Napelem gyártás: technológia és berendezések

2024 Szerző: Howard Calhoun | [email protected]. Utoljára módosítva: 2023-12-17 10:30

Az emberiség arra törekszik, hogy alternatív áramforrásokra váltson, amelyek segítenek megőrizni a környezet tisztaságát és csökkentik az energiatermelés költségeit. A napelemek gyártása modern ipari módszer. Az áramellátó rendszer napelemes vevőket, akkumulátorokat, vezérlőket, invertereket és egyéb, meghatározott funkciókra tervezett eszközöket tartalmaz.

A napelem a fő elem, amelytől a sugárzási energia felhalmozódása és átalakulása kezdődik. A modern világban számos buktató vár a fogyasztóra a panel kiválasztásakor, mivel az iparág számos terméket kínál egy név alatt.

Szilícium napelemek

Ezek a termékek népszerűek a mai fogyasztók körében. Előállításuk alapja a szilícium. Mélységben lévő készletei széles körben elterjedtek, előállítása viszonylag olcsó. A szilícium cellák teljesítménye kedvezőbb a többi napelemhez képest.

Elemek típusai

Szilícium napelemeket a következő típusokban gyártanak:

• monokristályos;
• polikristályos;
• amorf.

Az eszközök fenti formái abban különböznek, hogy a szilícium atomok hogyan helyezkednek el a kristályban. Az elemek közötti fő különbség a fényenergia átalakítás hatékonyságának eltérő mutatója, amely az első két típusnál megközelítőleg azonos szinten van, és meghaladja az amorf szilíciumból készült eszközök értékeit.

A mai ipar számos napelemes fényfogó modellt kínál. Különbségük a napelemek gyártásához használt berendezésekben rejlik. A gyártási technológia és a kiindulási anyag típusa szerepet játszik.

Egykristály típus

Ezek az elemek egymáshoz erősített szilikoncellákból állnak. Czochralski tudós módszere szerint abszolút tiszta szilíciumot állítanak elő, amelyből egykristályokat készítenek. A következő folyamat a fagyasztott és megkeményedett félkész termék 250-300 mikron vastagságú lemezekre vágása. A vékony rétegeket elektródák fémrácsa telíti. A magas előállítási költségek ellenére az ilyen elemeket a magas konverziós arány (17-22%) miatt meglehetősen széles körben használják.

Polikristályos elemek gyártása

A napelemek polikristályokból történő előállításának technológiája az, hogy az olvadt szilíciummasszát fokozatosan lehűtik. A gyártás nem igényel drága berendezéseket, ezért a szilícium beszerzésének költsége csökken. A polikristályos napelemes tárolók hatékonysági tényezője alacsonyabb (11-18%), ellentétben a monokristályosakkal. Ez azzal magyarázható, hogy a hűtési folyamat során a szilícium tömege apró szemcsés buborékokkal telítődik, ami a sugarak további töréséhez vezet.

Amorf szilícium elemek

Speciális típusba soroljuk a termékeket, mivel a szilícium típushoz való tartozásuk a felhasznált anyag nevéből adódik, a napelemek gyártása pedig filmes készüléktechnológiával történik. A kristály a gyártási folyamatban átadja helyét a szilícium-hidrogénnek vagy szilíniumnak, amelynek vékony rétege borítja a hordozót. Az akkumulátorok hatékonysága a legalacsonyabb, mindössze 6%. Az elemek jelentős hátrányuk ellenére számos tagadhatatlan előnnyel rendelkeznek, amelyek jogot adnak számukra, hogy megfeleljenek a fenti típusoknak:

• optika abszorpciós értéke két tucatszor nagyobb, mint a monokristályos és polikristályos meghajtóké;
• minimum rétegvastagsága mindössze 1 mikron;
• felhős időjárás más fajoktól eltérően nem befolyásolja a könnyű átalakítási munkát;
• nagy hajlítószilárdságának köszönhetően problémamentesen használható nehéz helyeken is.

A fent ismertetett három fajta szolár átalakítót kettős tulajdonságú anyagokból készült hibrid termékek egészítik ki. Ilyen jellemzők akkor érhetők el, ha az amorf szilícium mikroelemeket vagy nanorészecskéket tartalmaz. A kapott anyag hasonló a polikristályos szilíciumhoz, de az új műszaki jellemzők révén kedvezően áll hozzá.mutatók.

Alapanyag CdTe film típusú napelemek gyártásához

Az anyagválasztást az előállítási költségek csökkentésének és a munkateljesítmény javításának szükségessége határozza meg. A leggyakrabban használt fényelnyelő kadmium-tellurid. A múlt század 70-es éveiben a CdTe-t az űrhasználat fő vetélytársának tartották, a modern iparban pedig széles körben alkalmazták a napenergiában.

Ez az anyag halmozott méreganyagnak minősül, így a károsságáról szóló vita nem csitul. A tudósok kutatásai megállapították, hogy a légkörbe jutó káros anyagok szintje elfogadható, és nem károsítja a környezetet. A hatásfok csak 11%, de az ilyen cellákból származó átalakított villamos energia költsége 20-30%-kal alacsonyabb, mint a szilícium típusú eszközöké.

Szelénből, rézből és indiumból készült sugarakkumulátorok

A készülékben található félvezetők réz, szelén és indium, ez utóbbit néha galliummal lehet helyettesíteni. Ennek oka az indium iránti nagy kereslet a lapos típusú monitorok gyártásához. Ezért ezt a helyettesítési lehetőséget választottuk, mivel az anyagok hasonló tulajdonságokkal rendelkeznek. De a hatékonysági mutató szempontjából a csere jelentős szerepet játszik, a gallium nélküli napelem gyártása 14%-kal növeli a készülék hatékonyságát.

Polimer alapú napkollektorok

Ezek az elemek a fiatal technológiák közé tartoznak, mivel nemrég jelentek meg a piacon. A szerves félvezetők elnyelik a fénytelektromos energiává alakítani. A gyártáshoz széncsoport fulleréneket használnak, polifenilént, réz-ftalocianint stb.. Ennek eredményeként vékony (100 nm) és rugalmas filmeket kapnak, amelyek a munka során 5-7% hatásfokú együtthatót adnak. Az érték kicsi, de a rugalmas napelemek gyártásának több pozitívuma is van:

• Az elkészítése nem kerül sokba;
• a rugalmas akkumulátorok beszerelésének lehetősége olyan kanyarokban, ahol a rugalmasság kiemelkedően fontos;
• a telepítés viszonylagos egyszerűsége és megfizethetősége;
• a rugalmas akkumulátorok környezetbarátak.

Vegyi pácolás a gyártás során

A legdrágább napelemes akkumulátor egy többkristályos vagy monokristályos szilícium lapka. A szilícium legracionálisabb felhasználása érdekében pszeudo-négyzet alakú figurákat vágnak ki, ugyanaz a forma lehetővé teszi a lemezek szoros elhelyezését a jövőbeli modulban. A vágási folyamat után a sérült felület mikroszkopikus rétegei maradnak a felületen, amelyeket maratással és textúrával távolítanak el, hogy javítsák a beeső sugarak vételét.

Az így kezelt felület egy véletlenszerűen elhelyezkedő mikropiramis, melynek széléről visszaverődően a fény más kiemelkedések oldalfelületeire esik. A lazítási eljárás körülbelül 25%-kal csökkenti az anyag fényvisszaverő képességét. A pácolási folyamat savas és lúgos kémhatásokat alkalmazfeldolgozás, de elfogadhatatlan a réteg vastagságának nagymértékű csökkentése, mivel a lemez nem bírja a következő feldolgozást.

Félvezetők a napelemekben

A napelem-gyártási technológia feltételezi, hogy a szilárd elektronika fő koncepciója a p-n átmenet. Ha az n-típusú elektromos vezetőképességét és a p-típusú lyukvezetőképességét egy lemezben egyesítjük, akkor a köztük lévő érintkezési ponton p-n átmenet jön létre. Ennek a definíciónak a fő fizikai tulajdonsága az a képesség, hogy gátként szolgáljon, és az elektromosságot egy irányba továbbítsa. Ez az effektus teszi lehetővé a napelemek teljes működésének biztosítását.

A foszfor diffúzió eredményeként a lemez végein egy n-típusú réteg képződik, amely az elem felületén alapszik, mindössze 0,5 mikron mélységben. A napelem gyártása biztosítja az ellenkező előjelű hordozók sekély behatolását, amelyek fény hatására keletkeznek. A p-n átmenet hatászónájához vezető útjuknak rövidnek kell lennie, különben találkozásukkor kiolthatják egymást anélkül, hogy bármilyen mennyiségű elektromosságot termelnének.

Plama-kémiai maratás használata

A szoláris akkumulátor kialakítása egy elülső felülettel rendelkezik, amelyen egy rács található az áramfelvételhez, és egy hátsó oldala van, amely szilárd érintkező. A diffúziós jelenség során elektromos rövidzárlat lép fel a két sík között, és a végére továbbítódik.

A rövidzárlat megszüntetéséhez a berendezést szoktáknapelemek, amely lehetővé teszi ezt plazma-kémiai, kémiai maratással vagy mechanikus, lézerrel. Gyakran alkalmazzák a plazmakémiai befolyásolás módszerét. A maratást egyidejűleg hajtják végre az egymásra helyezett szilíciumlapkák kötegénél. A folyamat eredménye a kezelés időtartamától, a szer összetételétől, az anyag négyzeteinek méretétől, az ionáramlási sugarak irányától és egyéb tényezőktől függ.

Tükröződésgátló bevonat felvitele

Ha egy textúrát egy elem felületére viszünk fel, a visszaverődés 11%-ra csökken. Ez azt jelenti, hogy a sugarak tizede egyszerűen visszaverődik a felületről, és nem vesz részt az elektromosság képződésében. Az ilyen veszteségek csökkentése érdekében az elem elülső oldalára fényimpulzusokat mélyen behatoló bevonatot visznek fel, amely nem tükrözi vissza azokat. A tudósok, figyelembe véve az optika törvényeit, meghatározzák a réteg összetételét és vastagságát, így az ilyen bevonattal ellátott napelemek gyártása és felszerelése akár 2%-kal is csökkenti a visszaverődést.

Érintkező borítás az elülső oldalon

Az elem felülete úgy van kialakítva, hogy a legnagyobb mennyiségű sugárzást nyelje el, ez a követelmény határozza meg az alkalmazott fémháló méret- és műszaki jellemzőit. Az elülső oldal kialakításának megválasztásával a mérnökök két ellentétes problémát oldanak meg. Az optikai veszteségek csökkenése vékonyabb vonalak és egymástól nagy távolságra való elhelyezkedés esetén következik be. A megnövelt hálózati méretű napelemek gyártása azt a tényt eredményezi, hogy a töltések egy része nem éri el az érintkezést, és elveszik.

Ezért a tudósok szabványosították az egyes fémek távolságának és vonalvastagságának értékét. A túl vékony csíkok teret nyitnak az elem felületén, hogy elnyeljék a sugarakat, de nem vezetnek erős áramot. A fémezés alkalmazásának modern módszerei szitanyomásból állnak. Anyagként leginkább az ezüsttartalmú paszta indokolja magát. Használatának köszönhetően az elem hatásfoka 15-17%-kal nő.

Metalizálás a készülék hátoldalán

A fém lerakódása a készülék hátulján kétféleképpen történik, amelyek mindegyike saját feladatát látja el. Az egyes lyukak kivételével a teljes felületen egy összefüggő vékony réteget alumíniummal szórunk be, a lyukakat ezüst tartalmú pasztával töltjük ki, amely kontakt szerepet játszik. A tömör alumíniumréteg egyfajta tükrös eszközként szolgál a hátoldalon a rács lelógó kristálykötéseiben elvesző ingyenes töltésekhez. Egy ilyen bevonattal a napelemek 2%-kal nagyobb teljesítményűek. A vásárlói vélemények szerint az ilyen elemek tartósabbak, és a felhős időjárás nem befolyásolja őket annyira.

Napelemek készítése saját kezűleg

Napból származó áramforrások, nem mindenki rendelhet és telepíthet otthon, mivel ezek költsége ma meglehetősen magas. Ezért sok kézműves és mesterember sajátítja el a napelemek otthoni gyártását.

Az interneten különféle oldalakon vásárolhat saját összeszereléshez szükséges fotocella-készleteket. A költségüka felhasznált lemezek számától és a teljesítménytől függ. Például az alacsony teljesítményű készletek, 63-76 W, 36 lappal, 2350-2560 rubelbe kerülnek. illetőleg. Itt vásárolhatók meg a gyártósorokról bármilyen okból visszautasított munkadarabok is.

A fotovoltaikus átalakító típusának kiválasztásakor vegye figyelembe, hogy a polikristályos cellák jobban ellenállnak a felhős időjárásnak, és hatékonyabban működnek, mint a monokristályosak, élettartamuk viszont rövidebb. A monokristályosak hatékonyabbak napsütéses időben, és sokkal tovább tartanak.

A napelemek otthoni gyártásának megszervezéséhez ki kell számítania az összes eszköz teljes terhelését, amelyet a jövőbeni átalakító fog táplálni, és meg kell határoznia az eszköz teljesítményét. Innen következik a fotocellák száma, figyelembe véve a panel dőlésszögét. Egyes kézművesek lehetőséget biztosítanak a felhalmozási sík helyzetének megváltoztatására a napforduló magasságától, télen pedig a leesett hó vastagságától függően.

A tok készítéséhez különböző anyagokat használnak. Leggyakrabban alumínium vagy rozsdamentes sarkokat helyeznek el, rétegelt lemezt, forgácslapot stb. használnak. Az átlátszó rész szerves vagy közönséges üvegből készül. Az értékesítésben vannak már forrasztott vezetőkkel ellátott fotocellák, előnyösebb ilyeneket vásárolni, mivel az összeszerelési feladat leegyszerűsödik. A tányérok nincsenek egymásra rakva - az alsók mikrorepedéseket okozhatnak. A forrasztóanyag és a folyasztószer előre felhordott. Kényelmesebb az elemek forrasztása úgy, hogy azonnal a munkaoldalra helyezi őket. A végén a szélső lemezeket a gumiabroncsokhoz hegesztik (szélesebb vezetők), majd a "mínusz" és a "plusz" kerül kiadásra.

Az elvégzett munka után a panelt teszteljük és lezárjuk. A külföldi kézművesek ehhez vegyszereket használnak, de a mi mestereink számára ezek meglehetősen drágák. A házi készítésű jelátalakítók szilikonnal vannak lezárva, a hátoldaluk pedig akril alapú lakkal van bevonva.

Összefoglalva, azt kell mondani, hogy a napelemeket saját kezűleg készítő mesterek véleménye mindig pozitív. Miután pénzt költöttek az átalakító gyártására és beszerelésére, a család gyorsan kifizeti azokat, és az ingyenes energia felhasználásával takarékoskodni kezd.