მზის ბატარეის წარმოება: ტექნოლოგია და აღჭურვილობა

2024 ავტორი: Howard Calhoun | [email protected]. ბოლოს შეცვლილი: 2023-12-17 10:32

კაცობრიობა ცდილობს გადაერთოს ელექტრომომარაგების ალტერნატიულ წყაროებზე, რაც ხელს შეუწყობს გარემოს სისუფთავეს შენარჩუნებას და ენერგიის გამომუშავების ხარჯების შემცირებას. მზის ბატარეის წარმოება თანამედროვე ინდუსტრიული მეთოდია. ელექტრომომარაგების სისტემა მოიცავს მზის მიმღებებს, ბატარეებს, კონტროლერებს, ინვერტორებს და სხვა მოწყობილობებს, რომლებიც შექმნილია კონკრეტული ფუნქციებისთვის.

მზის ბატარეა არის მთავარი ელემენტი, საიდანაც იწყება სხივების ენერგიის დაგროვება და გარდაქმნა. თანამედროვე სამყაროში მომხმარებლისთვის პანელის არჩევისას ბევრი ხარვეზია, რადგან ინდუსტრია გვთავაზობს პროდუქციის დიდ რაოდენობას ერთი დასახელების ქვეშ.

სილიკონის მზის უჯრედები

ეს პროდუქტები პოპულარულია დღევანდელ მომხმარებლებს შორის. სილიკონი არის მათი წარმოების საფუძველი. სიღრმეში მისი მარაგი ფართოა, წარმოება კი შედარებით იაფია. სილიკონის უჯრედები დადებითად ადარებენ მუშაობის დონეს სხვა მზის ელემენტებთან.

ელემენტების ტიპები

სილიკონის მზის უჯრედები იწარმოება შემდეგი ტიპებით:

• მონოკრისტალური;
• პოლიკრისტალური;
• ამორფული.

მოწყობილობების ზემოთ ჩამოთვლილი ფორმები განსხვავდება იმით, თუ როგორ არის განლაგებული სილიციუმის ატომები კრისტალში. ელემენტებს შორის მთავარი განსხვავებაა სინათლის ენერგიის გარდაქმნის ეფექტურობის განსხვავებული მაჩვენებელი, რომელიც პირველი ორი ტიპისთვის არის დაახლოებით იმავე დონეზე და აღემატება ამორფული სილიკონისგან დამზადებული მოწყობილობების მნიშვნელობებს..

დღევანდელი ინდუსტრია გთავაზობთ მზის სინათლის დამჭერების რამდენიმე მოდელს. მათი განსხვავება მდგომარეობს იმ აღჭურვილობაში, რომელიც გამოიყენება მზის პანელების წარმოებისთვის. წარმოების ტექნოლოგია და საწყისი მასალის ტიპი თამაშობს როლს.

ერთკრისტალური ტიპი

ეს ელემენტები შედგება ერთმანეთთან დამაგრებული სილიკონის უჯრედებისგან. მეცნიერ ჩოხრალსკის მეთოდით, აბსოლუტურად სუფთა სილიციუმი იწარმოება, საიდანაც მზადდება ერთკრისტალები. შემდეგი პროცესი არის გაყინული და გამაგრებული ნახევრად მზა პროდუქტის დაჭრა 250-დან 300 მიკრონი სისქის ფირფიტებად. თხელი ფენები გაჯერებულია ელექტროდების ლითონის ბადით. მიუხედავად წარმოების მაღალი ღირებულებისა, ასეთი ელემენტები საკმაოდ ფართოდ გამოიყენება კონვერტაციის მაღალი კოეფიციენტის გამო (17-22%).

პოლიკრისტალური ელემენტების წარმოება

პოლიკრისტალებისგან მზის უჯრედების წარმოების ტექნოლოგია არის ის, რომ გამდნარი სილიციუმის მასა თანდათან გაცივდება. წარმოება არ საჭიროებს ძვირადღირებულ აღჭურვილობას, შესაბამისად, სილიკონის მოპოვების ღირებულება მცირდება.პოლიკრისტალური მზის საცავების ეფექტურობის კოეფიციენტი უფრო დაბალია (11-18%), მონოკრისტალურისგან განსხვავებით. ეს აიხსნება იმით, რომ გაციების პროცესში სილიციუმის მასა გაჯერებულია წვრილი მარცვლოვანი ბუშტებით, რაც იწვევს სხივების დამატებით რეფრაქციას.

ამორფული სილიკონის ელემენტები

პროდუქტები კლასიფიცირდება, როგორც სპეციალური ტიპი, რადგან მათი სილიკონის ტიპს მიეკუთვნება გამოყენებული მასალის დასახელებიდან, ხოლო მზის უჯრედების წარმოება ხდება ფირის მოწყობილობის ტექნოლოგიით. წარმოების პროცესში კრისტალი ადგილს აძლევს სილიციუმის წყალბადს ან სილონს, რომლის თხელი ფენა ფარავს სუბსტრატს. ბატარეებს აქვთ ყველაზე დაბალი ეფექტურობის ღირებულება, მხოლოდ 6% -მდე. ელემენტებს, მიუხედავად მნიშვნელოვანი ნაკლისა, გააჩნიათ მთელი რიგი უდავო უპირატესობები, რაც მათ ანიჭებს უფლებას დგანან ზემოთ ჩამოთვლილ ტიპებთან:

• ოპტიკის შთანთქმის მნიშვნელობა ორჯერ მეტია, ვიდრე მონოკრისტალური და პოლიკრისტალური დისკები;
• აქვს ფენის მინიმალური სისქე მხოლოდ 1 მიკრონი;
• მოღრუბლული ამინდი არ მოქმედებს სინათლის გარდაქმნის მუშაობაზე, სხვა სახეობებისგან განსხვავებით;
• დახრის მაღალი სიმტკიცის გამო მისი გამოყენება უპრობლემოდ შეიძლება რთულ ადგილებში.

ზემოთ აღწერილი მზის გადამყვანების სამი ტიპი ავსებს ჰიბრიდულ პროდუქტებს, რომლებიც დამზადებულია ორმაგი თვისებების მქონე მასალებისგან. ასეთი მახასიათებლები მიიღწევა, თუ მიკროელემენტები ან ნანონაწილაკები შედის ამორფულ სილიციუმში. შედეგად მიღებული მასალა პოლიკრისტალური სილიკონის მსგავსია, მაგრამ დადებითად ადარებს მას ახალი ტექნიკური მახასიათებლებით.ინდიკატორები.

ნედლეული CdTe ფირის ტიპის მზის უჯრედების წარმოებისთვის

მასალის არჩევანი ნაკარნახევია წარმოების ღირებულების შემცირების და სამუშაოს შესრულების გაუმჯობესების საჭიროებით. ყველაზე ხშირად გამოყენებული სინათლის შთამნთქმელი კადმიუმის ტელურიდი. გასული საუკუნის 70-იან წლებში CdTe ითვლებოდა კოსმოსური გამოყენების მთავარ კონკურენტად, თანამედროვე ინდუსტრიაში მას ჰპოვა ფართო გამოყენება მზის ენერგიაში.

ეს მასალა კლასიფიცირდება როგორც კუმულაციური შხამი, ამიტომ კამათი მისი მავნებლობის შესახებ არ წყდება. მეცნიერთა მიერ ჩატარებულმა კვლევებმა დაადგინა ის ფაქტი, რომ ატმოსფეროში შემავალი მავნე ნივთიერებების დონე მისაღებია და არ აზიანებს გარემოს. ეფექტურობის დონე მხოლოდ 11%-ია, მაგრამ ასეთი უჯრედებიდან გარდაქმნილი ელექტროენერგიის ღირებულება 20-30%-ით დაბალია, ვიდრე სილიკონის ტიპის მოწყობილობებიდან.

სხივების აკუმულატორები დამზადებული სელენისგან, სპილენძისგან და ინდიუმისგან

მოწყობილობაში ნახევარგამტარებია სპილენძი, სელენი და ინდიუმი, ზოგჯერ დასაშვებია ამ უკანასკნელის შეცვლა გალიუმით. ეს განპირობებულია ბრტყელი ტიპის მონიტორების წარმოებისთვის ინდიუმზე მაღალი მოთხოვნილებით. აქედან გამომდინარე, შეირჩა ეს ჩანაცვლების ვარიანტი, რადგან მასალებს აქვთ მსგავსი თვისებები. მაგრამ ეფექტურობის ინდიკატორისთვის ჩანაცვლება მნიშვნელოვან როლს ასრულებს, მზის ბატარეის წარმოება გალიუმის გარეშე ზრდის მოწყობილობის ეფექტურობას 14%-ით..

პოლიმერზე დაფუძნებული მზის კოლექტორები

ეს ელემენტები კლასიფიცირდება როგორც ახალგაზრდა ტექნოლოგიები, რადგან ისინი ახლახან გამოჩნდა ბაზარზე. ორგანული ნახევარგამტარები შთანთქავენ სინათლესგარდაქმნას იგი ელექტრო ენერგიად. წარმოებისთვის გამოიყენება ნახშირბადის ჯგუფის ფულერენი, პოლიფენილენი, სპილენძის ფტალოციანინი და სხვ. შედეგად მიიღება თხელი (100 ნმ) და მოქნილი ფენები, რომლებიც სამუშაოში იძლევა ეფექტურობის კოეფიციენტს 5-7%. ღირებულება მცირეა, მაგრამ მოქნილი მზის უჯრედების წარმოებას აქვს რამდენიმე დადებითი წერტილი:

• დამზადება არ ღირს;
• მოქნილი ბატარეების დაყენების შესაძლებლობა მოსახვევებში, სადაც ელასტიურობას უდიდესი მნიშვნელობა აქვს;
• ინსტალაციის შედარებითი სიმარტივე და ხელმისაწვდომობა;
• მოქნილი ბატარეები ეკოლოგიურად სუფთაა.

ქიმიური მწნილობა წარმოებისას

ყველაზე ძვირადღირებული მზის ბატარეა არის მულტიკრისტალური ან მონოკრისტალური სილიკონის ვაფლი. სილიკონის ყველაზე რაციონალური გამოყენებისთვის იჭრება ფსევდო კვადრატული ფიგურები, იგივე ფორმა საშუალებას გაძლევთ მჭიდროდ მოათავსოთ ფირფიტები მომავალ მოდულში. ჭრის პროცესის შემდეგ ზედაპირზე რჩება დაზიანებული ზედაპირის მიკროსკოპული ფენები, რომლებიც იხსნება ჭრისა და ტექსტურირების გზით, რათა გაუმჯობესდეს შემხვედრი სხივების მიღება.

ასე დამუშავებული ზედაპირი არის შემთხვევით განლაგებული მიკროპირამიდები, რომელთა კიდედან აირეკლება, შუქი ეცემა სხვა ამობურცულ ზედაპირებზე. გაფხვიერების პროცედურა ამცირებს მასალის არეკვლას დაახლოებით 25%-ით. მწნილის პროცესი იღებს მჟავე და ტუტეების სერიასდამუშავება, მაგრამ დაუშვებელია ფენის სისქის მნიშვნელოვნად შემცირება, ვინაიდან ფირფიტა არ უძლებს შემდეგ დამუშავებას.

ნახევარგამტარები მზის უჯრედებში

მზის უჯრედების წარმოების ტექნოლოგია ვარაუდობს, რომ მყარი ელექტრონიკის მთავარი კონცეფცია არის p-n-junction. თუ n-ტიპის ელექტრონული გამტარობა და p-ტიპის ხვრელის გამტარობა გაერთიანებულია ერთ ფირფიტაში, მაშინ მათ შორის შეხების წერტილში ხდება p-n შეერთება. ამ განმარტების მთავარი ფიზიკური თვისება არის ბარიერის ფუნქცია და ელექტროენერგიის ერთი მიმართულებით გადატანა. სწორედ ეს ეფექტი გაძლევთ საშუალებას დაამყაროთ მზის უჯრედების სრული მუშაობა.

ფოსფორის დიფუზიის შედეგად, ფირფიტის ბოლოებზე წარმოიქმნება n ტიპის ფენა, რომელიც დაფუძნებულია ელემენტის ზედაპირზე მხოლოდ 0,5 მიკრონის სიღრმეზე. მზის ბატარეის წარმოება უზრუნველყოფს საპირისპირო ნიშნების მატარებლების ზედაპირულ შეღწევას, რომლებიც წარმოიქმნება სინათლის მოქმედებით. მათი გზა p-n-შეერთების გავლენის ზონამდე მოკლე უნდა იყოს, წინააღმდეგ შემთხვევაში მათ შეუძლიათ ერთმანეთის ჩაქრობა შეხვედრისას, ელექტროენერგიის გამომუშავების გარეშე.

პლაზმურ-ქიმიური ჭურვის გამოყენება

მზის ბატარეის დიზაინს აქვს წინა ზედაპირი დაყენებული ბადეებით დენის დაჭერისთვის და უკანა მხარე, რომელიც მყარ კონტაქტს წარმოადგენს. დიფუზიის ფენომენის დროს ორ სიბრტყეს შორის წარმოიქმნება ელექტრული მოკლევა და გადაეცემა ბოლომდე.

მოკლე ჩართვის მოსახსნელად გამოიყენება აღჭურვილობამზის ბატარეები, რაც საშუალებას გაძლევთ ამის გაკეთება პლაზმურ-ქიმიური, ქიმიური ოქროვის ან მექანიკური, ლაზერის დახმარებით. ხშირად გამოიყენება პლაზმურ-ქიმიური ზემოქმედების მეთოდი. ჭურვი ერთდროულად შესრულებულია სილიკონის ვაფლების დასტაზე, რომლებიც დაწყობილია. პროცესის შედეგი დამოკიდებულია მკურნალობის ხანგრძლივობაზე, აგენტის შემადგენლობაზე, მასალის კვადრატების ზომაზე, იონური ნაკადის მიმართულებაზე და სხვა ფაქტორებზე.

ანტირეფლექსური საფარის გამოყენება

ელემენტის ზედაპირზე ტექსტურის გამოყენებისას ასახვა მცირდება 11%-მდე. ეს ნიშნავს, რომ სხივების მეათედი უბრალოდ აირეკლება ზედაპირიდან და არ მონაწილეობს ელექტროენერგიის წარმოქმნაში. ასეთი დანაკარგების შესამცირებლად, ელემენტის წინა მხარეს გამოიყენება სინათლის იმპულსების ღრმა შეღწევის საფარი, რომელიც არ ასახავს მათ უკან. მეცნიერები, ოპტიკის კანონების გათვალისწინებით, განსაზღვრავენ ფენის შემადგენლობას და სისქეს, ამიტომ ასეთი საფარით მზის პანელების წარმოება და მონტაჟი ამცირებს ასახვას 2%-მდე..

კონტაქტური მოპირკეთება წინა მხარეს

ელემენტის ზედაპირი შექმნილია იმისთვის, რომ შთანთქას ყველაზე მეტი რადიაცია, სწორედ ეს მოთხოვნა განსაზღვრავს გამოყენებული ლითონის ბადის განზომილებებსა და ტექნიკურ მახასიათებლებს. წინა მხარის დიზაინის არჩევით, ინჟინრები წყვეტენ ორ საპირისპირო პრობლემას. ოპტიკური დანაკარგების შემცირება ხდება თხელი ხაზებით და მათი მდებარეობით ერთმანეთისგან დიდ მანძილზე. გაზრდილი ბადის ზომით მზის ბატარეის დამზადება იწვევს იმ ფაქტს, რომ ზოგიერთ დამუხტვას არ აქვს დრო კონტაქტისთვის და იკარგება.

ამიტომ, მეცნიერებმა დაადგინეს მანძილისა და ხაზის სისქის მნიშვნელობა თითოეული ლითონისთვის. ძალიან თხელი ზოლები ხსნის სივრცეს ელემენტის ზედაპირზე სხივების შთანთქმისთვის, მაგრამ არ ატარებს ძლიერ დენს. მეტალიზაციის გამოყენების თანამედროვე მეთოდები შედგება ტრაფარეტული ბეჭდვისგან. როგორც მასალა, ვერცხლის შემცველი პასტა ყველაზე მეტად ამართლებს თავს. მისი გამოყენების გამო ელემენტის ეფექტურობა იზრდება 15-17%-ით..

მეტალიზაცია მოწყობილობის უკანა მხარეს

მეტალის დეპონირება მოწყობილობის უკანა მხარეს ხდება ორი გზით, რომელთაგან თითოეული ასრულებს თავის სამუშაოს. უწყვეტი თხელი ფენა მთელ ზედაპირზე, ცალკეული ხვრელების გარდა, ასხურება ალუმინის, ხოლო ხვრელები ივსება ვერცხლის შემცველი პასტით, რომელიც კონტაქტურ როლს ასრულებს. მყარი ალუმინის ფენა ემსახურება როგორც ერთგვარი სარკის მოწყობილობა უკანა მხარეს უფასო დატენვისთვის, რომელიც შეიძლება დაიკარგოს გისოსების დაკიდებულ კრისტალურ კავშირებში. ასეთი საფარით, მზის პანელები 2%-ით მეტ ენერგიას მუშაობენ. მომხმარებელთა მიმოხილვები ამბობენ, რომ ასეთი ელემენტები უფრო მდგრადია და მოღრუბლულ ამინდს არ ახდენს გავლენას.

მზის პანელების დამზადება საკუთარი ხელით

მზის წყაროები, ყველას არ შეუძლია შეუკვეთოს და დააინსტალიროს სახლში, რადგან მათი ღირებულება დღეს საკმაოდ მაღალია. ამიტომ ბევრი ხელოსანი და ხელოსანი ეუფლება მზის პანელების წარმოებას სახლში.

შეგიძლიათ იყიდოთ ფოტოუჯრედების კომპლექტები თვითაწყობისთვის ინტერნეტში სხვადასხვა საიტებზე. მათი ღირებულებადამოკიდებულია გამოყენებული ფირფიტების რაოდენობაზე და სიმძლავრეზე. მაგალითად, დაბალი სიმძლავრის ნაკრები, 63-დან 76 ვტამდე 36 ფირფიტით, ღირს 2350-2560 რუბლი. შესაბამისად. საწარმოო ხაზებიდან რაიმე მიზეზით უარყოფილი სამუშაო ნივთები ასევე შეძენილია აქ.

ფოტოელექტრული გადამყვანის ტიპის არჩევისას გაითვალისწინეთ ის ფაქტი, რომ პოლიკრისტალური უჯრედები უფრო მდგრადია მოღრუბლული ამინდის მიმართ და უფრო ეფექტურად მუშაობენ, ვიდრე მონოკრისტალური, მაგრამ აქვთ უფრო მოკლე მომსახურების ვადა. მონოკრისტალური უფრო ეფექტურია მზიან ამინდში და გაცილებით დიდხანს გაძლებს.

სახლში მზის პანელების წარმოების ორგანიზებისთვის, თქვენ უნდა გამოთვალოთ ყველა მოწყობილობის მთლიანი დატვირთვა, რომელიც იკვებება მომავალი გადამყვანით და განსაზღვროთ მოწყობილობის სიმძლავრე. აქედან გამომდინარეობს ფოტოცელტების რაოდენობა, პანელის დახრილობის კუთხის გათვალისწინებით. ზოგიერთი ხელოსანი ითვალისწინებს დაგროვების სიბრტყის პოზიციის შეცვლის შესაძლებლობას მზედგომის სიმაღლის მიხედვით, ხოლო ზამთარში - ჩამოსული თოვლის სისქეზე..

საქმის დასამზადებლად გამოიყენება სხვადასხვა მასალა. ყველაზე ხშირად ათავსებენ ალუმინის ან უჟანგავი კუთხეებს, იყენებენ პლაივუდს, ჩიპბორდს და ა.შ. გამჭვირვალე ნაწილი დამზადებულია ორგანული ან ჩვეულებრივი მინისგან. გასაყიდად არის ფოტოცელიები უკვე შედუღებული დირიჟორებით, სასურველია ასეთის ყიდვა, რადგან შეკრების ამოცანა გამარტივებულია. ფირფიტები არ არის დაწყობილი ერთმანეთზე - ქვედას შეუძლია მიკრობზარების მიცემა. შედუღება და ნაკადი წინასწარ გამოიყენება.უფრო მოსახერხებელია ელემენტების შედუღება სამუშაო მხარეს დაუყოვნებლივ განთავსებით. დასასრულს ექსტრემალური ფირფიტები შედუღებულია საბურავებზე (უფრო განიერი გამტარები), რის შემდეგაც გამოდის "მინუს" და "პლუს".

სამუშაოს დასრულების შემდეგ, პანელი ტესტირება და დალუქვა ხდება. უცხოელი ხელოსნები ამისთვის იყენებენ ნაერთებს, ჩვენი ხელოსნებისთვის კი საკმაოდ ძვირია. ხელნაკეთი გადამყვანები დალუქულია სილიკონით, ხოლო უკანა მხარე დაფარულია აკრილის ლაქით.

დასასრულს, უნდა ითქვას, რომ ოსტატების მიმოხილვები, რომლებმაც საკუთარი ხელით დაამზადეს მზის პანელები, ყოველთვის დადებითია. გადამყვანის დამზადებასა და მონტაჟზე ფულის დახარჯვის შემდეგ ოჯახი სწრაფად იხდის მათ და იწყებს უფასო ენერგიის დაზოგვას.