Технология изготовления солнечных батарей: Новая технология производства солнечных панелей / Хабр

Производство солнечных батарей: пошагово.

Главная » Энергия » Технология изготовления солнечных панелей.

09.10.2019Рубрика: ЭнергияАвтор: Eyvasites

Содержание

1. Технология изготовления солнечных панелей.
2. Оборудование для производства солнечных батарей.
3. Производители солнечных батарей.
4. Топ компаний-производителей солнечных панелей:
5. Российские популярные производители батарей:

Всё большей популярности набирает потребление энергии солнца, что неизменно влечет за собой увеличение спроса на оборудование, которое преобразует солнечное излучение в электроэнергию. Самым распространенным методом получения таковой считается фотовольтаика. Разумеется, одной из причин есть то, что производство солнечных батарей базируется на использовании кремния. Этот химический элемент – второй по численности на земном шаре.

Сейчас на рынке солнечных батарей функционируют огромные мировые компании, которые имеют многомиллионные обороты и многолетний опыт. Технологии, положенные в основу производства, из года в год совершенствуются. Вы с легкостью найдете солнечную батарею, которая вам нужна. Будь то устройство для автомобиля, микрокалькулятора или освещения дома. Если приобрести одиночный фотоэлемент, вы заметите, что у них очень маленькая мощность. Потому чаще их соединяют в солнечный модуль. Давайте разбираться, как.

Она делится на этапы, разберем каждый из них:

Конечно же, первое, с чего начинается абсолютно любое производство, и не только солнечных панелей, это с подготовки сырья (материала). Как говорилось ранее, в основном панели делают из кремния, а если быть точнее, то из кварцевого песка определенной породы. Технология подготовки материала включает два процесса:

1. Высокотемпературное плавление.
2. Синтез с добавлением разнообразных химических элементов.

После прохождения этих процессов можно достигнуть очищения кремния до 99,99 %.

Чаще всего для производства солнечных панелей берут поликристаллический или монокристаллический кремний. И хоть технология производства у них разная, тем не менее получение поликристаллического кремния считается более экономной. Поэтому, выбираю солнечную батарею из такого сырья, вы заплатите за нее меньше.

После очистки кремния, его режут тонкими пластинами, которые потом пройдут тестирование. Производится оно путем замера электропараметров с помощью световой вспышки ксеноновой лампы очень высокой мощности. По окончанию испытаний пластин, их отправляют на следующий этап.

• На втором этапе пластины спаивают в секции, после чего из них формируют блоки на стекле. Чтобы перенести эти секции на стекло, используются держатели из вакуума. С их помощью исключается механическое воздействие на готовый солнечный элемент. Обычно секции состоят из 10 элементов, а блоки из 4 секций, реже – из 6.
• Блоки, которые получили на втором этапе, ламинируются с помощью этиленвинилацетатной пленки и специального защитного покрытия. Компьютерное управление позволяет проследить за температурой, давлением и уровнем вакуума, а также запрограммировать условия для ламинирования.
• Это последний этап производства солнечных панелей. Заключается он в монтировании алюминиевой рамы и соединительной коробки. Специальный клей-герметик обеспечивает надежное соединение модуля и коробки. Потом солнечные батареи тестируют, измеряя ток короткого замыкания, напряжение точки максимальной мощности  и напряжение холостого хода.

Оборудование для производства солнечных батарей.

В производстве солнечных панелей используют только лучшее оборудование. Благодаря высокому качеству оборудования достигается минимальная погрешность при тестировании и измерении показателей. Также это гарантирует более длительный срок эксплуатации, что в свою очередь снижает затраты на покупку нового оборудования. Низкое же качество влечет за собой нарушения в технологии производства.

Основное оборудование, которое используют при изготовлении  солнечных панелей:

• Инструмент для резки ячеек. Ячейки режутся с помощью волоконного лазера. Размеры можно задать с помощью различных программ.
• Ламинатор. Название говорит само за себя.С его помощью ламинируют солнечные элементы. Имеет специальные контроллеры для поддержки выбранных параметров. Ламинаторы работают в двух режимах: ручном и автоматизированном.
• Столик для перемещения. Очень сложно обойтись без данного предмета. Именно на нем производят такие операции, как обрезка краев, укладка соединительной коробки и многие другие. Столешница имеет закрепленные шарики, с помощью которого можно открыть и переместить модуль, не боясь его повредить.
• Машинка для очистки стекла. Ее используют при очистке стеклянных подложек. Стекло сначала очищают при помощи моющего средства, позже ополаскивают деионизированной водой два раза. Уже после подложки сушатся с помощью холодного и горячего воздуха.

Производители солнечных батарей.

Изготовление солнечных панелей из кремния – довольно перспективный и прибыльный бизнес. Спрос на солнечные панели растет каждый год. Соответственно, растут объемы продаж.

Безусловно, первое место по производству солнечных батарей занимают китайцы. Их главный козырь – очень низкая стоимость. Естественно, многие компании по всему миру не выдерживают напора и конкуренции китайских компаний. Это стало следствием закрытия, например, четырех немецких брендов за последние пару лет. Это такие гиганты, как Solon, Solarhybrid, Q-Cells и SolarMillennium. Вслед за ними закрыла свой филиал в Германии американская компания FirstSolar, а вслед за ней и компании Siemens, Bosch. И это неудивительно. Китайские солнечные панели стоят в два раза дешевле своих заграничных аналогов.

Топ компаний-производителей солнечных панелей:

• YingliGreenEnergy. YGE за время своего существования установила солнечных батарей больше, чем на 2 ГВт.
• FirstSolar. Несмотря на то, что компании пришлось закрыть свой завод в Германии, она не сдала свои позиции в топе. Профилем ее являются тонкопленочные панели, которых они выпустили более, чем на 4 ГВт.
• SuntechPower Ко. Производитель выпустил на рынок около 13 миллионов батарей.

Российские популярные производители батарей:

• Завод «Солнечный ветер».
• Завод «Хевел».
• Завод «Телеком-СТВ».
• «Рязанский завод металлокерамических приборов».
• «Термотрон-завод».

Страны СНГ также не пасут задних. Например, в Астане тоже запустили завод, выпускающий солнечные батареи из кремния. Для Казахстана это пионер в подобной отрасли. В качестве материалов там планируется использование кремния, которое находится в Казахстане. Оборудование, закупленное для производства, отвечает всем стандартам и отличается высоким качеством.

Высокие темпы строительства заводов свидетельствуют о высоком спросе на солнечные батареи. Потому в ближайшем будущем можно ожидать повсеместное использования солнечных модулей. И это, однозначно, положительно повлияет на нашу атмосферу, избавив ее от загрязнений и истощений запасов топлива.

Рейтинг

( 1 оценка, среднее 5 из 5 )

0

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:

Как сделать солнечные батареи своими руками.

Жизнь в стиле «Органик», столь популярная идея в последние годы, предполагает гармоничные «отношения» человека с окружающей средой. Камнем преткновения любого экологического подхода является использование полезных ископаемых для получения энергии.

Выбросы токсичных веществ и углекислоты в атмосферу, выделяющихся при сгорании ископаемого топлива, постепенно убивают планету. Поэтому концепция «зеленой энергии», которая не вредит окружающей среде, является базовой основой многих новых энерготехнологий. Одним из таких направлений получения экологически чистой энергии является технология преобразования солнечного света в электрический ток. Да, именно так, речь пойдет о солнечных батареях и возможности установки систем автономного энергообеспечения в загородном доме.

В настоящий момент энергоустановки промышленного изготовления на базе солнечных батарей, применяемые для полного энерго- и теплообеспечения коттеджа, стоят не менее 15-20 тыс. долларов при гарантированном сроке эксплуатации около 25 лет. Стоимость любой гелиевой системы в перерасчете соотношения гарантированного срока эксплуатации к средним годичным затратам на коммунальное содержание загородного дома достаточно высокая: во-первых, сегодня средняя стоимость солнечной энергии соизмерима с покупкой энергоресурсов из центральных энергосетей, во-вторых, требуются одномоментные капитальные вложения для установки системы.

Обычно принято разделять гелиосистемы, предназначенные для тепло- и энергообеспечения. В первом случае используется технология солнечного коллектора, во втором — фотоэлектрический эффект для генерации электрического тока в солнечных батареях. Мы хотим рассказать о возможности самостоятельного изготовления солнечных батарей.

Технология ручной сборки солнечной энергетической системы достаточно проста и доступна. Практически каждый россиянин может собрать индивидуальные энергосистемы с высоким КПД при сравнительно низких затратах. Это выгодно, доступно и даже модно.

Выбор солнечных элементов для солнечной панели

Приступая к изготовлению солнечной системы, нужно обратить внимание, что при индивидуальной сборке нет необходимости в одномоментной установке полнофункциональной системы, её вполне можно наращивать постепенно. Если первый опыт оказался удачным, то имеет смысл расширять функциональность гелиосистемы.

По своей сути, солнечная батарея — это генератор, работающий на основе фотоэлектрического эффекта и преобразовывающий солнечную энергию в электрическую. Кванты света, попадающие на кремниевую пластину, выбивают электрон с последней атомной орбиты кремния. Этот эффект создает достаточное количество свободных электронов, образующих поток электрического тока.

Перед сборкой батареи нужно определиться в типе фотоэлектрического преобразователя, а именно: монокристаллическом, поликристаллическом и аморфном. Для самостоятельной сборки солнечной батареи выбирают доступные в продаже монокристаллические и поликристаллические солнечные модули.

Панели на основе поликристаллического кремния имеют достаточно низкий КПД (7-9%), но этот недостаток нивелируется тем, что поликристаллы практически не понижают мощность при облачности и пасмурной погоде, гарантийная долговечность таких элементов составляет около 10 лет. Панели на основе монокристаллического кремния имеют КПД около 13% при сроке эксплуатации около 25 лет, но эти элементы сильно снижают мощность при отсутствии прямого солнечного света. Показатели КПД кристаллов кремния от разных производителей могут существенно варьироваться. По практике работы солнечных электростанций в полевых условиях можно говорить о сроке службы монокристаллических модулей более 30 лет, а для поликристаллических — более 20 лет. Причем за весь период эксплуатации потеря мощности у кремниевых моно- и поликристаллических элементов составляет не более 10%, когда у тонкопленочных аморфных батарей за первые два года мощность снижается на 10-40%.

На аукционе Еbay можно приобрести набор Solar Cells для сборки солнечной батареи из 36 и 72 солнечных элементов. Такие наборы доступны в продаже и в России. Как правило, для самостоятельной сборки солнечных батарей используются солнечные модули В-типа, то есть модули, отбракованные на промышленном производстве. Эти модули не теряют своих эксплуатационных показателей и значительно дешевле. Некоторые поставщики предлагают солнечные модули на стеклотекстолитовой плате, что предполагает высокий уровень герметичности элементов, а, соответственно, надежности.

Разработка проекта гелиевой энергосистемы

Проектирование будущей гелиосистемы во многом зависит от способа её установки и монтажа. Солнечные батареи должны быть установлены под наклоном, чтобы обеспечить попадание прямых солнечных лучей под прямым углом. Производительность солнечной панели во многом зависит от интенсивности световой энергии, а также от угла падения солнечных лучей. Размещение солнечной батареи относительно солнца и угол наклона зависит от географического расположения гелиевой системы и времени года.

Промышленные гелиосистемы часто снабжены датчиками, которые обеспечивают ротационное движение солнечной панели по направлению движения солнечных лучей, а также зеркалами-концентраторами солнечного света. В индивидуальных системах такие элементы значительно усложняют и удорожают систему, поэтому не применяются. Может быть применена простейшая механическая система управлением углом наклона. В зимнее время солнечные панели должны быть установлены практически вертикально, это также защищает панель от налегания снега и обледенения конструкции.

Для изготовления солнечных панелей можно выбирать различные материалы по удельному весу и другим характеристикам. При выборе материалов конструкции необходимо учитывать максимально допустимую температуру нагрева солнечного элемента, так как температура солнечного модуля, работающего на полную мощность, не должна превышать 250С. При превышении пиковой температуры солнечный модуль резко теряет свою способность преобразовывать солнечный свет в электрический ток. Готовые гелиосистемы для индивидуального использования, как правило, не предполагают охлаждение солнечных элементов. Самостоятельное изготовление может подразумевать охлаждение гелиосистемы или управление углом наклона солнечной панели для обеспечения функциональной температуры модуля, а также выбор соответствующего прозрачного материала, поглощающего ИК-излучение.

Грамотная конструкция солнечной системы позволяет обеспечить требуемую мощность солнечной батареи, которая будет приближаться к номинальной. При расчете конструкции нужно учитывать, что элементы одного типа дают одинаковое напряжение, не зависящее от размера элементов. Причем сила тока у крупноразмерных элементов будет больше, но и батарея будет значительно тяжелее. Для изготовления солнечной системы всегда берутся солнечные модули одного размера, так как максимальный ток будет ограничен максимальным током малого элемента.

Расчеты показывают, что в среднем в ясный солнечный день можно получить с 1 м солнечной панели не более 120 Вт мощности. Такая мощность не обеспечит работу даже компьютера. Система в 10 м дает более 1 кВт энергии и может обеспечивать электроэнергией работу основных бытовых приборов: светильников, телевизора, компьютера. Для семьи из 3-4 человек необходимо около 200–300 кВт в месяц, поэтому солнечная система, установленная с южной стороны, размером 20 м может вполне обеспечить семейные энергопотребности.

Если рассматривать среднестатистические данные по электроснабжению индивидуального жилого дома, то: ежедневное энергопотребление составляет 3 кВт ч, солнечная радиация с весны по осень  — 4 кВт ч/м в день, пиковая мощность потребления — 3кВт (при включении стиральной машины, холодильника, утюга и электрочайника). С целью оптимизации энергопотребления для освещения внутри дома важно использовать лампы переменного тока с низким энергопотреблением — светодиодные и люминесцентные.

Изготовление каркаса солнечной батареи

В качестве каркаса солнечной батареи используется алюминиевый уголок. На аукционе Еbay можно приобрести готовые рамы для солнечных батарей. Прозрачное покрытие выбирается по желанию, исходя из характеристик, которые необходимы для данной конструкции.

При выборе прозрачного защитного материала можно также ориентироваться на следующие характеристики материала:

Если рассматривать показатель преломления света в качестве критерия выбора материала. Самый минимальный коэффициент преломления имеет плексиглас, более дешевым вариантом прозрачного материала является отечественное оргстекло, менее подходящим — поликарбонат. В продаже имеется поликарбонат с антиконденсатным покрытием, также этот материал обеспечивает высокий уровень термозащиты. При выборе прозрачных материалов по удельному весу и способности поглощать ИК-спектр лучшим будет поликарбонат. К лучшим прозрачным материалам для солнечных батарей относятся материалы с высоким светопропусканием.

При изготовлении солнечной батареи важно выбирать прозрачные материалы, которые не пропускают ИК-спектр и, таким образом, снижают нагревание кремниевых элементов, теряющих свою мощность при температуре свыше 250С. В промышленности используются специальные стекла, имеющие оксидно-металлическое покрытие. Идеальным стеклом для солнечных панелей считается тот материал, которые пропускает весь спектр кроме ИК-диапазона.

Максимальное поглощение ИК-спектра обеспечит защитное силикатное стекло с оксидом железа (Fe2O3), но оно имеет зеленоватый оттенок. ИК-спектр хорошо поглощает любое минеральное стекло за исключением кварцевого, оргстекло и плексиглас относятся к классу органических стекол. Минеральное стекло более устойчиво к повреждениям поверхности, но является очень дорогим и недоступным. Для солнечных батарей также применяется специальное антибликовое сверхпрозрачное стекло, пропускающее до 98% спектра. Также это стекло предполагает поглощение большей части ИК-спектра.

Оптимальный выбор оптических и спектральных характеристик стекла значительно повышает эффективность фотопреобразования солнечной панели.

Во многих мастер-классах по изготовлению солнечных батарей рекомендуется использовать оргстекло для передней и задней панели. Это позволяет проводить инспекцию контактов. Однако конструкцию из оргстекла сложно назвать полностью герметичной, способной обеспечить бесперебойную эксплуатацию панели в течение 20 лет работы.

Монтаж корпуса солнечной батареи

В мастер-классе показывается изготовление солнечной панели из 36 поликристаллических солнечных элементов размером 81×150 мм. Исходя из этих размеров, можно вычислить размеры будущей солнечной батареи. При расчете размеров важно между элементами делать небольшое расстояние, которое будет учитывать изменение размеров основы под атмосферным воздействием, то есть между элементами должно быть 3–5 мм. Результирующий размер заготовки должен быть 835х690 мм при ширине уголка 35 мм.

Подбор и пайка солнечных элементов

В настоящий момент на аукционе Еbay представлен огромный ассортимент изделий для самостоятельного изготовления солнечных батарей.
Так как солнечная батарея, сделанная своими руками, практически в 4 раза дешевле готовой, самостоятельное изготовление — это значительная экономия средств. На Еbay можно приобрести солнечные элементы с дефектами, но они не теряют своей функциональности, таким образом, стоимость солнечной батареи может существенно сократиться, если вы можете дополнительно пожертвовать внешним видом батареи.

При первом опыте лучше приобретать наборы для изготовления солнечных панелей, в продаже имеются солнечные элементы с припаянными проводниками. Пайка контактов — это достаточно сложный процесс, сложность усугубляется хрупкостью солнечных элементов.

Если вы приобрели кремниевые элементы без проводников, то сначала необходимо провести пайку контактов.
Пайка элементов — это достаточно кропотливая работа. Если не удастся получить нормального соединения, то необходимо повторить работу. По нормативам серебряное напыление на проводнике должно выдерживать 3 цикла пайки при допустимых тепловых режимах, на практике сталкиваешься с тем, что напыление разрушается. Разрушение серебряного напыления происходит из-за использования паяльников с нерегулируемой мощностью (65Вт), этого можно избежать, если понизить мощность следующим образом — нужно последовательно с паяльником включить патрон с лампочкой в 100 Вт. Номинальная мощность нерегулируемого паяльника слишком высока для пайки кремниевых контактов.

Даже если продавцы проводников уверяют, что припой на соединителе имеется, его лучше нанести дополнительно. Во время пайки старайтесь аккуратно обращаться с элементами, при минимальном усилии они лопаются; не стоит складывать элементы пачкой, от веса нижние элементы могут треснуть.

Сборка и пайка солнечной батареи

При первой самостоятельной сборке солнечной батареи лучше воспользоваться разметочной подложкой, которая поможет расположить элементы ровно на некотором расстоянии друг от друга (5 мм).

Основа выполняется из листа фанеры с маркированием уголков. После пайки на каждый элемент с обратной стороны крепится кусок монтажной ленты, достаточно прижать заднюю панель к скотчу, и все элементы переносятся.
При таком типе крепления сами элементы дополнительно не герметизируются, они могут свободно расширяться под действием температуры, это не приведет к повреждению солнечной батареи и разрыву контактов и элементов. Герметизации поддаются только соединительные части конструкции. Такой вид крепления больше подходит для опытных образцов, но вряд ли может гарантировать долгосрочную эксплуатацию в полевых условиях.

Последовательный план сборки батареи выглядит так:

Основные проблемы сборки солнечной панели связаны с качеством пайки контактов, поэтому специалисты предлагают перед герметизацией панели ее протестировать.

Тестирование можно делать после пайки каждой группы элементов. Если вы обратите внимание на фотографии в мастер-классе, то часть стола под солнечными элементами вырезана. Это сделано намеренно, чтобы определить работоспособность электрической сети после пайки контактов.

Герметизация солнечной панели

Герметизация солнечных панелей при самостоятельном изготовлении — это самый спорный вопрос среди специалистов. С одной стороны, герметизация панелей необходима для повышения долговечности, она всегда применяется при промышленном изготовлении. Для герметизации зарубежные специалисты рекомендуют использовать эпоксидный компаунд «Sylgard 184», который дает прозрачную полимеризованную высокоэластичную поверхность. Стоимость «Sylgard 184» на Еbay составляет около 40 долларов.

С другой стороны, если вы не хотите нести дополнительные затраты, вполне можно использовать силиконовый герметик. Однако в этом случае не стоит полностью заливать элементы, чтобы избежать их возможного повреждения в процессе эксплуатации. В таком случае элементы к задней панели можно прикрепить при помощи силикона и герметизировать только края конструкции. Насколько эффективна такая герметизация, сказать сложно, но использовать не- рекомендованные гидроизоляционные мастики не советуем, очень высока вероятность разрыва контактов и элементов.

Схема электроснабжения дома

Системы электроснабжения домов с использованием солнечных батарей принято называть фотоэлектрическими системами, то есть системами, обеспечивающими генерацию энергии с использованием фотоэлектрического эффекта. Для индивидуальных жилых домов рассматриваются три фотоэлектрические системы: автономная система энергообеспечения, гибридная батарейно-сетевая фотоэлектрическая система, безаккумуляторная фотоэлектрическая система, подключенная к центральной системе энергоснабжения.

Каждая из систем имеет свое предназначение и преимущества, но наиболее часто в жилых домах применяют фотоэлектрические системы с резервными аккумуляторными батареями и подключением к централизованной энергосети. Питание электросети осуществляется при помощи солнечных батарей, в темное время суток от аккумуляторов, а при их разрядке — от центральной энергосети. В труднодоступных районах, где нет центральной сети, в качестве резервного источника энергоснабжения используются генераторы на жидком топливе.

Более экономной альтернативой гибридной батарейно-сетевой системе электроснабжения будет безаккумуляторная солнечная система, подсоединенная к центральной сети энергоснабжения. Электроснабжение осуществляется от солнечных батарей, а в темное время суток сеть питается от центральной сети. Такая сеть более применима для учреждений, потому что в жилых домах большая часть энергии потребляется в вечернее время.

Рассмотрим типичную установку батарейно-сетевой фотоэлектрической системы. В качестве генератора электроэнергии выступают солнечные панели, которые подсоединены через соединительную коробку. Далее в сети устанавливается контроллер солнечного заряда, чтобы избежать короткого замыкания при пиковой нагрузке. Электроэнергия накапливается в резервных батареях-аккумуляторах, а также подается через инвертор на потребители: освещение, бытовую технику, электроплиту и, возможно, используется для нагревания воды. Для установки системы отопления эффективнее применять гелиоколлекторы, которые относятся к альтернативной гелиотехнологии.

Существует два типа электросетей, которые используются в фотоэлектрических системах: на базе постоянного и переменного тока. Использование сети переменного тока позволяет размещать электропотребители на расстоянии, превышающем 10–15 м, а также обеспечивать условно-неограниченную нагрузку сети.

Для частного жилого дома обычно используют следующие комплектующие фотоэлектрической системы:

• суммарная мощность солнечных панелей должна составлять 1000 Вт, они обеспечат выработку около 5 кВт ч;
• аккумуляторы с общей емкостью в 800 А/ч при напряжении 12 В;
• инвертор должен иметь номинальную мощность 3кВт с пиковой нагрузкой до 6 кВт, входное напряжение 24–48 В;
• контроллер солнечного разряда 40–50 А при напряжении в 24 В;
• источник бесперебойного питания для обеспечения кратковременного заряда с током до 150 А.

Таким образом, для фотоэлектрической системы электроснабжения понадобится 15 панелей на 36 элементов, пример сборки которых приведен в мастер-классе. Каждая панель дает суммарную мощность в 65 Вт. Более мощными будут солнечные батареи на монокристаллах. Например, солнечная панель из 40 монокристаллов имеет пиковую мощность 160 Вт, однако такие панели чувствительны к пасмурной погоде и облачности. В этом случае солнечные панели на базе поликристаллических модулей оптимальны для использования в северной части России.

Основы производства солнечной фотоэлектрической энергии | Департамент энергетики

Офис технологий солнечной энергии

Производство солнечной энергии включает в себя производство продуктов и материалов по всей цепочке создания стоимости солнечной энергии. Хотя существует некоторое концентрированное солнечно-тепловое производство, большая часть производства солнечной энергии в Соединенных Штатах связана с фотоэлектрическими (PV) системами. Эти системы состоят из фотоэлектрических модулей, стеллажей и проводки, силовой электроники и устройств системного мониторинга, все из которых производится. Узнайте, как работает ПВ.

Производство фотоэлектрических модулей

Кремний фотоэлектрических модулей

Большинство коммерчески доступных фотоэлектрических модулей используют кристаллический кремний в качестве поглощающего материала. Эти модули имеют несколько производственных этапов, которые обычно выполняются отдельно друг от друга.

• Производство поликремния – Поликремний представляет собой высокочистый мелкозернистый кристаллический продукт кремния, обычно имеющий форму стержней или шариков в зависимости от метода производства. Поликремний обычно производят с использованием высокореакционноспособных газов, синтезируемых в основном с использованием металлургического кремния (полученного из кварцевого песка), водорода и хлора. В одном процессе, называемом процессом Сименса, газообразный состав кремния, водорода и хлора проходит над нагретой кремниевой нитью, разрывая молекулярные связи и откладывая атом кремния на нить, которая в конечном итоге вырастает в большой поликремниевый стержень U-образной формы. Атомы водорода и хлора повторно используются в замкнутом цикле. Чтобы нить не загрязняла высокочистый поли, сама нить также сделана из чистого кремния. В другом методе маленькие шарики кремния помещаются на дно сосуда в форме перевернутого конуса, куда закачивается составной газ кремния и водорода, в результате чего маленькие шарики плавают у поверхности. Нагревание сосуда приводит к разрыву кремний-водородных связей, в результате чего атомы кремния осаждаются на маленькие шарики до тех пор, пока они не станут слишком тяжелыми, чтобы плавать, и падают на дно сосуда, где их собирают, готовые к использованию.
   
• Производство слитков и пластин – Для превращения поликремния в пластины поликремний помещают в контейнер, который нагревают до тех пор, пока поликремний не превратится в жидкую массу. В одном процессе, называемом процессом Чохральского, большой цилиндрический слиток монокристаллического кремния выращивается путем прикосновения небольшого кристаллического зерна к поверхности жидкости и медленного вытягивания его вверх. В другом процессе, называемом направленным затвердеванием, жидкая масса медленно охлаждается до тех пор, пока она не затвердеет снизу вверх, образуя крупнозернистый слиток мультикристаллического кремния. Затем слитки кремния нарезаются на очень тонкие пластины с помощью проволочных пил с алмазным покрытием. Образующиеся кремниевые опилки называются пропилом. Хотя это менее распространено, производство пластин без пропилов может быть достигнуто путем вытягивания охлажденных слоев из ванны с расплавленным кремнием или с использованием газообразных соединений кремния для осаждения тонкого слоя атомов кремния на кристаллический шаблон в форме пластины.
   
• Изготовление элементов – Кремниевые пластины затем перерабатываются в фотоэлектрические элементы. Первым шагом является химическое текстурирование поверхности пластины, которое устраняет повреждения пилой и увеличивает количество света, попадающего на пластину, когда она подвергается воздействию солнечного света. Последующие процессы существенно различаются в зависимости от архитектуры устройства. Для большинства типов ячеек требуется, чтобы пластина подвергалась воздействию газа, содержащего электрически активную легирующую примесь, и покрывала поверхность пластины слоями, которые улучшают работу ячейки. Трафаретная печать серебряной металлизации для электрических контактов также очень распространена среди типов ячеек.

• Сборка модуля . На предприятии по сборке модулей медные ленты, покрытые припоем, соединяют серебряные шины на передней поверхности одной ячейки с задней поверхностью соседней ячейки в процессе, известном как язычки и натягивание. Взаимосвязанный набор ячеек расположен лицевой стороной вниз на листе стекла, покрытом листом полимерного герметика. Второй лист герметика помещается поверх ячеек лицевой стороной вниз, за ​​ним следует прочный полимерный задний лист или другой кусок стекла. Вся стопка материалов ламинируется в печи, чтобы сделать модуль водонепроницаемым, затем снабжается алюминиевой рамой, герметиком по краям и распределительной коробкой, в которой ленты подключены к диодам, предотвращающим обратный поток электричества. Электрические кабели от распределительной коробки передают ток, вырабатываемый модулем, к соседнему модулю или силовой электронике системы.

Тонкая пленка PV

Тонкая пленка PV может относиться к ряду различных поглощающих материалов, наиболее распространенным из которых является теллурид кадмия (CdTe). Тонкопленочные фотоэлектрические модули обычно обрабатываются как единое целое от начала до конца, где все этапы выполняются на одном объекте. Производство обычно начинается с флоат-стекла, покрытого прозрачным проводящим слоем, на который осаждается фотоэлектрический поглощающий материал в процессе, называемом сублимацией на близком расстоянии друг от друга. Лазерное скрайбирование используется для формирования клеточных полос и формирования соединительного пути между соседними клетками. Накладывают медные ленты, сверху кладут герметизирующий лист и второй лист стекла, а стопку ламинируют, чтобы сделать ее водонепроницаемой. Наконец, к задней части модуля крепится распределительная коробка. Там электрические кабели модуля крепятся к медным лентам, которые проходят в распределительную коробку через отверстия в заднем стекле.

Системы стеллажей

Опорные конструкции, предназначенные для поддержки фотоэлектрических модулей на крыше или в поле, обычно называют системами стеллажей. Производство фотоэлектрических стеллажных систем значительно различается в зависимости от того, где будет происходить установка. Наземные стеллажи изготовлены из стали, которая обычно покрыта или оцинкована для защиты от коррозии и требует бетонного фундамента. В больших наземных системах обычно используется одноосевой механизм слежения, который помогает солнечным панелям следовать за солнцем, когда оно движется с востока на запад. Для отслеживания требуются механические детали, такие как двигатели и подшипники. Также можно использовать стационарные стеллажи (называемые «фиксированным наклоном»). Монтаж стеллажей на крышу зависит от типа кровли. Для плоских крыш, например, на больших коммерческих или промышленных зданиях, используются стальные стеллажи с фиксированным наклоном. Обычно его прикрепляют к тяжелым блокам, которые сидят на крыше. Для скатных жилых крыш стеллажи предназначены для надежного крепления к стропилам и удержания модулей на высоте нескольких дюймов над крышей. Это позволяет воздушному потоку охлаждать заднюю часть модулей, повышая их производительность.

Силовая электроника

Силовая электроника для фотоэлектрических модулей, включая оптимизаторы мощности и инверторы, собирается на электронных платах. Это оборудование преобразует электричество постоянного тока (DC), которое генерирует солнечная панель, в электричество переменного тока (AC), которое использует электрическая сеть. Узнайте больше о том, как работают инверторы.

Сборка начинается с шаблона печатной платы. Паяльная паста печатается там, где небольшие компоненты, такие как транзисторы и диоды, размещаются с помощью робототехники. Иногда более крупные компоненты, такие как конденсаторы и трансформаторы, размещаются на плате вручную. После того, как все компоненты установлены, плата проходит через ванну с припоем в печи, чтобы соединить компоненты. Вся плата покрыта лаком и запаяна в водонепроницаемый корпус с портами для внешних подключений.

Узнайте больше о том, как работает солнечная энергия, об областях исследований SETO и ресурсах солнечной энергии.

Производство солнечной энергии | Департамент энергетики

Офис технологий солнечной энергии

Что такое производство солнечной энергии?

Производство солнечной энергии относится к изготовлению и сборке материалов по всей цепочке создания стоимости солнечной энергии, наиболее очевидным из которых являются солнечные фотоэлектрические (PV) панели, которые включают множество подкомпонентов, таких как пластины, элементы, стекло, задние листы и рамы. Помимо панелей, существует множество различных промышленных продуктов, которые необходимы для систем солнечной энергии, включая инверторы, проводку, комбайнерные коробки, стеллажи и направляющие конструкции — и это только для фотоэлектрических систем. Например, системы концентрации солнечной тепловой энергии (CSP) требуют производства гелиостатов, приемников и систем хранения тепла. Узнайте больше о том, как работает фотоэлектрическое производство.

Производство солнечной энергии в США
 

На карте производства солнечной фотоэлектрической энергии в США указаны действующие производственные площадки, которые вносят свой вклад в цепочку поставок солнечной фотоэлектрической энергии.

Почему важно производство солнечной энергии?

Создание сильного сектора производства солнечной энергии и цепочки поставок в Америке поддерживает экономику США и помогает идти в ногу с растущим внутренним и мировым спросом на доступную солнечную энергию. В настоящее время промышленность США по производству фотоэлектрических модулей способна производить фотоэлектрические модули, чтобы удовлетворить почти треть сегодняшнего внутреннего спроса. Увеличение отечественного фотоэлектрического оборудования сохранит большую ценность в экономике США и создаст ценные рабочие места на производстве.

Это также снизит зависимость США от поставок энергоносителей из-за рубежа, что повысит энергетическую безопасность США, а также увеличит экспорт оборудования для производства возобновляемых источников энергии из США. Сосредоточение внимания на совершенствовании отечественного производства солнечной энергии поможет Министерству энергетики США (DOE). ) Управление технологий солнечной энергии (SETO) достигает своих целей.

SETO Исследования в области производства солнечной энергии

SETO финансирует исследовательские проекты в области производства солнечной энергии, которые повысят конкурентоспособность отечественного производства и помогут США конкурировать в глобальном масштабе, разрабатывая пути коммерциализации прорывных инноваций в солнечной промышленности. Проекты поддерживают разработку концепции и проверку технологий в дополнение к совершенствованию совершенно нового солнечного оборудования и производственных процессов. Это включает в себя проведение технико-экономического анализа и других оценок цепочек поставок, производственной инфраструктуры и рабочей силы. Узнайте больше о программах финансирования производства SETO ниже:

• American-Made Solar Prize — это призовое соревнование с призовым фондом 3 миллиона долларов, предназначенное для возрождения производства солнечной энергии в США с помощью серии конкурсов и развития разнообразной и мощной сети поддержки.
• Приз за стартап американского производства перовскита – это призовое соревнование с призовым фондом 3 миллиона долларов, предназначенное для ускорения роста производства перовскита в США и поддержки быстрой разработки солнечных элементов и модулей, в которых используются материалы из перовскита.
• Управление технологий солнечной энергии на 2021 финансовый год Программа финансирования системной интеграции и аппаратного инкубатора, позволяющая солнечной энергии способствовать повышению надежности и устойчивости национальной электросети и продолжать снижать затраты при разработке солнечных технологий следующего поколения и увеличении производства солнечной энергии в США.

Программа финансирования

• Solar Energy Technologies Office на 2020 финансовый год — доведение прототипов до коммерческой стадии и устранение бизнес-/рыночных рисков для стимулирования инвестиций, патентов, публикаций и рабочих мест.

Программа финансирования Управления технологий солнечной энергии

• на 2019 финансовый год — разработка надежных прототипов, которые смогут подтвердить критически важные функции конечных продуктов и привлечь инвестиции частного сектора.

Программа финансирования

• Solar Energy Technologies Office на 2018 финансовый год — разработка и тестирование новых способов ускорения интеграции новых технологий в солнечную энергетику.
• Исследования инноваций в малом бизнесе и передача технологий для малого бизнеса — поощрение малых предприятий в США к участию в рискованных, инновационных исследованиях и разработках технологий с потенциалом коммерциализации в будущем.
• Фонд коммерциализации технологий Министерства энергетики США — использует финансирование исследований и разработок всего Министерства энергетики для развития перспективных энергетических технологий с потенциалом значительного воздействия.

Кроме того, офис поддержал развитие сети американского производства, в которую входят национальные лаборатории, инкубаторы, инвесторы и опытные отраслевые наставники. Он предоставляет предпринимателям, работающим в офисе, техническую информацию, проверку продукта и стратегическую поддержку.

URL видео

Большинство металлических контактов фотогальванических (PV) солнечных элементов изготавливаются из серебра, которое является дорогим металлом, пользующимся высоким спросом. Компания Bert Thin Films получила награду от Управления технологий солнечной энергетики Министерства энергетики за разработку медной пасты, которая может заменить серебро и легко добавляться в производственные линии компаний, работающих в области солнечной энергетики.

Министерство энергетики США/Bert Thin Films

Другие подразделения Министерства энергетики вносят свой вклад в развитие производства экологически чистой энергии, в том числе Управление передовых технологий.

Чтобы просмотреть конкретные проекты по производству солнечной энергии, выполните поиск в базе данных исследований солнечной энергии.

Дополнительные ресурсы

• Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии: Анализ затрат на производство солнечной энергии
• Консорциум США по производству усовершенствованных перовскитов (US-MAP)
• Федеральные налоговые льготы для производителей солнечной энергии

Узнайте больше о производстве солнечной энергии и исследованиях конкурентоспособности, других исследованиях солнечной энергии в SETO, а также о текущих и бывших программах финансирования.