Sản xuất pin năng lượng mặt trời: công nghệ và thiết bị

2024 Tác giả: Howard Calhoun | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2023-12-17 10:44

Nhân loại đang tìm cách chuyển sang các nguồn cung cấp điện thay thế sẽ giúp giữ sạch môi trường và giảm chi phí sản xuất năng lượng. Sản xuất pin năng lượng mặt trời là một phương pháp công nghiệp hiện đại. Hệ thống cung cấp điện bao gồm bộ thu năng lượng mặt trời, pin, bộ điều khiển, bộ biến tần và các thiết bị khác được thiết kế cho các chức năng cụ thể.

Pin năng lượng mặt trời là nguyên tố chính bắt đầu tích tụ và chuyển đổi năng lượng tia. Trong thế giới hiện đại, có rất nhiều cạm bẫy cho người tiêu dùng khi lựa chọn bảng điều khiển, vì ngành công nghiệp cung cấp một số lượng lớn các sản phẩm được kết hợp dưới một tên.

Tế bào năng lượng mặt trời Silicon

Những sản phẩm này được người tiêu dùng ưa chuộng hiện nay. Silicon là cơ sở để sản xuất chúng. Trữ lượng của nó ở độ sâu rất phổ biến và việc sản xuất tương đối rẻ. Các tế bào silicon so sánh thuận lợi về mức hiệu suất với các tế bào năng lượng mặt trời khác.

Các loại phần tử

Pin mặt trời silicon được sản xuất theo các loại sau:

• đơn tinh thể;
• đa tinh thể;
• vô định hình.

Các dạng thiết bị trên khác nhau về cách sắp xếp các nguyên tử silicon trong tinh thể. Sự khác biệt chính giữa các yếu tố là chỉ số khác nhau về hiệu quả của việc chuyển đổi năng lượng ánh sáng, đối với hai loại đầu tiên là xấp xỉ ở cùng một mức và vượt quá giá trị đối với các thiết bị làm bằng silicon vô định hình.

Ngành công nghiệp ngày nay cung cấp một số mô hình bắt đèn năng lượng mặt trời. Sự khác biệt của họ nằm ở thiết bị được sử dụng để sản xuất các tấm pin mặt trời. Công nghệ sản xuất và loại nguyên liệu ban đầu đóng một vai trò quan trọng.

Loại tinh thể đơn

Những phần tử này bao gồm các tế bào silicone được gắn chặt với nhau. Theo phương pháp của nhà khoa học Czochralski, silicon hoàn toàn tinh khiết được tạo ra, từ đó các đơn tinh thể được tạo ra. Quá trình tiếp theo là cắt bán thành phẩm đông lạnh và đông cứng thành các tấm có độ dày từ 250 đến 300 micron. Các lớp mỏng được bão hòa với một mạng lưới điện cực kim loại. Mặc dù chi phí sản xuất cao, các yếu tố này được sử dụng khá rộng rãi do tỷ lệ chuyển đổi cao (17-22%).

Sản xuất các nguyên tố đa tinh thể

Công nghệ sản xuất pin mặt trời từ đa tinh thể là khối silicon nóng chảy được làm lạnh dần. Việc sản xuất không đòi hỏi thiết bị đắt tiền, do đó, chi phí thu được silicon được giảm xuống. Các kho năng lượng mặt trời đa tinh thể có hệ số hiệu quả thấp hơn (11-18%), không giống như các kho chứa năng lượng mặt trời đơn tinh thể. Điều này được giải thích là do trong quá trình làm lạnh, khối silicon bị bão hòa với các bong bóng hạt nhỏ, dẫn đến khúc xạ bổ sung của các tia.

Nguyên tố silicon vô định hình

Sản phẩm được phân loại là loại đặc biệt, vì chúng thuộc loại silicon xuất phát từ tên của vật liệu được sử dụng, và việc sản xuất pin mặt trời được thực hiện bằng công nghệ thiết bị phim. Tinh thể trong quá trình sản xuất nhường chỗ cho silicon hydro hoặc silon, một lớp mỏng bao phủ bề mặt. Pin có giá trị hiệu suất thấp nhất, chỉ lên đến 6%. Các yếu tố, mặc dù có một nhược điểm đáng kể, nhưng có một số ưu điểm không thể phủ nhận giúp chúng có quyền đứng ngang hàng với các loại trên:

• giá trị hấp thụ quang học cao hơn hai chục lần so với giá trị của ổ đĩa đơn tinh thể và đa tinh thể;
• có độ dày lớp tối thiểu chỉ 1 micron;
• trời nhiều mây không ảnh hưởng đến công việc chuyển đổi ánh sáng, không giống như các loài khác;
• do độ bền uốn cao, nó có thể được sử dụng mà không gặp vấn đề gì ở những nơi khó.

Ba loại bộ chuyển đổi năng lượng mặt trời được mô tả ở trên được bổ sung bởi các sản phẩm lai tạo từ vật liệu có đặc tính kép. Các đặc tính này đạt được nếu các nguyên tố vi lượng hoặc các hạt nano được bao gồm trong silicon vô định hình. Vật liệu tạo thành tương tự như silicon đa tinh thể, nhưng được so sánh thuận lợi với nó bởi các tính năng kỹ thuật mới.các chỉ số.

Nguyên liệu sản xuất pin mặt trời dạng màng CdTe

Việc lựa chọn vật liệu được quyết định bởi nhu cầu giảm chi phí sản xuất và nâng cao hiệu suất trong công việc. Cadmium Telluride hấp thụ ánh sáng được sử dụng phổ biến nhất. Vào những năm 70 của thế kỷ trước, CdTe được coi là ứng cử viên chính cho việc sử dụng vũ trụ, trong ngành công nghiệp hiện đại, nó đã được ứng dụng rộng rãi trong năng lượng mặt trời.

Vật liệu này được xếp vào loại chất độc tích lũy, vì vậy cuộc tranh luận về tác hại của nó không hề lắng xuống. Nghiên cứu của các nhà khoa học đã xác lập một thực tế rằng mức độ các chất độc hại xâm nhập vào bầu khí quyển là chấp nhận được và không gây hại cho môi trường. Mức hiệu suất chỉ là 11%, nhưng chi phí điện năng chuyển đổi từ các tế bào như vậy thấp hơn 20-30% so với các thiết bị loại silicon.

Bộ tích lũy tia làm bằng selen, đồng và indium

Chất bán dẫn trong thiết bị là đồng, selen và indium, đôi khi được phép thay thế chất bán dẫn sau bằng gali. Điều này là do nhu cầu cao về indium để sản xuất màn hình phẳng. Do đó, phương án thay thế này đã được chọn, vì các vật liệu có các đặc tính tương tự. Nhưng đối với chỉ số hiệu quả, việc thay thế đóng một vai trò quan trọng, việc sản xuất pin năng lượng mặt trời không có gali sẽ làm tăng hiệu suất của thiết bị lên 14%.

Bộ thu năng lượng mặt trời dựa trên polyme

Những yếu tố này được xếp vào nhóm công nghệ trẻ vì chúng mới xuất hiện trên thị trường gần đây. Chất bán dẫn hữu cơ hấp thụ ánh sángđể chuyển nó thành năng lượng điện. Để sản xuất, người ta sử dụng fulleren thuộc nhóm cacbon, polyphenylen, đồng phthalocyanin, … Kết quả là thu được các màng mỏng (100 nm) và linh hoạt, cho hệ số hiệu suất là 5-7%. Giá trị nhỏ, nhưng việc sản xuất pin mặt trời linh hoạt có một số điểm tích cực:

• Không tốn nhiều tiền;
• khả năng lắp đặt pin linh hoạt ở những khúc cua mà độ đàn hồi là tối quan trọng;
• tương đối dễ dàng và khả năng cài đặt;
• pin dẻo thân thiện với môi trường.

Tẩy hóa chất trong quá trình sản xuất

Pin năng lượng mặt trời đắt nhất là tấm silicon đa tinh thể hoặc đơn tinh thể. Để sử dụng hợp lý nhất silicon, các hình vuông giả được cắt, hình dạng giống nhau cho phép bạn xếp chặt các tấm trong mô-đun tương lai. Sau quá trình cắt, các lớp vi mô của bề mặt bị hư hỏng vẫn còn trên bề mặt, được loại bỏ bằng cách khắc và tạo vân để cải thiện khả năng tiếp nhận các tia tới.

Bề mặt được xử lý theo cách này là một vi kim tự tháp nằm ngẫu nhiên, được phản xạ từ cạnh của nó, ánh sáng rơi vào bề mặt bên của các phần lồi khác. Quy trình nới lỏng làm giảm độ phản xạ của vật liệu khoảng 25%. Quá trình ngâm chua sử dụng một loạt axit và kiềmxử lý, nhưng không thể chấp nhận được việc giảm độ dày của lớp một cách đáng kể, vì tấm không chịu được quá trình xử lý sau.

Chất bán dẫn trong pin mặt trời

Công nghệ sản xuất pin mặt trời giả định rằng khái niệm chính của điện tử rắn là tiếp giáp p-n. Nếu độ dẫn điện tử của loại n và độ dẫn lỗ của loại p được kết hợp trong một tấm, thì một tiếp giáp p-n xảy ra tại điểm tiếp xúc giữa chúng. Tính chất vật lý chính của định nghĩa này là khả năng hoạt động như một rào cản và truyền điện theo một hướng. Chính hiệu ứng này cho phép bạn thiết lập hoạt động đầy đủ của pin mặt trời.

Kết quả của sự khuếch tán phốt pho, một lớp loại n được hình thành ở các đầu của tấm, lớp này nằm ở bề mặt của phần tử ở độ sâu chỉ 0,5 micron. Việc sản xuất pin năng lượng mặt trời tạo ra sự xâm nhập nông của các vật mang dấu hiệu trái ngược nhau, phát sinh dưới tác động của ánh sáng. Đường đi của chúng đến vùng ảnh hưởng của điểm tiếp giáp p-n phải ngắn, nếu không chúng có thể dập tắt nhau khi gặp nhau mà không tạo ra bất kỳ lượng điện nào.

Sử dụng phương pháp khắc hóa plasma

Thiết kế của pin năng lượng mặt trời có mặt trước được lắp đặt lưới để bắt dòng điện và mặt sau là tiếp điểm chắc chắn. Trong hiện tượng khuếch tán, một sự cố điện xảy ra giữa hai mặt phẳng và được truyền đến đầu cuối.

Để loại bỏ ngắn mạch, thiết bị được sử dụng đểpin năng lượng mặt trời, cho phép bạn làm điều này với sự trợ giúp của plasma-hóa học, khắc hóa học hoặc cơ khí, laser. Phương pháp ảnh hưởng plasma-hóa học thường được sử dụng. Quá trình khắc được thực hiện đồng thời đối với một chồng các tấm silicon xếp chồng lên nhau. Kết quả của quá trình phụ thuộc vào thời gian xử lý, thành phần của tác nhân, kích thước của các ô vuông của vật liệu, hướng của các tia dòng ion và các yếu tố khác.

Ứng dụng của lớp phủ chống phản quang

Bằng cách áp dụng một kết cấu lên bề mặt của một phần tử, độ phản chiếu giảm xuống 11%. Điều này có nghĩa là một phần mười các tia chỉ đơn giản là phản xạ từ bề mặt và không tham gia vào quá trình hình thành điện. Để giảm những tổn thất đó, một lớp phủ có sự xâm nhập sâu của các xung ánh sáng được áp dụng cho mặt trước của phần tử, lớp này không phản xạ chúng trở lại. Các nhà khoa học, tính đến các quy luật quang học, xác định thành phần và độ dày của lớp, vì vậy việc sản xuất và lắp đặt các tấm pin mặt trời có lớp phủ như vậy sẽ giảm phản xạ tới 2%.

Liên mạ mặt trước

Bề mặt của phần tử được thiết kế để hấp thụ lượng bức xạ lớn nhất, chính yêu cầu này quyết định kích thước và đặc tính kỹ thuật của lưới kim loại được ứng dụng. Bằng cách chọn thiết kế của mặt trước, các kỹ sư giải quyết hai vấn đề đối lập. Sự giảm suy hao quang xảy ra với các vạch mỏng hơn và vị trí của chúng cách xa nhau một khoảng cách lớn. Việc sản xuất pin năng lượng mặt trời với kích thước lưới tăng lên dẫn đến thực tế là một số sạc không có thời gian tiếp xúc và bị mất.

Vì vậy, các nhà khoa học đã tiêu chuẩn hóa giá trị của khoảng cách và độ dày vạch cho từng kim loại. Các dải quá mỏng mở ra không gian trên bề mặt của phần tử để hấp thụ tia, nhưng không dẫn dòng điện mạnh. Các phương pháp hiện đại áp dụng quá trình kim loại hóa bao gồm in lụa. Là một chất liệu, hồ dán có chứa bạc tự chứng minh cho chính nó. Do việc sử dụng nó, hiệu suất của phần tử tăng 15-17%.

Kim loại hóa ở mặt sau của thiết bị

Sự lắng đọng kim loại ở mặt sau của thiết bị xảy ra theo hai cách, mỗi cách thực hiện công việc riêng của mình. Một lớp mỏng liên tục trên toàn bộ bề mặt, ngoại trừ các lỗ riêng lẻ, được phun bằng nhôm, và các lỗ được lấp đầy bằng hồ dán có chứa bạc, đóng vai trò tiếp xúc. Lớp nhôm rắn đóng vai trò như một loại thiết bị gương ở mặt sau đối với các điện tích tự do có thể bị mất trong các liên kết tinh thể lơ lửng của mạng tinh thể. Với lớp phủ như vậy, các tấm pin mặt trời hoạt động nhiều hơn 2% điện năng. Đánh giá của khách hàng nói rằng các yếu tố này bền hơn và không bị ảnh hưởng bởi thời tiết nhiều mây.

Tự tay làm tấm pin mặt trời

Nguồn điện từ mặt trời, không phải ai cũng có thể đặt hàng và lắp đặt tại nhà, vì giá thành của chúng ngày nay khá cao. Do đó, nhiều thợ thủ công và thợ thủ công đang thành thạo việc sản xuất các tấm pin mặt trời tại nhà.

Bạn có thể mua các bộ tế bào quang điện để tự lắp ráp trên Internet tại nhiều trang web khác nhau. Chi phí của họphụ thuộc vào số lượng tấm được sử dụng và công suất. Ví dụ, bộ công suất thấp, từ 63 đến 76 W với 36 tấm, có giá 2350-2560 rúp. tương ứng. Các mặt hàng công việc bị từ chối khỏi dây chuyền sản xuất vì bất kỳ lý do gì cũng được mua tại đây.

Khi chọn loại bộ chuyển đổi quang điện, hãy tính đến thực tế là các tế bào đa tinh thể có khả năng chống lại thời tiết nhiều mây và hoạt động hiệu quả hơn các tế bào đơn tinh thể, nhưng có tuổi thọ ngắn hơn. Các đơn tinh thể hoạt động hiệu quả hơn trong thời tiết nắng và sẽ tồn tại lâu hơn.

Để tổ chức sản xuất các tấm pin mặt trời tại nhà, bạn cần tính toán tổng tải của tất cả các thiết bị sẽ được cung cấp bởi bộ chuyển đổi trong tương lai và xác định công suất của thiết bị. Từ đây theo dõi số lượng tế bào quang điện, đồng thời tính đến góc nghiêng của bảng điều khiển. Một số thợ thủ công đưa ra khả năng thay đổi vị trí của mặt phẳng tích tụ tùy thuộc vào độ cao của điểm hạ chí và vào mùa đông - vào độ dày của tuyết đã rơi.

Các vật liệu khác nhau được sử dụng để làm vỏ máy. Thông thường họ đặt các góc bằng nhôm hoặc không gỉ, sử dụng ván ép, ván dăm,… Phần trong suốt được làm bằng thủy tinh hữu cơ hoặc thông thường. Trên thị trường có bán các tế bào quang điện với các dây dẫn đã được hàn sẵn, bạn nên mua những tế bào như vậy sẽ tốt hơn vì công việc lắp ráp được đơn giản hóa. Các tấm này không được xếp chồng lên nhau - những tấm thấp hơn có thể tạo ra các vết nứt nhỏ. Chất hàn và chất trợ dung được áp dụng trước. Sẽ thuận tiện hơn khi hàn các phần tử bằng cách đặt chúng ngay trên mặt làm việc. Cuối cùng, các tấm cực đoan được hàn vào vỏ xe (dây dẫn rộng hơn), sau đó chữ "trừ" và "cộng" được xuất ra.

Sau khi hoàn thành công việc, bảng điều khiển được kiểm tra và niêm phong. Các thợ thủ công nước ngoài sử dụng các hợp chất cho việc này, nhưng đối với thợ thủ công của chúng tôi, chúng khá đắt. Đầu dò tự chế được niêm phong bằng silicone và mặt sau được phủ một lớp sơn bóng gốc acrylic.

Tóm lại, cần phải nói rằng đánh giá của các bậc thầy chế tạo tấm pin năng lượng mặt trời bằng tay của chính họ luôn tích cực. Sau khi đã chi tiền cho việc sản xuất và lắp đặt bộ chuyển đổi, gia đình nhanh chóng trả tiền cho chúng và bắt đầu tiết kiệm bằng cách sử dụng năng lượng miễn phí.