Uzalishaji wa betri ya jua: teknolojia na vifaa

2024 Mwandishi: Howard Calhoun | [email protected]. Mwisho uliobadilishwa: 2023-12-17 10:41

Ubinadamu unatafuta kubadili vyanzo mbadala vya usambazaji wa umeme ambavyo vitasaidia kuweka mazingira safi na kupunguza gharama ya uzalishaji wa nishati. Uzalishaji wa betri ya jua ni njia ya kisasa ya viwanda. Mfumo wa usambazaji wa nishati unajumuisha vipokezi vya jua, betri, vidhibiti, vibadilishaji umeme na vifaa vingine vilivyoundwa kwa utendakazi mahususi.

Betri ya miale ya jua ndicho kipengele kikuu ambacho mkusanyo na ubadilishaji wa nishati ya miale huanza. Katika ulimwengu wa kisasa, kuna vikwazo vingi kwa mtumiaji wakati wa kuchagua paneli, kwa vile sekta hutoa idadi kubwa ya bidhaa pamoja chini ya jina moja.

Seli za Sola za Silicon

Bidhaa hizi ni maarufu kwa watumiaji wa leo. Silicon ni msingi wa utengenezaji wao. Hifadhi zake katika kina kirefu zimeenea, na uzalishaji ni wa gharama nafuu. Seli za silikoni hulinganishwa vyema katika viwango vya utendakazi na seli zingine za miale ya jua.

Aina za vipengele

Seli za sola za silikoni zinatengenezwa kwa aina zifuatazo:

• monocrystalline;
• polycrystalline;
• amofasi.

Aina zilizo hapo juu za vifaa hutofautiana katika jinsi atomi za silikoni zinavyopangwa katika fuwele. Tofauti kuu kati ya vipengele ni kiashiria tofauti cha ufanisi wa ubadilishaji wa nishati ya mwanga, ambayo kwa aina mbili za kwanza ni takriban kwa kiwango sawa na huzidi maadili ya vifaa vinavyotengenezwa na silicon ya amofasi.

Sekta ya leo inatoa miundo kadhaa ya vikamata mwanga wa jua. Tofauti yao iko katika vifaa vinavyotumiwa kwa ajili ya uzalishaji wa paneli za jua. Teknolojia ya utengenezaji na aina ya nyenzo za kuanzia ina jukumu.

Aina ya fuwele moja

Vipengele hivi vinajumuisha seli za silikoni zilizounganishwa pamoja. Kwa mujibu wa njia ya mwanasayansi Czochralski, silicon safi kabisa huzalishwa, ambayo fuwele moja hufanywa. Mchakato unaofuata ni kukata bidhaa iliyogandishwa na ngumu iliyokamilishwa kuwa sahani na unene wa mikroni 250 hadi 300. Tabaka nyembamba zimejaa gridi ya chuma ya electrodes. Licha ya gharama ya juu ya uzalishaji, vipengele kama hivyo hutumika sana kutokana na kiwango cha juu cha ubadilishaji (17-22%).

Utengenezaji wa vipengele vya polycrystalline

Teknolojia ya utengenezaji wa seli za jua kutoka kwa polycrystals ni kwamba molekuli ya silicon iliyoyeyushwa hupozwa hatua kwa hatua. Uzalishaji hauhitaji vifaa vya gharama kubwa, kwa hiyo, gharama ya kupata silicon imepunguzwa. Hifadhi za jua za polycrystalline zina sababu ya chini ya ufanisi (11-18%), tofauti na monocrystalline. Hii inafafanuliwa na ukweli kwamba wakati wa mchakato wa kupoeza, wingi wa silikoni hujaa viputo vidogo vya punjepunje, ambayo husababisha mwonekano wa ziada wa miale.

Vipengee vya silicon ya amofasi

Bidhaa zimeainishwa kama aina maalum, kwa kuwa mali ya aina ya silicon hutoka kwa jina la nyenzo inayotumiwa, na utengenezaji wa seli za miale ya jua hufanywa kwa kutumia teknolojia ya kifaa cha filamu. Kioo katika mchakato wa utengenezaji hutoa njia ya hidrojeni ya silicon au silon, safu nyembamba ambayo inashughulikia substrate. Betri zina thamani ya chini ya ufanisi, tu hadi 6%. Vipengele, licha ya upungufu mkubwa, vina faida kadhaa zisizopingika ambazo huvipa haki ya kusimama sambamba na aina zilizo hapo juu:

• thamani ya ufyonzaji wa macho ni mara dazeni mbili kuliko ile ya viendeshi vya monocrystalline na polycrystalline;
• ina unene wa chini wa safu ya mikroni 1 pekee;
• hali ya hewa ya mawingu haiathiri kazi ya ubadilishaji mwanga, tofauti na spishi zingine;
• kutokana na uimara wake wa juu wa kupinda, inaweza kutumika bila matatizo katika maeneo magumu.

Aina tatu za vigeuzi vya miale ya jua vilivyofafanuliwa hapo juu vinakamilishwa na bidhaa mseto zilizotengenezwa kwa nyenzo zenye sifa mbili. Tabia hizo zinapatikana ikiwa microelements au nanoparticles zinajumuishwa katika silicon ya amorphous. Nyenzo inayotokana ni sawa na silicon ya polycrystalline, lakini inalinganishwa vyema nayo na vipengele vipya vya kiufundi.viashiria.

Malighafi kwa ajili ya utengenezaji wa seli za jua aina ya CdTe

Chaguo la nyenzo linatokana na hitaji la kupunguza gharama ya uzalishaji na kuboresha utendaji kazini. Cadmium telluride inayotumika zaidi kunyonya mwanga. Katika miaka ya 70 ya karne iliyopita, CdTe ilionekana kuwa mpinzani mkuu wa matumizi ya anga, katika tasnia ya kisasa imepata matumizi mengi katika nishati ya jua.

Nyenzo hii imeainishwa kama sumu mkusanyo, kwa hivyo mjadala juu ya madhara yake haupungui. Utafiti wa wanasayansi umethibitisha ukweli kwamba kiwango cha vitu vyenye madhara vinavyoingia kwenye anga kinakubalika na haidhuru mazingira. Kiwango cha ufanisi ni 11% tu, lakini gharama ya umeme uliobadilishwa kutoka kwa seli kama hizo ni chini kwa 20-30% kuliko kutoka kwa vifaa vya aina ya silicon.

Vilimbikizo vya ray vilivyotengenezwa kwa selenium, shaba na indiamu

Semiconductors kwenye kifaa ni shaba, selenium na indiamu, wakati mwingine inaruhusiwa kubadilisha cha pili na gallium. Hii ni kutokana na mahitaji makubwa ya indium kwa ajili ya uzalishaji wa wachunguzi wa aina ya gorofa. Kwa hiyo, chaguo hili la uingizwaji lilichaguliwa, kwani vifaa vina mali sawa. Lakini kwa kiashiria cha ufanisi, uingizwaji una jukumu kubwa, utengenezaji wa betri ya jua bila galliamu huongeza ufanisi wa kifaa kwa 14%.

Vikusanyaji vya nishati ya jua vinavyotokana na polima

Vipengele hivi vimeainishwa kama teknolojia changa, kwani vimeonekana sokoni hivi majuzi. Semiconductors ya kikaboni huchukua mwangakuibadilisha kuwa nishati ya umeme. Kwa ajili ya uzalishaji, fullerenes ya kikundi cha kaboni, polyphenylene, phthalocyanine ya shaba, nk. Thamani ni ndogo, lakini uundaji wa seli za jua zinazonyumbulika una pointi kadhaa chanya:

• Haina gharama nyingi kutengeneza;
• uwezo wa kusakinisha betri zinazonyumbulika katika mikunjo ambapo unyumbufu ni wa muhimu sana;
• urahisi na uwezo wa kusakinisha;
• betri zinazonyumbulika ni rafiki kwa mazingira.

Uchunaji wa kemikali wakati wa uzalishaji

Betri ya gharama kubwa zaidi ya sola ni kaki ya silicon yenye fuwele nyingi au monocrystalline. Kwa matumizi ya busara zaidi ya silicon, takwimu za pseudo-mraba hukatwa, sura sawa inakuwezesha kuweka sahani kwa ukali katika moduli ya baadaye. Baada ya mchakato wa kukata, tabaka hadubini za uso ulioharibiwa hubaki juu ya uso, ambazo huondolewa kwa kuchongwa na maandishi ili kuboresha upokeaji wa miale ya tukio.

Uso unaotibiwa kwa njia hii ni mikropiramidi inayopatikana kwa nasibu, inayoakisiwa kutoka ukingo wake, mwanga huangukia kwenye sehemu za kando za miinuko mingine. Utaratibu wa kufuta hupunguza kutafakari kwa nyenzo kwa takriban 25%. Mchakato wa pickling inachukua mfululizo wa tindikali na alkaliusindikaji, lakini haikubaliki kupunguza sana unene wa safu, kwani sahani haihimili usindikaji ufuatao.

Semiconductors katika seli za jua

Teknolojia ya utengenezaji wa seli za jua inachukulia kuwa dhana kuu ya elektroni thabiti ni p-n-junction. Ikiwa conductivity ya umeme ya aina ya n na conductivity ya shimo ya aina ya p ni pamoja katika sahani moja, basi makutano ya p-n hutokea mahali pa kuwasiliana kati yao. Mali kuu ya kimwili ya ufafanuzi huu ni uwezo wa kutumika kama kizuizi na kupitisha umeme katika mwelekeo mmoja. Ni madoido haya ambayo hukuruhusu kubaini utendakazi kamili wa seli za jua.

Kutokana na uenezaji wa fosforasi, safu ya aina ya n huundwa kwenye ncha za bati, ambayo msingi wake ni sehemu ya uso wa kipengele kwa kina cha mikroni 0.5 pekee. Uzalishaji wa betri ya jua hutoa kupenya kwa kina kwa flygbolag za ishara tofauti, ambazo hutokea chini ya hatua ya mwanga. Njia yao ya ukanda wa ushawishi wa p-n-junction lazima iwe fupi, vinginevyo wanaweza kuzima kila mmoja wanapokutana, bila kuzalisha kiasi chochote cha umeme.

Matumizi ya etching ya plasma-kemikali

Muundo wa betri ya jua una sehemu ya mbele iliyo na wavu uliosakinishwa kwa ajili ya kunasa sasa na upande wa nyuma, ambao ni mguso thabiti. Wakati wa tukio la usambaaji, upungufu wa umeme hutokea kati ya ndege hizo mbili na hupitishwa hadi mwisho.

Ili kuondoa saketi fupi, kifaa hutumikabetri za jua, ambayo inakuwezesha kufanya hivyo kwa msaada wa plasma-kemikali, etching kemikali au mitambo, laser. Njia ya ushawishi wa plasma-kemikali hutumiwa mara nyingi. Uchoraji hufanywa kwa wakati mmoja kwa rundo la kaki za silicon zilizopangwa pamoja. Matokeo ya mchakato hutegemea muda wa matibabu, muundo wa wakala, ukubwa wa mraba wa nyenzo, mwelekeo wa jeti za mtiririko wa ioni na mambo mengine.

Utumiaji wa mipako ya kuzuia kuakisi

Kwa kupaka unamu kwenye uso wa kipengele, uakisi hupunguzwa hadi 11%. Hii ina maana kwamba sehemu ya kumi ya mionzi inaonekana tu kutoka kwa uso na haishiriki katika malezi ya umeme. Ili kupunguza hasara hizo, mipako yenye kupenya kwa kina ya mipigo ya mwanga hutumiwa kwa upande wa mbele wa kipengele, ambacho haionyeshi nyuma. Wanasayansi, kwa kuzingatia sheria za macho, huamua utungaji na unene wa safu, hivyo uzalishaji na ufungaji wa paneli za jua na mipako hiyo hupunguza kutafakari kwa hadi 2%.

Mchoro wa mawasiliano kwenye upande wa mbele

Sehemu ya uso wa kipengele imeundwa kuchukua kiwango kikubwa zaidi cha mionzi, ni sharti hili ambalo huamua sifa za ukubwa na kiufundi za mesh ya chuma iliyotumiwa. Kwa kuchagua muundo wa upande wa mbele, wahandisi hutatua shida mbili zinazopingana. Kupungua kwa hasara za macho hutokea kwa mistari nyembamba na eneo lao kwa umbali mkubwa kutoka kwa mtu mwingine. Uzalishaji wa betri ya jua yenye saizi ya gridi iliyoongezeka husababisha ukweli kwamba baadhi ya chaji hazina muda wa kuwasiliana na hupotea.

Kwa hivyo, wanasayansi wamesawazisha thamani ya umbali na unene wa mstari kwa kila chuma. Vipande vyembamba sana nafasi ya wazi juu ya uso wa kipengele ili kunyonya miale, lakini usifanye mkondo mkali. Njia za kisasa za kutumia metallization zinajumuisha uchapishaji wa skrini. Kama nyenzo, kuweka iliyo na fedha inajihalalisha yenyewe. Kutokana na matumizi yake, ufanisi wa kipengele huongezeka kwa 15-17%.

Uchumaji nyuma ya kifaa

Uwekaji wa chuma kwenye sehemu ya nyuma ya kifaa hutokea kwa njia mbili, ambazo kila moja hufanya kazi yake. Safu nyembamba inayoendelea juu ya uso mzima, isipokuwa kwa mashimo ya mtu binafsi, hupunjwa na alumini, na mashimo yanajazwa na kuweka yenye fedha, ambayo ina jukumu la kuwasiliana. Safu thabiti ya alumini hutumika kama aina ya kifaa cha kioo kwenye upande wa nyuma kwa malipo ya bure ambayo yanaweza kupotea katika vifungo vya fuwele vinavyoning'inia vya kimiani. Kwa mipako kama hiyo, paneli za jua hufanya kazi 2% zaidi kwa nguvu. Maoni ya wateja yanasema kuwa vipengele kama hivyo ni vya kudumu zaidi na haviathiriwi sana na hali ya hewa ya mawingu.

Kutengeneza paneli za jua kwa mikono yako mwenyewe

Vyanzo vya nishati kutoka jua, si kila mtu anayeweza kuagiza na kusakinisha nyumbani, kwa kuwa gharama yake leo ni kubwa sana. Kwa hiyo, mafundi na mafundi wengi wana ujuzi wa kutengeneza paneli za jua nyumbani.

Unaweza kununua seti za seli za picha kwa ajili ya kujikusanya kwenye Mtandao katika tovuti mbalimbali. Gharama zaoinategemea idadi ya sahani zilizotumiwa na nguvu. Kwa mfano, vifaa vya chini vya nguvu, kutoka 63 hadi 76 W na sahani 36, gharama ya rubles 2350-2560. kwa mtiririko huo. Bidhaa za kazi zilizokataliwa kutoka kwa njia za uzalishaji kwa sababu yoyote pia zinanunuliwa hapa.

Unapochagua aina ya kigeuzi cha photovoltaic, zingatia ukweli kwamba seli za polycrystalline hustahimili hali ya hewa ya mawingu na hufanya kazi kwa ufanisi zaidi kuliko zile za monocrystalline, lakini zina maisha mafupi ya huduma. Monocrystalline hufaa zaidi katika hali ya hewa ya jua na hudumu kwa muda mrefu zaidi.

Ili kupanga utengenezaji wa paneli za miale ya jua nyumbani, unahitaji kukokotoa jumla ya mzigo wa vifaa vyote vitakavyowashwa na kigeuzi cha siku zijazo, na ubaini nguvu ya kifaa. Kuanzia hapa hufuata idadi ya seli za picha, huku ukizingatia angle ya mwelekeo wa paneli. Mafundi wengine hutoa uwezekano wa kubadilisha nafasi ya ndege ya kusanyiko kulingana na urefu wa solstice, na wakati wa baridi - juu ya unene wa theluji iliyoanguka.

Nyenzo tofauti hutumika kutengeneza kipochi. Mara nyingi huweka pembe za alumini au za pua, kutumia plywood, chipboard, nk Sehemu ya uwazi inafanywa kwa kioo kikaboni au cha kawaida. Inauzwa kuna seli za picha zilizo na kondakta tayari kuuzwa, ni vyema kununua vile, kwani kazi ya kusanyiko ni rahisi. Sahani hazijawekwa moja juu ya nyingine - zile za chini zinaweza kutoa microcracks. Solder na flux ni kabla ya kutumika. Ni rahisi zaidi kuuza vitu kwa kuziweka mara moja kwenye upande wa kufanya kazi. Mwishoni, sahani zilizokithiri zina svetsade kwa matairi (kondakta pana), baada ya hapo "minus" na "plus" hutolewa.

Baada ya kazi kufanyika, paneli hujaribiwa na kufungwa. Mafundi wa kigeni hutumia misombo kwa hili, lakini kwa wafundi wetu ni ghali kabisa. Transducers za kujitengenezea nyumbani zimefungwa kwa silikoni, na upande wa nyuma umepakwa varnish yenye msingi wa akriliki.

Kwa kumalizia, inapaswa kuwa alisema kuwa mapitio ya mabwana ambao walifanya paneli za jua kwa mikono yao wenyewe daima ni chanya. Mara tu baada ya kutumia pesa kutengeneza na kusakinisha kibadilishaji fedha, familia hulipia haraka na huanza kuokoa kwa kutumia nishati bila malipo.