Producció de bateries solars: tecnologia i equipament

2024 Autora: Howard Calhoun | [email protected]. Última modificació: 2023-12-17 10:21

La humanitat busca canviar a fonts alternatives de subministrament elèctric que ajudin a mantenir net el medi ambient i a reduir el cost de la generació d'energia. La producció de bateries solars és un mètode industrial modern. El sistema d'alimentació inclou receptors solars, bateries, controladors, inversors i altres dispositius dissenyats per a funcions específiques.

La bateria solar és l'element principal a partir del qual comença l'acumulació i conversió de l'energia dels raigs. En el món modern, hi ha molts inconvenients per al consumidor a l'hora de triar un panell, ja que la indústria ofereix un gran nombre de productes combinats sota un mateix nom.

Cèl·lules solars de silicona

Aquests productes són populars entre els consumidors actuals. El silici és la base per a la seva fabricació. Les seves reserves a les profunditats estan molt esteses i la producció és relativament barata. Les cèl·lules de silici es comparen favorablement en nivells de rendiment amb altres cèl·lules solars.

Tipus d'elements

Les cèl·lules solars de silicona es fabriquen en els tipus següents:

• monocristal·lí;
• policristal·lí;
• amorf.

Les formes anteriors de dispositius es diferencien en com es disposen els àtoms de silici al cristall. La principal diferència entre els elements és el diferent indicador de l'eficiència de la conversió d'energia lluminosa, que per als dos primers tipus és aproximadament al mateix nivell i supera els valors dels dispositius de silici amorf.

La indústria actual ofereix diversos models de captadors de llum solar. La seva diferència rau en els equips utilitzats per a la producció de plaques solars. La tecnologia de fabricació i el tipus de material de partida hi juguen un paper.

Tipus de cristall simple

Aquests elements consisteixen en cèl·lules de silicona unides entre si. Segons el mètode del científic Czochralski, es produeix silici absolutament pur, del qual es fan cristalls individuals. El següent procés és tallar el producte semielaborat congelat i endurit en plaques amb un gruix de 250 a 300 micres. Les capes fines estan saturades amb una reixeta metàl·lica d'elèctrodes. Malgrat l'elevat cost de producció, aquests elements s'utilitzen bastant àmpliament a causa de l' alta taxa de conversió (17-22%).

Producció d'elements policristalins

La tecnologia per a la producció de cèl·lules solars a partir de policristalls és que la massa de silici fos es refreda gradualment. La producció no requereix equips cars, per tant, es redueix el cost d'obtenció de silici. Els magatzems solars policristalins tenen un factor d'eficiència inferior (11-18%), a diferència dels monocristal·lins. Això s'explica pel fet que durant el procés de refredament, la massa de silici està saturada amb petites bombolles granulars, la qual cosa provoca una refracció addicional dels raigs.

Elements de silici amorf

Els productes es classifiquen com a tipus especial, ja que la seva pertinença al tipus de silici prové del nom del material utilitzat, i la producció de cèl·lules solars es realitza mitjançant la tecnologia de dispositius de pel·lícula. El cristall en el procés de fabricació dóna pas a l'hidrogen de silici o siló, una capa fina del qual cobreix el substrat. Les bateries tenen el valor d'eficiència més baix, només fins al 6%. Els elements, malgrat un inconvenient important, tenen una sèrie d'avantatges innegables que els donen dret a estar en línia amb els tipus anteriors:

• El valor d'absorció de l'òptica és dues dotzenes de vegades superior al de les unitats monocristal·lines i policristalines;
• té un gruix de capa mínim de només 1 micra;
• el temps ennuvolat no afecta el treball de conversió de la llum, a diferència d' altres espècies;
• a causa de la seva gran resistència a la flexió, es pot utilitzar sense problemes en llocs difícils.

Els tres tipus de convertidors solars descrits anteriorment es complementen amb productes híbrids fets amb materials amb propietats dobles. Aquestes característiques s'aconsegueixen si s'inclouen microelements o nanopartícules al silici amorf. El material resultant és similar al silici policristalí, però es compara favorablement amb ell per les noves característiques tècniques.indicadors.

Matèria primera per a la producció de cèl·lules solars tipus pel·lícula de CdTe

L'elecció del material ve dictada per la necessitat de reduir el cost de producció i millorar el rendiment en el treball. El telurur de cadmi que absorbeix la llum més utilitzat. A la dècada dels 70 del segle passat, el CdTe era considerat el principal competidor per a l'ús de l'espai, a la indústria moderna ha trobat una àmplia aplicació en l'energia solar.

Aquest material està classificat com a verí acumulatiu, de manera que el debat sobre la seva nocivitat no s'apaga. La investigació dels científics ha establert el fet que el nivell de substàncies nocives que entren a l'atmosfera és acceptable i no perjudica el medi ambient. El nivell d'eficiència és només de l'11%, però el cost de l'electricitat convertida d'aquestes cèl·lules és un 20-30% més baix que els dispositius de silici.

Acumuladors de raigs fets de seleni, coure i indi

Els semiconductors del dispositiu són coure, seleni i indi, de vegades es permet substituir aquest últim per gal·li. Això es deu a l' alta demanda d'indi per a la producció de monitors de tipus pla. Per tant, es va escollir aquesta opció de substitució, ja que els materials tenen propietats similars. Però per a l'indicador d'eficiència, la substitució té un paper important, la producció d'una bateria solar sense gal·li augmenta l'eficiència del dispositiu en un 14%.

Colectors solars basats en polímers

Aquests elements estan classificats com a tecnologies joves, ja que recentment han aparegut al mercat. Els semiconductors orgànics absorbeixen la llumper convertir-lo en energia elèctrica. Per a la producció, s'utilitzen fullèrens del grup del carboni, polifenilè, ftalocianina de coure, etc. Com a resultat, s'obtenen pel·lícules primes (100 nm) i flexibles, que en el treball donen un coeficient d'eficiència del 5-7%. El valor és petit, però la producció de cèl·lules solars flexibles té diversos punts positius:

• No costa gaire fer;
• la capacitat d'instal·lar bateries flexibles en corbes on l'elasticitat és de gran importància;
• facilitat relativa i assequibilitat d'instal·lació;
• Les les piles flexibles són respectuoses amb el medi ambient.

Decapat químic durant la producció

La bateria solar més cara és una hòstia de silici multicristal·lí o monocristal·lí. Per a l'ús més racional del silici, es tallen figures pseudoquadrades, la mateixa forma us permet col·locar bé les plaques al mòdul futur. Després del procés de tall, queden capes microscòpiques de superfície danyada a la superfície, que s'eliminen mitjançant el gravat i la textura per millorar la recepció dels raigs incidents.

La superfície tractada d'aquesta manera és una micropiràmide situada aleatòriament, reflectida des de la vora de les quals, la llum cau a les superfícies laterals d' altres protuberàncies. El procediment d'afluixament redueix la reflectivitat del material aproximadament un 25%. El procés de decapat adopta una sèrie d'àcids i alcalinsprocessament, però és inacceptable reduir molt el gruix de la capa, ja que la placa no suporta el processament següent.

Semiconductors en cèl·lules solars

La tecnologia de producció de cèl·lules solars suposa que el concepte principal de l'electrònica sòlida és la unió p-n. Si la conductivitat electrònica del tipus n i la conductivitat del forat del tipus p es combinen en una placa, es produeix una unió p-n al punt de contacte entre elles. La principal propietat física d'aquesta definició és la capacitat de servir com a barrera i passar l'electricitat en una direcció. Aquest efecte és el que us permet establir el funcionament complet de les cèl·lules solars.

Com a resultat de la difusió del fòsfor, es forma una capa de tipus n als extrems de la placa, que es basa a la superfície de l'element a una profunditat de només 0,5 micres. La producció d'una bateria solar proporciona una penetració poc profunda de portadors de signes oposats, que sorgeixen sota l'acció de la llum. El seu camí cap a la zona d'influència de la unió p-n ha de ser curt, en cas contrari es poden extingir entre ells quan es troben, sense generar cap quantitat d'electricitat.

Ús de gravat químic amb plasma

El disseny de la bateria solar té una superfície frontal amb una reixa instal·lada per a la captura de corrent i una part posterior, que és un contacte sòlid. Durant el fenomen de difusió, es produeix un curtcircuit elèctric entre els dos plans i es transmet fins al final.

Per eliminar el curtcircuit, l'equip s'acostuma a ferbateries solars, que permet fer-ho amb l'ajuda de plasma-químic, gravat químic o mecànic, làser. Sovint s'utilitza el mètode d'influència química del plasma. El gravat es realitza simultàniament per a una pila d'hòsties de silici apilades juntes. El resultat del procés depèn de la durada del tractament, la composició de l'agent, la mida dels quadrats del material, la direcció dels dolls de flux d'ions i altres factors.

Aplicació de recobriment antireflectant

Aplicant una textura a la superfície d'un element, la reflexió es redueix a un 11%. Això vol dir que una desena part dels raigs es reflecteixen simplement des de la superfície i no participen en la formació d'electricitat. Per tal de reduir aquestes pèrdues, s'aplica un recobriment amb penetració profunda de polsos de llum a la part frontal de l'element, que no els reflecteix cap enrere. Els científics, tenint en compte les lleis de l'òptica, determinen la composició i el gruix de la capa, de manera que la producció i instal·lació de plaques solars amb aquest recobriment redueix la reflexió fins a un 2%.

Placa de contacte a la part frontal

La superfície de l'element està dissenyada per absorbir la major quantitat de radiació, és aquest requisit el que determina les característiques dimensionals i tècniques de la malla metàl·lica aplicada. En triar el disseny de la part frontal, els enginyers resolen dos problemes oposats. La disminució de les pèrdues òptiques es produeix amb línies més fines i la seva ubicació a gran distància les unes de les altres. La producció d'una bateria solar amb una mida de xarxa més gran fa que algunes de les càrregues no tinguin temps d'arribar al contacte i es perdin.

Per tant, els científics han estandarditzat el valor de la distància i el gruix de la línia per a cada metall. Les tires massa fines obren espai a la superfície de l'element per absorbir els raigs, però no condueixen un corrent fort. Els mètodes moderns d'aplicació de la metal·lització consisteixen en la serigrafia. Com a material, la pasta que conté plata es justifica més. A causa del seu ús, l'eficiència de l'element augmenta un 15-17%.

Metal·lització a la part posterior del dispositiu

La deposició de metall a la part posterior del dispositiu es produeix de dues maneres, cadascuna de les quals realitza el seu propi treball. Una capa fina contínua sobre tota la superfície, excepte els forats individuals, s'espolsa amb alumini i els forats s'omplen amb pasta que conté plata, que té un paper de contacte. La capa d'alumini sòlida serveix com una mena de dispositiu mirall a la part posterior per a càrrecs gratuïts que es poden perdre en els enllaços de cristall penjant de la gelosia. Amb aquest recobriment, els panells solars funcionen un 2% més de potència. Les ressenyes dels clients diuen que aquests elements són més duradors i no es veuen tan afectats pel temps ennuvolat.

Fer plaques solars amb les teves pròpies mans

Fonts d'alimentació del sol, no tothom pot demanar i instal·lar a casa, ja que el seu cost avui és força elevat. Per tant, molts artesans i artesans dominen la producció de plaques solars a casa.

Podeu comprar jocs de fotocèl·lules per a l'automuntatge a Internet a diferents llocs. El seu costdepèn del nombre de plaques utilitzades i de la potència. Per exemple, els kits de baixa potència, de 63 a 76 W amb 36 plaques, costen entre 2350 i 2560 rubles. respectivament. Els articles de treball rebutjats de les línies de producció per qualsevol motiu també es compren aquí.

A l'hora d'escollir el tipus de convertidor fotovoltaic, tingueu en compte que les cèl·lules policristalines són més resistents al temps ennuvolat i funcionen de manera més eficient que les monocristal·lines, però tenen una vida útil més curta. Els monocristal·lins són més eficients en temps assolellat i duraran molt més temps.

Per organitzar la producció de plaques solars a casa, cal calcular la càrrega total de tots els dispositius que seran alimentats pel futur convertidor i determinar la potència del dispositiu. A partir d'aquí se segueix el nombre de fotocèl·lules, tot tenint en compte l'angle d'inclinació del panell. Alguns artesans preveuen la possibilitat de canviar la posició del pla d'acumulació en funció de l'alçada del solstici i, a l'hivern, del gruix de la neu que ha caigut.

S'utilitzen diferents materials per fer el cas. Molt sovint posen cantonades d'alumini o inoxidable, utilitzen fusta contraxapada, aglomerat, etc. La part transparent està feta de vidre orgànic o ordinari. A la venda hi ha fotocèl·lules amb conductors ja soldats, és preferible comprar-ne, ja que la tasca de muntatge es simplifica. Les plaques no s'apilen una sobre l' altra: les inferiors poden donar microesquerdes. La soldadura i el flux s'apliquen prèviament. És més convenient soldar els elements col·locant-los immediatament al costat de treball. Al final, les plaques extremes es solden als pneumàtics (conductors més amples), després de les quals surten els "menos" i "més".

Després del treball realitzat, el panell es prova i segella. Els artesans estrangers utilitzen compostos per a això, però per als nostres artesans són bastant cars. Els transductors casolans estan segellats amb silicona i la part posterior està recoberta amb vernís acrílic.

En conclusió, cal dir que les crítiques dels mestres que van fer plaques solars amb les seves pròpies mans són sempre positives. Un cop gastat diners en la fabricació i instal·lació del convertidor, la família els paga ràpidament i comença a estalviar amb energia gratuïta.