi Saturn karakteriziraju visoke performanse ne samo u normalnim uvjetima, već iu svemiru. Poduzeće Saturn obavlja cijeli ciklus radova na projektiranju, proizvodnji i testiranju solarnih panela i smatra se jednim od najboljih poduzeća.

NPP "Kvant"

Specijalizirani su za proizvodnju solarnih panela s dvosmjernom osjetljivošću. Uz tradicionalne materijale koristi se galijev arsenid. Najpopularniji model je Kvant KSM-180P, snage 185 W, s naponom od 36 V. Vijek trajanja koji je deklarirao proizvođač je 40 godina, procijenjeni trošak je 20 000 rubalja.