إنتاج البطاريات الشمسية: التكنولوجيا والمعدات

2024 مؤلف: Howard Calhoun | [email protected]. آخر تعديل: 2023-12-17 10:18

تسعى الإنسانية إلى التحول إلى مصادر بديلة للإمداد الكهربائي تساعد في الحفاظ على البيئة نظيفة وتقليل تكلفة توليد الطاقة. يعد إنتاج البطاريات الشمسية طريقة صناعية حديثة. يشتمل نظام الإمداد بالطاقة على مستقبلات الطاقة الشمسية والبطاريات وأجهزة التحكم والعاكسات والأجهزة الأخرى المصممة لوظائف محددة.

البطارية الشمسية هي العنصر الأساسي الذي يبدأ منه تراكم وتحويل طاقة الأشعة. في العالم الحديث ، هناك العديد من المزالق التي يواجهها المستهلك عند اختيار اللوحة ، حيث تقدم الصناعة عددًا كبيرًا من المنتجات مجتمعة تحت اسم واحد.

خلايا شمسية من السيليكون

تحظى هذه المنتجات بشعبية بين المستهلكين اليوم. السيليكون هو أساس تصنيعها. تنتشر احتياطياتها في الأعماق على نطاق واسع ، والإنتاج غير مكلف نسبيًا. تُقارن خلايا السيليكون بشكل إيجابي في مستويات الأداء مع الخلايا الشمسية الأخرى.

أنواع العناصر

يتم تصنيع خلايا السيليكون الشمسية بالأنواع التالية:

• أحادي البلورية ؛
• متعدد البلورات ؛
• غير متبلور.

تختلف الأشكال المذكورة أعلاه من الأجهزة في كيفية ترتيب ذرات السيليكون في البلورة. الاختلاف الرئيسي بين العناصر هو المؤشر المختلف لكفاءة تحويل الطاقة الضوئية ، والذي يكون في النوعين الأولين على نفس المستوى تقريبًا ويتجاوز قيم الأجهزة المصنوعة من السيليكون غير المتبلور.

تقدم صناعة اليوم عدة نماذج من أجهزة التقاط الضوء الشمسي. يكمن اختلافهم في المعدات المستخدمة لإنتاج الألواح الشمسية. تلعب تكنولوجيا التصنيع ونوع المواد الأولية دورًا.

نوع بلوري واحد

تتكون هذه العناصر من خلايا سيليكون مربوطة ببعضها البعض. وفقًا لطريقة العالم Czochralski ، يتم إنتاج السيليكون النقي تمامًا ، والذي تصنع منه بلورات مفردة. تتمثل العملية التالية في تقطيع المنتج شبه النهائي المجمد والمصلب إلى ألواح بسماكة تتراوح من 250 إلى 300 ميكرون. الطبقات الرقيقة مشبعة بشبكة معدنية من الأقطاب الكهربائية. على الرغم من ارتفاع تكلفة الإنتاج ، إلا أن هذه العناصر تستخدم على نطاق واسع بسبب معدل التحويل العالي (17-22٪).

إنتاج العناصر الكريستالات

تقنية إنتاج الخلايا الشمسية من البلورات المتعددة هي أن كتلة السيليكون المنصهر يتم تبريدها تدريجياً. لا يتطلب الإنتاج معدات باهظة الثمن ، لذلك يتم تقليل تكلفة الحصول على السيليكون.مخازن الطاقة الشمسية متعددة الكريستالات لها عامل كفاءة أقل (11-18٪) ، على عكس الأحادي البلورية. ويفسر ذلك حقيقة أنه أثناء عملية التبريد ، تتشبع كتلة السيليكون بفقاعات حبيبية صغيرة ، مما يؤدي إلى انكسار إضافي للأشعة.

عناصر السيليكون غير متبلور

تُصنف المنتجات كنوع خاص ، لأن انتمائها لنوع السيليكون يأتي من اسم المادة المستخدمة ، ويتم إنتاج الخلايا الشمسية باستخدام تقنية جهاز الفيلم. تفسح البلورة في عملية التصنيع الطريق للسيليكون الهيدروجين أو السيليكون ، حيث تغطي طبقة رقيقة منها الركيزة. تتمتع البطاريات بأقل قيمة من حيث الكفاءة ، حتى 6٪ فقط. العناصر ، على الرغم من العيب الكبير ، لديها عدد من المزايا التي لا يمكن إنكارها والتي تمنحهم الحق في الوقوف بما يتماشى مع الأنواع المذكورة أعلاه:

• قيمة امتصاص البصريات أعلى بعشرين مرة من تلك الخاصة بمحركات الأقراص أحادية البلورية ومتعددة الكريستالات ؛
• بسماكة طبقة لا تقل عن 1 ميكرون ؛
• الطقس الغائم لا يؤثر على عمل تحويل الضوء على عكس الأنواع الأخرى ؛
• نظرا لقوة الانحناء العالية ، يمكن استخدامه بدون مشاكل في الاماكن الصعبة.

الأنواع الثلاثة من المحولات الشمسية الموصوفة أعلاه تكملها منتجات هجينة مصنوعة من مواد ذات خصائص مزدوجة. تتحقق هذه الخصائص إذا تم تضمين العناصر الدقيقة أو الجسيمات النانوية في السيليكون غير المتبلور. تتشابه المادة الناتجة مع السليكون متعدد الكريستالات ، ولكنها تقارن بها بشكل إيجابي من خلال الميزات التقنية الجديدة.المؤشرات.

مادة أولية لإنتاج الخلايا الشمسية من نوع CdTe

اختيار المواد تمليه الحاجة إلى تقليل تكلفة الإنتاج وتحسين الأداء في العمل. الأكثر شيوعًا استخدام تيلورايد الكادميوم الممتص للضوء. في السبعينيات من القرن الماضي ، كان CdTe يعتبر المنافس الرئيسي لاستخدام الفضاء ، وفي الصناعة الحديثة وجد تطبيقًا واسعًا في مجال الطاقة الشمسية.

هذه المادة مصنفة على أنها سم متراكم ، لذا فإن الجدل حول ضررها لا يهدأ. أثبتت الأبحاث التي أجراها العلماء حقيقة أن مستوى المواد الضارة التي تدخل الغلاف الجوي مقبول ولا تضر بالبيئة. مستوى الكفاءة هو 11٪ فقط ، لكن تكلفة الكهرباء المحولة من هذه الخلايا أقل بنسبة 20-30٪ من تكلفة الأجهزة من نوع السيليكون.

مركمات راي مصنوعة من السيلينيوم والنحاس والانديوم

أشباه الموصلات في الجهاز هي النحاس والسيلينيوم والإنديوم ، وأحيانًا يُسمح باستبدال الأخير بالغاليوم. ويرجع ذلك إلى ارتفاع الطلب على الإنديوم لإنتاج الشاشات المسطحة. لذلك ، تم اختيار خيار الاستبدال هذا ، نظرًا لأن المواد لها خصائص متشابهة. لكن بالنسبة لمؤشر الكفاءة ، يلعب الاستبدال دورًا مهمًا ، حيث يؤدي إنتاج بطارية شمسية بدون غاليوم إلى زيادة كفاءة الجهاز بنسبة 14٪.

مجمعات الطاقة الشمسية القائمة على البوليمر

تم تصنيف هذه العناصر على أنها تقنيات حديثة ، كما ظهرت مؤخرًا في السوق. تمتص أشباه الموصلات العضوية الضوءلتحويلها إلى طاقة كهربائية. للإنتاج ، يتم استخدام الفوليرينات من مجموعة الكربون ، البوليفينلين ، النحاس الفثالوسيانين ، إلخ ، ونتيجة لذلك يتم الحصول على أغشية رقيقة (100 نانومتر) ومرنة ، والتي تعطي في العمل معامل كفاءة 5-7٪. القيمة صغيرة ، لكن إنتاج الخلايا الشمسية المرنة له عدة نقاط إيجابية:

• لا يكلف الكثير ؛
• القدرة على تركيب بطاريات مرنة في الانحناءات حيث تكون المرونة ذات أهمية قصوى ؛
• سهولة التركيب والقدرة على تحمل تكاليفها ؛
• البطاريات المرنة صديقة للبيئة.

التخليل الكيميائي أثناء الإنتاج

أغلى بطارية شمسية هي رقاقة سيليكون متعددة البلورات أو أحادية البلورية. من أجل الاستخدام الأكثر عقلانية للسيليكون ، يتم قطع الأشكال المربعة الزائفة ، ويسمح لك نفس الشكل بوضع الألواح بإحكام في الوحدة المستقبلية. بعد عملية القطع ، تبقى الطبقات المجهرية من السطح التالف على السطح ، ويتم إزالتها بالحفر والتركيب لتحسين استقبال الأشعة الساقطة.

السطح المعالج بهذه الطريقة عبارة عن أهرام دقيقة تقع عشوائيًا ، تنعكس من حافتها ، يسقط الضوء على الأسطح الجانبية للنتوءات الأخرى. يقلل إجراء التفكيك من انعكاس المادة بنسبة 25٪ تقريبًا. تتبنى عملية التخليل سلسلة من الحمضية والقلويةالمعالجة ، لكن من غير المقبول تقليل سمك الطبقة بشكل كبير ، لأن اللوحة لا تصمد أمام المعالجة التالية.

أشباه الموصلات في الخلايا الشمسية

تفترض تقنية إنتاج الخلايا الشمسية أن المفهوم الرئيسي للإلكترونيات الصلبة هو تقاطع p-n. إذا تم الجمع بين الموصلية الإلكترونية للنوع n وموصلية الفتحة من النوع p في لوحة واحدة ، عندئذٍ يحدث تقاطع pn عند نقطة الاتصال بينهما. الخاصية المادية الرئيسية لهذا التعريف هي القدرة على العمل كحاجز وتمرير الكهرباء في اتجاه واحد. هذا هو التأثير الذي يسمح لك بإنشاء التشغيل الكامل للخلايا الشمسية.

نتيجة انتشار الفوسفور ، يتم تكوين طبقة من النوع n في نهايات الصفيحة ، والتي ترتكز على سطح العنصر على عمق 0.5 ميكرون فقط. يوفر إنتاج البطارية الشمسية اختراقًا ضحلًا لحاملات الإشارات المعاكسة ، والتي تنشأ تحت تأثير الضوء. يجب أن يكون طريقهم إلى منطقة تأثير تقاطع p-n قصيرًا ، وإلا فيمكنهم إطفاء بعضهم البعض عندما يلتقون ، دون توليد أي كمية من الكهرباء.

استخدام التنميش الكيميائي للبلازما

يحتوي تصميم البطارية الشمسية على سطح أمامي مزود بشبكة مثبتة لالتقاط التيار وجانب خلفي ، وهو عبارة عن جهة اتصال قوية. أثناء ظاهرة الانتشار ، يحدث قصور كهربائي بين المستويين وينتقل إلى النهاية.

لإزالة ماس كهربائى ، يتم استخدام المعداتالبطاريات الشمسية ، والتي تتيح لك القيام بذلك بمساعدة البلازما الكيميائية أو الحفر الكيميائي أو الليزر الميكانيكي. غالبًا ما يتم استخدام طريقة التأثير الكيميائي للبلازما. يتم إجراء الحفر في وقت واحد لمجموعة من رقائق السيليكون المكدسة معًا. تعتمد نتيجة العملية على مدة العلاج ، وتكوين العامل ، وحجم مربعات المادة ، واتجاه تدفق الأيونات وعوامل أخرى.

تطبيق طلاء مضاد للانعكاس

من خلال تطبيق نسيج على سطح عنصر ما ، يتم تقليل الانعكاس إلى 11٪. هذا يعني أن عُشر الأشعة تنعكس ببساطة من السطح ولا تشارك في تكوين الكهرباء. من أجل تقليل مثل هذه الخسائر ، يتم تطبيق طلاء مع اختراق عميق لنبضات الضوء على الجانب الأمامي من العنصر ، والذي لا يعكسها مرة أخرى. يحدد العلماء ، مع مراعاة قوانين البصريات ، تكوين وسمك الطبقة ، وبالتالي فإن إنتاج وتركيب الألواح الشمسية بمثل هذا الطلاء يقلل من الانعكاس بنسبة تصل إلى 2٪.

طلاء التلامس على الجانب الأمامي

سطح العنصر مصمم لامتصاص أكبر قدر من الإشعاع ، وهذا المطلب هو الذي يحدد الخصائص الأبعاد والتقنية للشبكة المعدنية المطبقة. عن طريق اختيار تصميم الجانب الأمامي ، يحل المهندسون مشكلتين متعارضتين. يحدث الانخفاض في الفاقد البصري مع خطوط أرق وموقعها على مسافة كبيرة من بعضها البعض. يؤدي إنتاج بطارية شمسية ذات حجم شبكة أكبر إلى حقيقة أن بعض الشحنات ليس لديها الوقت للوصول إلى الاتصال وتضيع.

لذلك ، قام العلماء بتوحيد قيمة المسافة وسماكة الخط لكل معدن. تفتح الشرائط الرفيعة للغاية مساحة على سطح العنصر لامتصاص الأشعة ، لكن لا توصل تيارًا قويًا. تتكون الطرق الحديثة لتطبيق المعدنة من طباعة الشاشة. كمادة ، المعجون المحتوي على الفضة أكثر ما يبرر نفسه. بسبب استخدامه ، ترتفع كفاءة العنصر بنسبة 15-17٪

المعدنة على ظهر الجهاز

يتم ترسيب المعدن على ظهر الجهاز بطريقتين ، كل منهما تؤدي عملها الخاص. يتم رش طبقة رقيقة مستمرة على السطح بالكامل ، باستثناء الثقوب الفردية ، بالألمنيوم ، وتمتلئ الثقوب بمعجون يحتوي على الفضة ، والذي يلعب دور التلامس. تعمل طبقة الألمنيوم الصلبة كنوع من جهاز المرآة على الجانب الخلفي للشحن المجاني الذي يمكن أن يضيع في الروابط البلورية المتدلية للشبكة. مع هذا الطلاء ، تعمل الألواح الشمسية بنسبة 2 ٪ أكثر في الطاقة. تشير مراجعات العملاء إلى أن هذه العناصر أكثر متانة ولا تتأثر بشدة بالطقس الغائم.

صنع الألواح الشمسية بيديك

مصادر الطاقة من الشمس ، لا يمكن للجميع طلبها وتركيبها في المنزل ، حيث أن تكلفتها اليوم مرتفعة للغاية. لذلك ، يتقن العديد من الحرفيين والحرفيين إنتاج الألواح الشمسية في المنزل.

يمكنك شراء مجموعات من الخلايا الضوئية للتجميع الذاتي على الإنترنت في مواقع مختلفة. تكلفتهايعتمد على عدد اللوحات المستخدمة والطاقة. على سبيل المثال ، تكلف مجموعات الطاقة المنخفضة ، من 63 إلى 76 واط مع 36 لوحة ، 2350-2560 روبل. على التوالى. هنا يتم شراء بنود العمل المرفوضة من خطوط الإنتاج لأي سبب من الأسباب.

عند اختيار نوع المحول الكهروضوئي ، ضع في اعتبارك حقيقة أن الخلايا متعددة البلورات أكثر مقاومة للطقس الغائم وتعمل بكفاءة أكبر من الخلايا أحادية البلورية ، ولكن لها عمر خدمة أقصر. الأحادي البلورية أكثر كفاءة في الطقس المشمس وستستمر لفترة أطول.

لتنظيم إنتاج الألواح الشمسية في المنزل ، تحتاج إلى حساب الحمل الإجمالي لجميع الأجهزة التي سيتم تشغيلها بواسطة المحول المستقبلي ، وتحديد قوة الجهاز. من هنا يتبع عدد الخلايا الضوئية ، مع مراعاة زاوية ميل اللوحة. يوفر بعض الحرفيين إمكانية تغيير موضع مستوى التراكم اعتمادًا على ارتفاع الانقلاب الشمسي ، وفي الشتاء - على سمك الثلج الذي سقط.

يتم استخدام مواد مختلفة لعمل القضية. غالبًا ما يضعون زوايا من الألومنيوم أو غير القابل للصدأ ، ويستخدمون الخشب الرقائقي ، واللوح الرقائقي ، وما إلى ذلك. الجزء الشفاف مصنوع من الزجاج العضوي أو العادي. عند البيع توجد خلايا ضوئية بها موصلات ملحومة بالفعل ، ويفضل شراء مثل هذه الموصلات ، حيث يتم تبسيط مهمة التجميع. لا يتم تكديس الألواح واحدة فوق الأخرى - يمكن أن تؤدي الألواح السفلية إلى حدوث تشققات متناهية الصغر. يتم تطبيق اللحام والتدفق مسبقًا.من الأنسب لحام العناصر عن طريق وضعها على الفور على جانب العمل. في النهاية ، الألواح الخارجية ملحومة بالإطارات (موصلات أوسع) ، وبعد ذلك يتم إخراج "ناقص" و "زائد".

بعد الانتهاء من العمل ، يتم اختبار اللوحة وختمها. يستخدم الحرفيون الأجانب مركبات لهذا الغرض ، لكنها باهظة الثمن بالنسبة للحرفيين لدينا. محولات الطاقة محلية الصنع مختومة بالسيليكون ، والجانب الخلفي مطلي بورنيش أكريليك.

في الختام ، يجب أن يقال إن تقييمات السادة الذين صنعوا الألواح الشمسية بأيديهم إيجابية دائمًا. بمجرد إنفاق المال على تصنيع وتركيب المحول ، تدفع الأسرة ثمنها بسرعة وتبدأ في التوفير باستخدام الطاقة المجانية.