Oryginał wzięty z front_słoneczny c Produkcja energii elektrycznej z modułów fotowoltaicznych wcale nie jest „zielona”.
SF: Znudziło mi się gadanie o zagrożeniach dla środowiska czy bezpieczeństwie produkcji paneli fotowoltaicznych na poziomie „słyszałem” i „ekspert mi powiedział”, więc z radością przeczytałem to:
Zdjęcie: Imaginechina/Corbis.
Kontrola jakości w chińskim przedsiębiorstwie.
Produkcja energii elektrycznej z modułów fotowoltaicznych nie jest tak „zielona”, jak wielu osobom się wydaje.
Migoczące w słońcu panele słoneczne to ikona wszystkich zielonych ludzi. Ale czy wytwarzanie energii elektrycznej za pomocą paneli słonecznych jest naprawdę bardziej przyjazne dla środowiska? środowisko niż spalanie paliw kopalnych? Kilka incydentów zanieczyszczenie środowiska związane z produkcją tych świecących „zielonych” symboli. Okazuje się, że czas potrzebny na zrównoważenie energii i gazów cieplarnianych zużywanych i emitowanych podczas produkcji paneli różni się znacznie w zależności od technologii i położenia geograficznego.
To była zła wiadomość. Dobra wiadomość jest taka, że przemysł może z łatwością wyeliminować wiele z nich skutki uboczne które istnieją. Jest to możliwe po części dlatego, że od 2008 roku produkcja fotowoltaiki przeniosła się z Europy, Japonii i Stanów Zjednoczonych do Chin, Malezji, Filipin i Tajwanu. Obecnie prawie połowa światowych modułów fotowoltaicznych jest produkowana w Chinach. W rezultacie, chociaż ogólne osiągnięcia branży są dobre, kraje, które obecnie produkują najwięcej, są najmniej zaniepokojone ochroną środowiska i pracowników produkcyjnych.
Aby dokładnie zrozumieć, na czym polegają problemy i jak można je rozwiązać, trzeba wiedzieć coś o tym, jak powstają panele fotowoltaiczne. Chociaż energię słoneczną można wytwarzać za pomocą różnych technologii, zdecydowana większość dzisiejszych ogniw słonecznych rozpoczyna się od produkcji kwarcu, najpowszechniejszej formy krzemionki (dwutlenku krzemu), która jest przetwarzana na krzem. W tym momencie pojawia się pierwszy problem: kwarc wydobywa się z kopalń, w których górnicy są narażeni na ryzyko zachorowania na krzemicę płuc.
Podczas pierwszej obróbki kwarc przekształca się w krzem metalurgiczny, substancję używaną głównie do utwardzania stali i innych metali. Dzieje się tak w gigantycznych piekarnikach i wymaga dużo energii, aby utrzymać ich temperaturę (szczegóły poniżej). Na szczęście na tym etapie emisje, głównie dwutlenek węgla i dwutlenek siarki, nie mogą zaszkodzić osobom pracującym w tego typu zakładach lub znajdującym się w ich pobliżu.
Następnym krokiem jest przetworzenie krzemu metalurgicznego na czystszy polikrzem. W wyniku tego procesu powstaje tetrachlorek krzemu, wysoce toksyczny związek krzemu. Proces oczyszczania polega na reakcji kwasu solnego z krzemem metalurgicznym w celu wytworzenia trichlorosilanu. Trichlorosilan następnie reaguje z wodorem, tworząc polikrzem wraz z ciekłym tetrachlorkiem krzemu - trzy lub cztery tony czterochlorku na każdą tonę polikrzemu.
Większość producentów poddaje te odpady recyklingowi, aby wyprodukować więcej polikrzemu. Wytwarzanie krzemu z czterochlorku krzemu wymaga mniej energii niż wytwarzanie go z surowego dwutlenku krzemu, dlatego recykling tych odpadów pomaga producentom zaoszczędzić pieniądze. Ale taki sprzęt może kosztować dziesiątki milionów dolarów. Dlatego produkt uboczny jest często po prostu wyrzucany. Podczas interakcji z wodą, której trudno zapobiec, do środowiska uwalnia się kwas solny i szkodliwe opary.
Kiedy przemysł fotowoltaiczny był mniejszy, producenci ogniw słonecznych kupowali krzem od producentów mikroelektroniki, którzy odrzucali krzem ze względu na niewystarczającą czystość. Jednak boom w dziedzinie energii słonecznej wymagał większej ilości krzemu i w Chinach zbudowano duże zakłady produkcyjne polikrzemu. W tamtym czasie w niewielu krajach obowiązywały rygorystyczne przepisy wymagające przechowywania i usuwania czterochlorku krzemu, a Chiny nie były wyjątkiem, jak odkryli reporterzy „Washington Post”.
- produkować panele słoneczne, takie baterie będą zawsze poszukiwane, ponieważ energia słoneczna jest niewyczerpana, a krzem, z którego wykonane są głównie ogniwa słoneczne, jest bardzo powszechną substancją.
Jedyną wadą tego pomysłu na biznes jest niedopracowanie procesu technologicznego produkcja paneli słonecznych, co nie pozwala jeszcze obniżyć kosztu akumulatora.
Produkcja paneli słonecznych wymaga dostępności podstawowych surowców - piasek kwarcowy, zawierający znaczne stężenie dwutlenku krzemu i łatwy w obróbce.
Ponadto, w zależności od rodzaju krzemu: amorficzny, monokrystaliczny i polikrystaliczny, stosowana jest własna technologia produkcji. Aby otrzymać monokrystaliczny krzem o jednolitej strukturze krystalicznej, hoduje się go przy użyciu monokryształu zaszczepiającego. W specjalnym piekarniku, obracając się w określony sposób.
Tańsze technologie wykorzystuje się do produkcji krzemu polikrystalicznego, który ma niejednorodną strukturę. Aby otrzymać krzem polikrystaliczny, przeprowadza się osadzanie z fazy gazowej, co powoduje swobodne i losowe zestalanie się cząsteczek.
Produkowane akumulatory na bazie krzemu polikrystalicznego charakteryzują się stosunkowo niską ceną.
Powstałe monokrystaliczne dyski krzemowe są następnie przycinane do kwadratowego kształtu. Następnie za pomocą tarcz diamentowych tnie się kwadratowy krzem monokrystaliczny na cienkie płytki o grubości od 0,2 do 0,4 mm.
Następnie są one dokładnie czyszczone, toczone, szlifowane i czyszczone. Następnie przeprowadza się badania monokrystalicznych płytek krzemowych. Następnie płytki krzemowe są łączone, tworząc elementy ogniw słonecznych. Następnie na powierzchnie krzemowych części akumulatorów nakładane są powłoki ochronne z mocnego szkła, aby temu zapobiec
negatywne skutki dla środowiska. Następnie powierzchnie są metalizowane, a następnie nakładana jest powłoka antyrefleksyjna specjalnym laminatem.
Aby uzyskać wymagane parametry elektryczne, w szczególności poziomy napięcia i prądu, elementy baterii słonecznej łączy się szeregowo. Proces ten odbywa się zgodnie z technologią folii szklanej, która jest ujęta w biznesplanie dotyczącym produkcji paneli fotowoltaicznych. Folię mocuje się z tyłu powstałej struktury płytki fotowoltaicznej, następnie krawędzie folii są uszczelniane, zapewniając jakość ogniw słonecznych.
Pod wpływem energii słonecznej prąd wytwarzany jest przez elementy fotowoltaiczne paneli słonecznych. Następnie prąd gromadzi się i można go już wykorzystać do zasilania innych urządzeń elektrycznych.
Jak zrobić baterię słoneczną - wideo:
Nawiasem mówiąc, same ogniwa słoneczne można zamówić na znanych aukcjach internetowych.
Ludzkość od kilkudziesięciu lat poszukuje alternatywnych źródeł energii, które choć w części zastąpią te istniejące. A najbardziej obiecujące ze wszystkich dzisiaj wydają się być dwa: energia wiatrowa i słoneczna.
To prawda, że ani jedno, ani drugie nie może zapewnić ciągłej produkcji. Wynika to ze zmienności róży wiatrów i dziennych, pogodowo-sezonowych wahań natężenia strumienia słonecznego.
Dzisiejsza energetyka oferuje trzy główne metody pozyskiwania energia elektryczna, ale wszystkie z nich są w taki czy inny sposób szkodliwe dla środowiska:
- Przemysł paliwowo-elektryczny- najbardziej zanieczyszczające środowisko, któremu towarzyszą znaczne emisje do atmosfery dwutlenek węgla, sadzę i niepotrzebne ciepło, powodując kurczenie się warstwy ozonowej. Wydobywanie do niego zasobów paliwa powoduje również znaczne szkody dla środowiska.
- Energia wodna wiąże się z bardzo znaczącymi zmianami krajobrazu, zalewaniem gruntów użytkowych i powoduje szkody w zasobach rybnych.
- Energia atomowa- najbardziej przyjazny dla środowiska z trzech, ale wymaga bardzo znacznych kosztów w celu utrzymania bezpieczeństwa. Każdy wypadek może wiązać się z wyrządzeniem nieodwracalnej, długotrwałej szkody w przyrodzie. Ponadto wymaga specjalnych środków w zakresie usuwania zużytych odpadów paliwowych.
Ściśle rzecz biorąc, istnieje kilka sposobów pozyskiwania energii elektrycznej z promieniowania słonecznego, jednak większość z nich wykorzystuje jej pośrednią konwersję na energię mechaniczną, obracając wał generatora, a dopiero potem na energię elektryczną.
Takie elektrownie istnieją, korzystają z silników spalinowych Stirlinga, mają dobrą sprawność, ale mają też istotną wadę: aby zebrać jak najwięcej energii promieniowania słonecznego, konieczne jest wytwarzanie ogromnych zwierciadeł parabolicznych z systemami śledzenia ruchu położenie słońca.
Trzeba powiedzieć, że istnieją rozwiązania poprawiające sytuację, ale wszystkie są dość drogie.
Istnieją metody umożliwiające bezpośrednią konwersję energii świetlnej na prąd elektryczny. I chociaż zjawisko efektu fotoelektrycznego w selenie półprzewodnikowym odkryto już w 1876 roku, to dopiero w 1953 roku, wraz z wynalezieniem fotokomórki krzemowej, pojawiła się realna możliwość tworzenia ogniw słonecznych do wytwarzania energii elektrycznej.
W tym czasie pojawiła się już teoria, która pozwoliła wyjaśnić właściwości półprzewodników i stworzyć praktyczną technologię ich przemysłowej produkcji. Do tej pory zaowocowało to prawdziwą rewolucją w półprzewodnikach.
Działanie baterii słonecznej opiera się na efekcie fotoelektrycznym. półprzewodnik p-n złącze, które jest w zasadzie zwykłą diodą krzemową. Gdy jest podświetlony, na jego zaciskach pojawia się fotowoltaika o wartości 0,5 ~ 0,55 V.
Korzystając z generatorów elektrycznych i akumulatorów, należy wziąć pod uwagę różnice między nimi. Podłączając trójfazowy silnik elektryczny do odpowiedniej sieci, można potroić jego moc wyjściową.
Zgodnie z pewnymi zaleceniami, z minimalne koszty Biorąc pod uwagę zasoby i czas, możliwe jest wyprodukowanie części mocy przetwornicy impulsów wysokiej częstotliwości na potrzeby domowe. Możesz przestudiować schematy strukturalne i obwodów takich zasilaczy.
Konstrukcyjnie każdy element baterii słonecznej wykonany jest w postaci płytki krzemowej o powierzchni kilku cm2, na której uformowanych jest wiele takich fotodiod połączonych w jeden obwód. Każda taka płytka jest oddzielnym modułem, który pod wpływem światła słonecznego wytwarza określone napięcie i prąd.
Łącząc takie moduły w akumulator i łącząc ich połączenie równoległo-szeregowe, można uzyskać szeroki zakres wartości mocy wyjściowej.
Główne wady paneli słonecznych:
- Duża nierówność i nieregularność produkcji energii w zależności od pogody i sezonowej wysokości słońca.
- Ogranicza moc całego akumulatora, jeśli przynajmniej jedna jego część jest zacieniona.
- Zależność od kierunku słońca w różnych porach dnia. Aby maksymalnie efektywnie wykorzystać akumulator, należy zadbać o to, aby był on zawsze skierowany w stronę słońca.
- W związku z powyższym pojawia się potrzeba magazynowania energii. Największe zużycie energii występuje w czasie, gdy jej produkcja jest minimalna.
- Wymagana duża powierzchnia dla konstrukcji o wystarczającej mocy.
- Kruchość konstrukcji akumulatora, konieczność ciągłego czyszczenia jego powierzchni z brudu, śniegu itp.
- Moduły słoneczne działają najskuteczniej w temperaturze 25°C. Podczas pracy nagrzewają się pod wpływem słońca do znacznie wyższej temperatury, co znacznie zmniejsza ich wydajność. Aby utrzymać optymalną wydajność, akumulator musi być chłodny.
Należy zauważyć, że stale pojawiają się opracowania ogniw słonecznych wykorzystujących najnowocześniejsze materiały i technologie. Pozwala to stopniowo eliminować wady związane z panelami słonecznymi lub zmniejszać ich wpływ. Tym samym sprawność najnowszych ogniw wykorzystujących moduły organiczne i polimerowe sięgnęła już 35%, a oczekuje się, że osiągnie 90%, co pozwala uzyskać znacznie większą moc przy tych samych wymiarach akumulatora, czyli przy zachowaniu efektywności energetycznej, aby znacznie zmniejszyć wymiary akumulatora.
Nawiasem mówiąc, średnia wydajność silnika samochodowego nie przekracza 35%, co sugeruje, że panele słoneczne są dość skuteczne.Istnieją opracowania elementów opartych na nanotechnologii, które działają równie skutecznie pod różnymi kątami padania światła, co eliminuje potrzebę ich pozycjonowania.
Dlatego dziś możemy mówić o zaletach paneli słonecznych w porównaniu z innymi źródłami energii:
- Brak konwersji energii mechanicznej i ruchomych części.
- Minimalne koszty operacyjne.
- Trwałość 30 ~ 50 lat.
- Cicha praca, brak szkodliwych emisji. Przyjazność dla środowiska.
- Mobilność. Akumulator do zasilania laptopa i ładowania akumulatora do latarki LED zmieści się w małym plecaku.
- Niezależność od obecności źródeł prądu stałego. Możliwość ładowania akumulatorów nowoczesnych gadżetów w terenie.
- Niewymagający czynniki zewnętrzne. Ogniwa słoneczne można umieścić w dowolnym miejscu, w dowolnym krajobrazie, pod warunkiem, że otrzymają wystarczającą ilość światła słonecznego.
W równikowych obszarach Ziemi średni strumień energii słonecznej wynosi średnio 1,9 kW/m2. W centralnej Rosji mieści się w przedziale 0,7~1,0 kW/m2. Sprawność klasycznej fotokomórki krzemowej nie przekracza 13%.
Jak pokazują dane eksperymentalne, jeśli prostokątna płyta skierowana jest płaszczyzną na południe, do punktu maksimum słonecznego, to w ciągu 12-godzinnego słonecznego dnia otrzyma w wyniku zmiany nie więcej niż 42% całkowitego strumienia świetlnego w kącie padania.
Oznacza to, że przy średnim strumieniu światła słonecznego wynoszącym 1 kW/m2, w ciągu 12 godzin można uzyskać 13% sprawności akumulatora i jego całkowitą sprawność na poziomie 42% nie więcej niż 1000 x 12 x 0,13 x 0,42 = 622,2 Wh, czyli 0,6 kWh dziennie od 1 m 2. Zakładając, że dzień jest w pełni słoneczny, przy pochmurnej pogodzie jest to znacznie mniej, a w miesiącach zimowych wartość tę należy podzielić przez kolejne 3.
Biorąc pod uwagę straty spowodowane konwersją napięcia, układ automatyki zapewniający optymalny prąd ładowania akumulatorów i chroniący je przed przeładowaniem oraz inne elementy, za podstawę można przyjąć wartość 0,5 kWh/m 2 . Dzięki tej energii można utrzymać prąd ładowania akumulatora o natężeniu 3 A przy napięciu 13,8 V przez 12 godzin.
Oznacza to, że do naładowania całkowicie rozładowanego akumulatora samochodowego o pojemności 60 Ah potrzebny będzie panel słoneczny o powierzchni 2 m2, a dla 50 Ah - około 1,5 m2.Aby uzyskać taką moc można zakupić gotowe panele produkowane w zakresie mocy elektrycznej 10~300 W. Przykładowo jeden panel o mocy 100 W na 12 godzin światła dziennego, przy uwzględnieniu współczynnika 42%, dostarczy 0,5 kWh.
Taki chiński panel wykonany z monokrystalicznego krzemu o bardzo dobrych właściwościach kosztuje obecnie na rynku około 6400 rubli. Mniej skuteczny w otwartym słońcu, ale mający lepszą wydajność w pochmurną pogodę, polikrystaliczny - 5000 rubli.
Jeśli masz pewne umiejętności w zakresie instalacji i lutowania sprzęt radioelektroniczny Możesz spróbować samodzielnie złożyć podobną baterię słoneczną. Jednocześnie nie należy liczyć na bardzo duży wzrost ceny, ponadto gotowe panele mają jakość fabryczną, zarówno same elementy, jak i ich montaż.
Ale sprzedaż takich paneli nie jest wszędzie zorganizowana, a ich transport wymaga bardzo rygorystycznych warunków i będzie dość drogi. Ponadto przy samodzielnej produkcji możliwe staje się, zaczynając od małych, stopniowe dodawanie modułów i zwiększanie mocy wyjściowej.
Wybór materiałów do wykonania panelu
Chińskie sklepy internetowe, a także eBay oferują szeroki wybór przedmiotów własnej roboty baterie słoneczne o dowolnych parametrach.
Nawet w niedawnej przeszłości domowi pracownicy kupowali talerze, które zostały odrzucone podczas produkcji, miały odpryski lub inne wady, ale były znacznie tańsze. Są dość wydajne, ale mają nieco zmniejszoną moc wyjściową. Biorąc pod uwagę ciągły spadek cen, jest to obecnie mało wskazane. Przecież tracąc średnio 10% mocy, tracimy też efektywną powierzchnię panelu. tak i wygląd Bateria złożona z płytek z połamanymi kawałkami wygląda dość prowizorycznie.
Takie moduły można kupić także w rosyjskich sklepach internetowych, np. molotok.ru oferuje elementy polikrystaliczne o parametrach pracy przy strumieniu świetlnym 1,0 kW/m2:
- Napięcie: na biegu jałowym - 0,55 V, podczas pracy - 0,5 V.
- Prąd: zwarcie - 1,5 A, praca - 1,2 A.
- Moc robocza - 0,62 W.
- Wymiary - 52x77 mm.
- Cena 29 rubli.
Wykonanie baterii słonecznej do domu własnymi rękami
Do wykonania panelu słonecznego potrzebujemy odpowiedniej ramy, którą możesz wykonać samodzielnie lub odebrać gotową. Najlepszym materiałem do jego wykonania jest duraluminium, które nie ulega korozji, nie boi się wilgoci i jest trwałe. Przy odpowiedniej obróbce i malowaniu zarówno stal, jak i nawet drewno nadają się do ochrony przed opadami atmosferycznymi.
Rada: Nie należy robić zbyt dużego panelu: montaż elementów, instalacja i konserwacja będą niewygodne. Ponadto małe panele mają niski nawiew i można je wygodniej ustawić pod wymaganymi kątami.Obliczamy komponenty
Zdecydujmy o wymiarach naszej ramy. Aby naładować akumulator kwasowy 12 V, wymagane jest napięcie robocze co najmniej 13,8 V. Przyjmijmy za podstawę 15 V. Aby to zrobić, będziemy musieli połączyć szeregowo 15 V / 0,5 V = 30 elementów.
Wskazówka: Wyjście panelu słonecznego należy połączyć z akumulatorem poprzez diodę ochronną, aby zapobiec jego samorozładowaniu w nocy przez ogniwa słoneczne. Zatem moc wyjściowa naszego panelu będzie wynosić: 15 V – 0,7 V = 14,3 V.Aby uzyskać prąd ładowania 3,6 A, musimy połączyć równolegle trzy takie łańcuchy, czyli 30 x 3 = 90 elementów. Będzie nas to kosztować 90 x 29 rubli. = 2610 rubli.
Wskazówka: Elementy paneli słonecznych są łączone równolegle i szeregowo. Konieczne jest zachowanie równości liczby elementów w każdym kolejnym łańcuchu.Tym prądem możemy zapewnić standardowy tryb ładowania całkowicie rozładowanego akumulatora o pojemności 3,6 x 10 = 36 Ah.
W rzeczywistości liczba ta będzie mniejsza z powodu nierównomiernego nasłonecznienia w ciągu dnia. Zatem, aby naładować standardowy akumulator samochodowy 60 Ah, będziemy musieli połączyć dwa takie panele równolegle.
Panel ten może nam dostarczyć moc elektryczną na poziomie 90 x 0,62 W ≈ 56 W.
Lub w 12-godzinny słoneczny dzień, biorąc pod uwagę współczynnik korygujący 42% 56 x 12 x 0,42 ≈ 0,28 kWh.
Ułóżmy nasze elementy w 6 rzędach po 15 sztuk. Do montażu wszystkich elementów potrzebujemy powierzchni:
- Długość - 15 x 52 = 780 mm.
- Szerokość - 77 x 6 = 462 mm.
Aby swobodnie pomieścić wszystkie płyty, przyjmiemy wymiary naszej ramy: 900×500 mm.
Wskazówka: Jeśli istnieją gotowe ramki o innych wymiarach, możesz przeliczyć liczbę elementów zgodnie z podanymi powyżej schematami, wybrać elementy o innych standardowych rozmiarach i spróbować je ułożyć, łącząc długość i szerokość rzędów.Będziemy również potrzebować:
- Lutownica elektryczna o mocy 40 W.
- Lut, kalafonia.
- Przewód instalacyjny.
- Uszczelniacz silikonowy.
- Taśma dwustronna.
Etapy produkcji
Aby zamontować panel, konieczne jest przygotowanie poziomu Miejsce pracy wystarczająca powierzchnia z wygodnym dostępem ze wszystkich stron. Same płyty elementów lepiej jest umieścić osobno z boku, gdzie będą chronione przed przypadkowymi uderzeniami i upadkami. Należy je przyjmować ostrożnie, pojedynczo.
Urządzenia różnicowoprądowe poprawiają bezpieczeństwo domowej instalacji elektrycznej, zmniejszając prawdopodobieństwo porażenia prądem i pożaru. Szczegółowe wprowadzenie do charakterystyczne cechy różne rodzaje Wyłączniki różnicowoprądowe poinformują Cię o mieszkaniach i domach.
Podczas korzystania z licznika elektrycznego zdarzają się sytuacje, w których trzeba go wymienić i ponownie podłączyć - możesz o tym przeczytać.
Zazwyczaj do produkcji panelu stosuje się metodę przyklejania płytek z elementów wstępnie zlutowanych w jeden obwód na płaskie podłoże-podłoże. Oferujemy inną opcję:
- Wkładamy go do ramy, dobrze mocujemy i uszczelniamy krawędzie szkłem lub kawałkiem plexi.
- Układamy na nim płyty elementów w odpowiedniej kolejności, przyklejając je taśmą dwustronną: strona robocza do szyby, lutowanie prowadzi do tylnej strony ramy.
- Ustawiając ramkę na stole szkłem do dołu, możemy wygodnie przylutować końcówki elementów. Wykonujemy instalację elektryczną zgodnie z wybranym schematem elektrycznym.
- Na koniec przyklejamy płytki z tyłu taśmą.
- Kładziemy jakąś podkładkę tłumiącą: arkusz gumy, tektury, płyty pilśniowej itp.
- Wkładamy tylną ścianę do ramy i uszczelniamy ją.
W razie potrzeby zamiast tylnej ściany można wypełnić ramę z tyłu jakimś związkiem, na przykład żywicą epoksydową. To prawda, że wyeliminuje to możliwość demontażu i naprawy panelu.
Oczywiście jeden akumulator 50 W nie wystarczy do zasilenia nawet małego domu. Ale za jego pomocą można już wdrożyć w nim oświetlenie za pomocą nowoczesnych lamp LED.
Do wygodnego życia mieszkańca miasta potrzebne jest obecnie co najmniej 4 kWh energii elektrycznej dziennie. Dla rodziny – według liczby jej członków.
Dlatego panel słoneczny prywatnego domu dla trzyosobowej rodziny powinien zapewnić 12 kWh. Jeśli dom ma być zasilany prądem wyłącznie z energii słonecznej, przyda nam się bateria słoneczna o powierzchni co najmniej 12 kWh / 0,6 kWh/m2 = 20 m2.
Energię tę należy magazynować w akumulatorach o pojemności 12 kWh / 12 V = 1000 Ah, czyli około 16 akumulatorów po 60 Ah każdy.
Do normalnej pracy akumulatora z panelem słonecznym i jego zabezpieczeniem wymagany jest kontroler ładowania.
Aby przekonwertować napięcie 12 VDC na 220 VAC, będziesz potrzebować falownika. Chociaż obecnie na rynku jest już wystarczająca ilość sprzętu elektrycznego na napięcia 12 lub 24 V.
Rada: W sieciach zasilających niskiego napięcia prądy działają znacznie wyższe wysokie wartości dlatego przy podłączaniu do mocnego sprzętu należy wybrać przewód o odpowiednim przekroju. Okablowanie sieci z falownikiem odbywa się zgodnie ze zwykłym obwodem 220 V.Wyciągać wnioski
Z zastrzeżeniem akumulacji i racjonalnego wykorzystania energii, dziś nietradycyjne rodzaje energii elektrycznej zaczynają powodować znaczny wzrost całkowitej wielkości jej produkcji. Można nawet argumentować, że stopniowo stają się one tradycyjne.
Biorąc pod uwagę ostatnio znacznie obniżony poziom zużycia energii przez współczesne urządzenia sprzęt AGD, zastosowanie energooszczędnych urządzeń oświetleniowych oraz znacznie zwiększona wydajność paneli słonecznych nowych technologii, możemy powiedzieć, że są one już w stanie zapewnić energię elektryczną dla niewielkiej prywatny dom w krajach południowych z dużą liczbą słoneczne dni na rok.
W Rosji mogą one z powodzeniem zostać wykorzystane jako rezerwowe lub dodatkowe źródła energii w skojarzonych systemach zasilania, a jeśli uda się zwiększyć ich wydajność do co najmniej 70%, wówczas całkiem możliwe będzie wykorzystanie ich jako głównych dostawców energii elektrycznej.
Film o tym, jak samodzielnie wykonać urządzenie do gromadzenia energii słonecznej
Stały wzrost zużycia energii słonecznej przyczynia się do wzrostu zapotrzebowania na urządzenia, za pomocą których można tę energię magazynować i wykorzystywać na dalsze potrzeby. Najpopularniejszą metodą wytwarzania energii elektrycznej jest fotowoltaika słoneczna. Wyjaśnia to przede wszystkim fakt, że produkcja ogniw słonecznych opiera się na wykorzystaniu krzemu - pierwiastek chemiczny, który pod względem zawartości zajmuje drugie miejsce w skorupie ziemskiej.
Rynek paneli fotowoltaicznych reprezentowany jest dziś przez największe światowe firmy o wielomilionowych obrotach i wieloletnim doświadczeniu. Produkcja paneli słonecznych opiera się na różnych technologiach, które są stale udoskonalane. W zależności od potrzeb można znaleźć panele fotowoltaiczne na tyle duże, aby zmieściły się w mikrokalkulatorze lub panele, które z łatwością zmieszczą się na dachu budynku lub samochodu. Z reguły pojedyncze ogniwa słoneczne wytwarzają bardzo małą ilość energii, dlatego stosuje się technologie łączenia ich w tzw. moduły słoneczne. Kto to robi i jak, zostanie to omówione dalej.
Proces technologiczny wytwarzania paneli słonecznych
Scena 1
Pierwszą rzeczą, od której rozpoczyna się każda produkcja, w tym produkcja paneli słonecznych, jest przygotowanie surowców. Jak wspomnieliśmy powyżej, głównymi surowcami w w tym przypadku Używa się krzemu, a raczej piasku kwarcowego niektórych skał. Technologia przygotowania surowca składa się z 2 procesów:
- Etap topienia w wysokiej temperaturze.
- Etap syntezy, któremu towarzyszy dodatek różnych substancji chemicznych.
Dzięki tym procesom osiąga się maksymalny stopień oczyszczenia krzemu dochodzący do 99,99%. Do produkcji ogniw słonecznych najczęściej wykorzystuje się krzem monokrystaliczny i polikrystaliczny. Ich technologie produkcji są różne, ale proces wytwarzania krzemu polikrystalicznego jest tańszy. Dlatego ogniwa słoneczne wykonane z tego rodzaju krzemu są tańsze dla konsumentów.
Po oczyszczeniu krzem jest cięty na cienkie płytki, które z kolei są dokładnie testowane, mierząc parametry elektryczne za pomocą lamp ksenonowych dużej mocy. Po badaniach wafle są sortowane i wysyłane do Następny etap produkcja.
Etap 2
Drugi etap technologii to proces lutowania płyt w sekcje, a następnie formowanie z tych sekcji bloków na szkle. Uchwyty próżniowe służą do przenoszenia gotowych kształtowników na powierzchnię szklaną. Jest to konieczne, aby wykluczyć możliwość mechanicznego oddziaływania na gotowe ogniwa słoneczne. Sekcje z reguły składają się z 9 lub 10 ogniw słonecznych, a bloki - z 4 lub 6 sekcji.
Etap 3
Etap 3 to etap laminowania. Lutowane bloki płyt fotowoltaicznych laminowane są folią etylenowo-octanowo-winylową i specjalną powłoką ochronną. Zastosowanie sterowania komputerowego pozwala na monitorowanie poziomu temperatury, podciśnienia i ciśnienia. A także zaprogramuj wymagane warunki laminacji w przypadku zastosowania różnych materiałów.
Etap 4
Na ostatnim etapie produkcji paneli fotowoltaicznych montowana jest aluminiowa rama i skrzynka przyłączeniowa. Aby bezpiecznie połączyć skrzynkę z modułem, stosuje się specjalny klej uszczelniający. Następnie panele słoneczne poddawane są testom, podczas których mierzony jest prąd zwarciowy, prąd i napięcie punktu mocy maksymalnej oraz napięcie obwodu otwartego. Aby uzyskać wymagane wartości prądu i napięcia, możliwe jest łączenie ze sobą nie tylko ogniw słonecznych, ale także gotowych bloków fotowoltaicznych.
Jaki sprzęt jest potrzebny?
Produkując panele słoneczne, należy używać wyłącznie sprzętu wysokiej jakości. Zapewnia to minimalne błędy podczas pomiaru różnych wskaźników w procesie testowania ogniw słonecznych i składających się z nich bloków. Niezawodność sprzętu oznacza dłuższą żywotność, dlatego koszty wymiany uszkodzonego sprzętu są zminimalizowane. Jeśli jakość jest niska, technologia produkcji może zostać naruszona.
Główne urządzenia stosowane w procesie produkcji paneli słonecznych:
Kto dostarcza nam panele słoneczne?
Panele słoneczne to bardzo obiecujący biznes, a co najważniejsze dochodowy. Z roku na rok zwiększa się liczba kupowanych paneli fotowoltaicznych. Zapewnia to stały wzrost wolumenu sprzedaży, którym zainteresowany jest każdy zakład produkujący panele fotowoltaiczne, a jest ich na świecie niemało.
Na pierwszym miejscu są oczywiście firmy chińskie. Niski koszt paneli słonecznych, które Chińczycy eksportują na cały świat, doprowadził do wielu problemów dla innych. największych firm. W ciągu ostatnich 2-3 lat co najmniej 4 niemieckie marki ogłosiły zamknięcie produkcji paneli fotowoltaicznych. Wszystko zaczęło się od bankructwa Solona, po którym zamknęły się Solarhybrid, Q-Cells i Solar Millennium. Zamknięcie swojej fabryki we Frankfurcie nad Odrą ogłosiła także amerykańska firma First Solar. Produkcję paneli ograniczyli także tacy giganci jak Siemens i Bosch. Chociaż biorąc pod uwagę, że chińskie panele fotowoltaiczne kosztują np. prawie 2 razy taniej niż ich niemieckie odpowiedniki, nie ma tu nic dziwnego.
Pierwsze miejsca w czołówce firm produkujących panele fotowoltaiczne zajmują:
- Yingli Green Energy (YGE) jest wiodącym producentem paneli słonecznych. W 2012 roku jej zysk wyniósł ponad 120 milionów dolarów. Łącznie zainstalowała ponad 2 GW modułów fotowoltaicznych. W jej ofercie znajdują się panele z krzemu monokrystalicznego o mocy 245-265 W oraz akumulatory z krzemu polikrystalicznego o mocy 175-290 W.
- Pierwszy Solar. Choć firma ta zamknęła swój zakład w Niemczech, nadal pozostawała jedną z największych. Jej profil stanowią panele cienkowarstwowe, których moc w 2012 roku wynosiła około 3,8 GW.
- Suntech Power Co. Zdolność produkcyjna mocy tego chińskiego giganta wynosi około 1800 MW rocznie. Efektem pracy tej firmy jest około 13 milionów paneli słonecznych w 80 krajach na całym świecie.
Wśród Rosyjskie fabryki należy podkreślić:
- „Słoneczny wiatr”
- Hevel LLC w Nowoczeboksarsku
- Telecom-STV w Zelenogradzie
- OJSC „Zakład wyrobów metalowo-ceramicznych Ryazan”
- CJSC Termotron-zavod i inne.
Pełniejszą listę firm produkujących i dostarczających sprzęt i produkty do energetyki słonecznej znajdziesz w naszej.
Kraje WNP nie pozostają w tyle. Przykładowo w ubiegłym roku uruchomiono w Astanie zakład produkujący panele słoneczne. To pierwsze tego typu przedsięwzięcie w Kazachstanie. Planowane jest wykorzystanie jako surowca 100% kazachskiego krzemu, a urządzenia zainstalowane w zakładzie spełniają wszystkie najnowsze wymagania i są w pełni zautomatyzowane. Uzbekistan planuje także uruchomienie podobnego zakładu. Budowę rozpoczęli najwięksi Chińska firma Suntech Power Holdings Co, taką samą propozycję złożył rosyjski gigant naftowy ŁUKOIL.
Przy takim tempie budowy należy spodziewać się powszechnego wykorzystania modułów fotowoltaicznych. Ale to nie jest nic złego. Przyjazne dla środowiska źródło energii, zapewniające darmową energię, będzie w stanie rozwiązać wiele problemów związanych z zanieczyszczeniem środowiska i wyczerpywaniem się zasobów paliw naturalnych.
Artykuł przygotowała Abdullina Regina
Film o procesie produkcji paneli słonecznych:
W kontekście stale rosnących cen energii coraz większą uwagę zwraca się na alternatywne źródła energii elektrycznej. W ten sposób zmniejsza się zależność od scentralizowanych dostaw i poprawia się sytuacja środowiskowa. Jednym z obszarów jest produkcja paneli fotowoltaicznych, która obecnie w zasadzie zaspokaja rosnące potrzeby społeczeństwa.
Produkty nie tylko zagranicznych producentów cieszą się dużym zainteresowaniem, ale także Produkcja rosyjska. Procesy technologiczne są już wystarczająco rozwinięte, stale się rozwijają i udoskonalają, pomagając zwiększać wydajność i jakość produktów.
Co to jest bateria słoneczna
Pierwsze eksperymenty w dziedzinie energii słonecznej rozpoczęły się w połowie ubiegłego wieku. Wiodące kraje uprzemysłowione próbowały wykorzystać stacje cieplne do wytwarzania energii elektrycznej. Technologia ta polegała na podgrzewaniu wody skoncentrowanymi promieniami słonecznymi, po czym zamieniała się ona w parę. Para ta była następnie dostarczana pod ciśnieniem do turbin generatora, powodując ich obrót, w wyniku czego wytwarzano energię elektryczną.
W instalacjach tych energia słoneczna była wielokrotnie przetwarzana, przez co ich wydajność kształtowała się na bardzo niskim poziomie. Stopniowo wraz z rozwojem produkcji półprzewodników pojawiły się urządzenia, które bezpośrednio przekształcają promienie słoneczne w prąd elektryczny. Stało się to możliwe dzięki efektowi fotoelektrycznemu odkrytemu w XIX wieku. Ale zbliżenie się do stworzenia prawdziwej baterii słonecznej było możliwe tylko dzięki półprzewodnikom. Stopniowo rozpoczęła się ich masowa produkcja, w tym w Federacji Rosyjskiej.
Najbardziej wydajnym półprzewodnikiem jest krzem, który jest stosowany w większości nowoczesnych paneli słonecznych. Pod wpływem światła słonecznego górna płyta nagrzewa się, a atomy krzemu zaczynają emitować elektrony, które zastępują dziury w dolnej płycie. Gdy elektrony starają się odzyskać swoje pierwotne położenie, zaczynają przemieszczać się od dołu w kierunku górnej płyty. Ale nie od razu idą na swoje miejsce, ale poprzez przewody łączące dostają się do akumulatora i oddadzą część energii na jego ładowanie. Następnie zajmują swoje miejsce i cały proces rozpoczyna się od nowa. Zatrzymuje się wraz z nadejściem ciemności i znacznie maleje przy pochmurnej pogodzie.
Największy efekt uzyskują fotokomórki tworzone na bazie krzemu monokrystalicznego, w tym produkowane w Rosji. Takie kryształy mają minimalną liczbę ścian, co zapewnia prostoliniowy ruch elektronów.
Jak działa panel słoneczny?
Konstrukcja panelu uwzględnia pewną liczbę elementów będących przetwornikami fotoelektrycznymi. Za ich pomocą energia słoneczna przekształcana jest bezpośrednio w energię elektryczną. Głównym materiałem do produkcji jest sztuczna uprawa. Produkowane są przy użyciu różnych technologii i różnią się wydajnością.
O sprawności ogniw fotowoltaicznych decyduje ich moc użyteczna, która zależy od napięcia i prądu wyjściowego. Na stan tych parametrów wpływa natężenie promieniowania słonecznego padającego na powierzchnię panelu. Wartość prądu wyjściowego zależy również od wielkości fotokomórek: im jaśniejsze światło, tym silniejszy jest generowany prąd. Przy pochmurnej pogodzie następuje gwałtowny spadek prądu ładowania i mocy wyjściowej.
Połączenie fotokomórek ze sobą odbywa się za pomocą. W pierwszym przypadku pomaga to zwiększyć napięcie wyjściowe, w drugim - prąd wyjściowy. Zwykle stosuje się metodę łączoną w celu poprawy obu wskaźników i uczynienia ich bardziej optymalnymi. Połączenie to zapewnia niezawodną pracę całego panelu, nawet w przypadku awarii któregokolwiek elementu.
Gdy jedna z fotokomórek znajdzie się w cieniu, sama staje się przez ten okres odbiorcą prądu ze względu na rozładowywanie się akumulatora. W takiej sytuacji może się przegrzać i ulec awarii. Aby temu zapobiec, manewrowanie odbywa się za pomocą 4 diod na element. Kiedy panel znajduje się częściowo w cieniu, przez diody zaczyna przepływać prąd, co chroni zacienione obszary przed przegrzaniem.
Cały zestaw fotokomórek umieszczony jest we wspólnej obudowie spajającej i mocującej całą konstrukcję. Rama wykonana jest z profilu aluminiowego i zastosowano specjalne zabezpieczenie napięte szkło, pokryty folią odblaskową. Diody obejściowe umieszczone są w skrzynce przyłączeniowej.
Bateria słoneczna nie może dostarczać wytworzonego prądu bezpośrednio do odbiorcy. W tym celu stosuje się specjalny sprzęt - przewody łączące i inne części.
Rodzaje instalacji krzemowych
Przed rozważeniem produkcji ogniw słonecznych należy zbadać materiały użyte w warstwie ogniw fotowoltaicznych. Wynika to z faktu, że każdy materiał wymaga własnej technologii produkcji i ostatecznie wpływa na właściwości i koszt konkretnego produktu.
Większość paneli słonecznych wykorzystuje kryształy krzemu. Opracowywane są akumulatory z innymi materiałami, jednak pomimo wysokiej wydajności, nie znalazły one powszechnego zastosowania ze względu na wysoki koszt. Obecnie producenci paneli fotowoltaicznych nie produkują takich urządzeń, gdyż jest to nieefektywne i niepraktyczne.
Elementy na bazie krzemu są bardzo wrażliwe na ciepło. Do pomiaru wytwarzania energii elektrycznej stosuje się temperaturę bazową 25 stopni. Przy każdym wzroście o 1 stopień wydajność paneli spada do 0,5%. Podstawą krzemu są zmielone kryształki piasku kwarcowego zamienione w proszek.
W zależności od metody produkcji wszystkie panele dzielą się na następujące typy.
Monokrystaliczny
Wyróżniają się ciemnoniebieskim kolorem, równomiernie rozłożonym na całej powierzchni. Wykonane są z najczystszego krzemu, co pozwala uzyskać najlepszą wydajność, choć przy wysokiej cenie. Ten zwiększony koszt odbywa się kosztem złożoności. procesy technologiczne, orientując kryształy w jednym kierunku. W tym przypadku dla maksymalnej wydajności wymagane jest ściśle prostopadłe padanie promieni słonecznych na powierzchnię fotokomórek.
W związku z tym panele monokrystaliczne wymagają dodatkowego wyposażenia, aby zapewnić ich obrót i dostosowanie do pożądanej pozycji w ciągu dnia. Wśród nich rosyjskie panele słoneczne cieszą się dużym zainteresowaniem.
Polikrystaliczny
Mają nierównomierny niebieski kolor o różnej intensywności ze względu na przypadkową orientację kryształów. Ogniwa słoneczne wykorzystują krzem, który nie jest tak czysty jak w wersji monokrystalicznej, jednak ze względu na inną orientację kryształów są one dostarczane dobry występ Wydajność nawet przy pochmurnej pogodzie.
Niższe wymagania i niejednorodna struktura krzemu znacznie obniżają koszty jego produkcji, co również wpływa na ostateczny koszt takich paneli. Nie wymagają stałej orientacji względem słońca, dlatego najczęściej montuje się je na dachach domów prywatnych i obiektów przemysłowych.
Panele z amorficznego krzemu
Technologia produkcji jest zupełnie inna niż w poprzednich wersjach. W tym przypadku nie stosuje się czystego krzemu, ale wodorek krzemu, podgrzewany do stanu pary i osadzany na specjalnym podłożu. Takie panele mają stosunkowo niską wydajność - tylko 8-9%, ale ich cena jest niska.
Dziś wskaźnik efektywności został podniesiony do 12%, ale takich produktów jest wciąż na rynku bardzo mało, a do tego są drogie. Nawet znaczny wzrost temperatury nie wpływa na wydajność paneli amorficznych.
Produkcja fotokomórek
We wszystkich wyspecjalizowanych przedsiębiorstwach produkcja paneli słonecznych rozpoczyna się od produkcji fotokomórek. Każdy rodzaj kryształu ma własną technologię produkcji.
Krzem monokrystaliczny otrzymuje się w wyniku obróbki cieplnej surowców. Produktem wyjściowym jest wlewek materiału w postaci prostokątnego pręta o jednorodnej siatce krystalicznej i wysokim stopniu czystości. Narożniki bloku są odcinane, a sam blok cięty na cienkie płytki. Rezultatem są kwadraty z zaokrąglonymi narożnikami, które służą jako ogniwa słoneczne.
Produkcja elementów polikrystalicznych jest prostsza, gdyż nie wymaga hodowli kryształów o jednolitej strukturze. Stosuje się tu także obróbkę cieplną surowców. Po pocięciu prętów otrzymuje się cienkie płyty o widocznej niejednorodnej strukturze i chaotycznym układzie cząstek. Padające na nie światło odbija się od sąsiednich cząstek, w efekcie czego ogólny współczynnik odbicia zmniejsza się o około 25%.
Aby poprawić właściwości absorpcyjne, powierzchnię płytek poddaje się sukcesywnej obróbce alkaliami i kwasami. Z technologii tej korzysta niemal każdy zakład produkujący panele fotowoltaiczne.
Panele amorficzne powstają poprzez napylanie wodorku krzemu na sztywną lub elastyczną powierzchnię. W celu nadania określonych właściwości do natryskiwanego materiału dodaje się różne nanocząstki i mikroelementy.
Gotowe płyty pokrywane są specjalnym materiałem zmniejszającym właściwości odblaskowe. W przeciwnym razie około 10% promieniowania zostanie odbite i utracone w procesie wytwarzania prąd elektryczny. Dzięki powłoce światło wnika tak głęboko, jak to możliwe i nie jest odbijane.
Produkcja paneli słonecznych
W celu zebrania ładunku na przednią stronę płytki nakładana jest metalizowana siatka o optymalnej grubości linii i ich położeniu względem siebie. Z reguły stosuje się specjalną pastę zawierającą srebro. Wysoka przewodność srebra umożliwia zwiększenie wydajności fotokomórek o 15%. Następnie z powstałych fotokomórek montuje się panele słoneczne we wspólną konstrukcję.
Cała produkcja produkt końcowy można podzielić na kilka etapów:
- Przede wszystkim przeprowadzane są testy, mierzone są właściwości elektryczne. W tym celu stosuje się lampy ksenonowe, które mogą wytwarzać mocne błyski. Na podstawie wyników badań elementy są sortowane i przekazywane do kolejnego etapu.
- Z gotowe elementy formuje się sekcje i umieszcza na szklanym podłożu. Do układania stosuje się specjalne uchwyty podciśnieniowe, które eliminują wpływ uderzenia na płyty. Jeden blok składa się z 4-6 sekcji, a w każdej sekcji znajduje się 9-10 płyt fotowoltaicznych. Bloki łączone są ze sobą poprzez lutowanie, dzięki czemu każdy zmontowany w ten sposób element wytrzymuje dłużej.
- Następnie połączone bloki laminuje się folią etylenowo-octanowo-winylową, po czym na powierzchnię nakłada się powłokę ochronną. Wszystkie operacje wykonywane są na sprzęcie CNC, a parametry laminowania są kontrolowane w trakcie całego procesu.
- W ostatnim etapie gotową konstrukcję umieszcza się w ramie wykonanej z profilu aluminiowego. Wszystkie połączenia wykonane są za pomocą kleju-uszczelniacza. Po zakończeniu montażu gotowe panele słoneczne są ponownie testowane pod kątem zgodności wydanych parametrów ze wskaźnikami regulacyjnymi. Takie środki mogą zmniejszyć odsetek defektów i wydłużyć żywotność paneli słonecznych.
Producenci paneli słonecznych
Baterie słoneczne już dawno przeszły z etapu eksperymentalnego do powszechnego użytku. produkcja przemysłowa. Krajowe fabryki wytwarzają dobre i wysokiej jakości produkty. Konsumentom oferowani są następujący rosyjscy producenci paneli słonecznych.
Firma Zelenograd CJSC Telecom-STV (obwód moskiewski i moskiewski)
Ich produkty są o około 30% tańsze od zagranicznych odpowiedników. Panel o mocy 100 W kosztuje około 6000 rubli, przy deklarowanej wydajności 20%. Firma specjalizuje się w produkcji paneli monokrystalicznych.
Fabryka Wyrobów Metalowo-Ceramicznych Ryazan (ZMKP)
Jedna z najpopularniejszych roślin w Rosji. Główny nacisk położony jest także na monokryształy. Produkcja została ustalona dodatkowe wyposażenie- falowniki, sterowniki i inne podzespoły. Panele małej mocy produkowane są do ładowania urządzeń mobilnych.
Krasnodarska fabryka „Saturn”
Technologie wykorzystują metal, sznurek, siatkę i inne rodzaje ramek. Produkty Saturn wyróżniają się wysokimi parametrami użytkowymi nie tylko w normalnych warunkach, ale także w przestrzeni kosmicznej. Przedsiębiorstwo Saturn wykonuje pełny cykl prac nad projektowaniem, produkcją i testowaniem paneli słonecznych i jest uważane za jedno z najlepszych przedsiębiorstw.
elektrownia jądrowa „Kwant”
Specjalizują się w produkcji paneli słonecznych o dwukierunkowej czułości. Oprócz tradycyjnych materiałów stosuje się arsenek galu. Najpopularniejszym modelem jest Kvant KSM-180P o mocy 185 W i napięciu 36 V. Deklarowana przez producenta żywotność wynosi 40 lat, szacowany koszt to 20 000 rubli.
