Изготовление солнечных батарей: Как сделать солнечные батареи своими руками.

Содержание

Как сделать солнечные батареи своими руками.

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.

Изготовление солнечных панелей — начало фото рассказа

Электрификация домика в поселении, эксперименты с самостоятельным изготовлением солнечных панелей. Интересный опыт этого человека показывает на сколько просто можно обеспечить себя электричеством. Забегая вперед могу сказать что конечно не все он правильно делал, но как говорится на ошибках учатся.

В Поселение Тополевое (оно же Благодать) Приморского края был приобретен домик, он был в хорошем состоянии и было решено его сначала обжить и наладить быт, ну и попутно начинать строить свой дом.

На фото это нынешнее состояние дома, а в самом начале все было несколько иначе.
>
Первым делом конечно стоял вопрос с электричеством, ведь для городского жителя, да и для любого современного человека электричество это неотъемлемая часть жизни. Первое что показалось достойным вариантом это солнечные панели, но они очень дорогие. Но знакомые посоветовали что можно экономить если заказывать не готовые солнечные панели, а только элементы (ФЭМ) и из них самому собирать панели. Если посчитать действительно получается очень дёшево.

Поискав где по дешевле через интернет заказал по почте 6 комплектов. Вообще в планах на будущее планировалось иметь мощную солнечную электростанцию, поэтому сразу было заказано шесть комплектов для экспериментов, чтобы понять что и как и отработать самостоятельную сборку панелей. В одном комплекте 36 пластин + 2 запасные, на случай если в дороге повредятся или вдруг нечаянно сломаются. Мощность каждой панели из этих комплектов около 50 ватт.
>
После распаковки посылки в первой же пачке обнаружил пару битых пластин и парочку с небольшими сколами. Скорее всего в дороге пострадали, так как эти элементы очень хрупкие, примерно как яичная скорлупа, а толщина всего 0,2мм. Как элементы оказались в руках то захотелось немедленно опробовать их и посмотреть что получился. Первое что нашлось это старая оконная рама, в нее как раз помещался один набор элементов и было решено собирать первую панель из нее.

В инструкции написано что одна пластина выдает ток 3,5Ампер 0,5Вольт. Хотя по-моему в реале она дает 0.6 в, судя по замерам мультиметра. Где-то я слышал, что для заряда свинцового аккумулятора нужно напряжение выше чем он дает, например 14 вольт, поэтому решил что зарядка наверняка будет и от 30 пластин по 0,5Вольт, то есть 15 вольт.

Немного поразмыслив над тем как прикрепить элементы к стеклу было решено просто использовать скотч. Элементы разложил на стекло и зафиксировал небольшими кусочками скотча, а далее поклеил по швам цельными полосками. После чего оставалось спаять элементы. В посылке к каждому комплекту шол карандаш с флюсом для пайки и лента, которой соединяются все контакты пластин.

Да, кстати не нужно боятся тех пластин что без припаянных ленточек на лицевой стороне, ленточки хоть и долго, но пояются очень просто. Просто прикладываешь ленточку и прогреваешь, а тонкий слой олова на ленточке расплавляется и прилипает к контактам лицевой стороны. Вот такая получилась первая солнечная панель.
>
Тыльная сторона панели, видно как припаяны контакты.
>
Ну и вид спереди, ничего сложного вроде как получилось.
>
. На следующий день начались различные тесты этой панели. Первым делом измерил напряжение холостого хода, то-есть без нагрузки, оно составило 17,2 вольта. Потом попробовал подсоединить портативный телевизор на 12 вольт, тот заработал, при этом напряжение упало до 14 вольт.
>
На фото не очень видно, но на самом деле он показывает нормально, просто на улице ничего не видно на экране. Далее уже через инвертор 12/220Вольт я пробовал подключать к панели разную электронику. Если на небе солнышко то работал нетбук, но при малейшем облачке инвертор отключался и нетбук естественно тоже так-как его внутренняя батарейка была полностью разряжена.

А на следующий день я пробовал подключить музыкальный центр. На нем есть вход 12 вольт. В основном работал отлично, но когда становилось уже невыносимо пасмурно, то при громкости «на всю» начинал похрипывать и напряжение падало до 10 вольт. Одновременно центр и КПК от инвертора работать не хотели. Инвертор вырубался, но это все было в пасмурную погоду. Думаю что если мощность поднять в три раза, то,есть три панели подключить, то вся электроника прекрасно бы работала, ну а при солнце хватило бы и одной панели.

Я понял для себя, что надо систему рассчитывать именно под пасмурные дни, тогда проблем совсем не будет, Так как пасмурные дни есть всегда. Как показала практика, из 6-ти комплектов можно собрать 7 панелей, даже еще пластины останутся. Более подробно опишу в следующей статье, а пока нашел большое стекло на которое помещаются сразу пластины двух комплектов, буду думать как лучше сделать. Как приеду продолжу. Напишу позже об успехах или неудачах. + Более подробный фото-отчет.

Навигация по частям этого фото рассказа. - 1 - 2 - 3 - 4 - 5

Статьи написаны по материалам дневника >>источник

Методы производства солнечных элементов

Более 85% солнечных батарей производятся на основе моно и поли кремния. Технология их производства достаточно трудная, длительная и энергоемкая. Но обо всем по порядку.

Основные этапы изготовления солнечных монокристаллических элементов:

  1. Получение «солнечного» кремния.

    В качестве сырья используется кварцевый песок с высоким массовым содержанием диоксида кремния (SiO2). Он проходит многоступенчатую очистку, чтобы избавиться от кислорода. Происходит путем высокотемпературного плавления и синтеза с добавлением химических веществ.

  2. Выращивание кристаллов.

    Очищенный кремний представляет собой просто разрозненные куски. Для упорядочивания структуры и выращиваются кристаллы по методу Чохральского. Происходит это так: куски кремния помещаются в тигель, где раскаляются и плавятся. В расплав опускается затравка – так сказать, образец будущего кристалла. Атомы, располагаются в четкую структуру, нарастают на затравку слой за слоем. Процесс наращивания длительный, но в результате образуется большой, красивый, а главное однородный кристалл.

  3. Обработка.

    Этот этап начинается с измерения, калибровки и обработки монокристалла для придания нужной формы. Дело в том, что при выходе из тигля в поперечном сечении он имеет круглую форму, что не очень удобно для дальнейшей работы. Поэтому ему придается псевдо квадратная форма. Далее обработанный монокристалл стальными нитями в карбид — кремниевой суспензии или алмазно — импрегнированной проволокой режется на пластинки толщиной 250-300 мкм. Они очищаются, проверяются на брак и количество вырабатываемой энергии.

  4. Создание фотоэлектрического элемента.

    Чтобы кремний мог вырабатывать энергию, в него добавляют бор (B) и фосфор (P). Благодаря этому слой фосфора получает свободные электроны (сторона n-типа), сторона бора – отсутствие электронов, т.е. дырки (сторона p-типа). По причине этого между фосфором и бором появляется p-n переход. Когда свет будет падать на ячейку, из атомной решетки будут выбиваться дырки и электроны, появившись на территории электрического поля, они разбегаются в сторону своего заряда. Если присоединить внешний проводник, они будут стараться компенсировать дырки на другой части пластинки, появится напряжение и ток. Именно для его выработки с обеих сторон пластины припаиваются проводники.

  5. Сборка модулей.

    Пластинки соединяются сначала в цепочки, потом в блоки. Обычно одна пластина имеет 2 Вт мощности и 0,6 В напряжения. Чем больше будет ячеек, тем мощнее получится батарея. Их последовательное подключение дает определенный уровень напряжения, параллельное увеличивает силу образующегося тока. Для достижения необходимых электрических параметров всего модуля последовательно и параллельно соединенные элементы объединяются. Далее ячейки покрывают защитной пленкой, переносят на стекло и помещают в прямоугольную рамку, крепят распределительную коробку. Готовый модуль проходит последнюю проверку – измерение вольт — амперных характеристик. Все, можно использовать!

Соединение самих солнечных батарей тоже может быть последовательным, параллельным или последовательно-параллельным для получения требуемых силы тока и напряжения.

Наглядное видео о этапах автоматической сборки, включая: пайку, ламинирование, коммутацию ячеек, установку распределительной коробки, стекла и алюминиевой рамы:

Производство поликристаллических батарей отличается только выращиванием кристалла. Есть несколько способов производства, но самый популярный сейчас и занимающий 75% всего производства это Сименс — процесс. Суть метода заключается в восстановлении силана и осаждении свободного кремния в результате взаимодействия парогазовой смеси из водорода и силана с поверхностью кремниевых слитков, разогретой до 650-1300°C. Освободившиеся атомы кремния, образовывают кристалл с древовидной (дендритной) структурой.

 

Тонкопленочные батареи производятся в основном по технике испарительной фазы. Сырьем для аморфных фотопреобразователей является кремневодород (силан, SinH2n+2). Он напыляется на материал подложки (стекло, керамика, металлические или полимерные ленты и пр.) слоем менее 1 мкм. Водород в составе аморфного кремния (5-20%) меняет его электрофизические свойства и придает ему полупроводниковые качества.

Производство аморфных преобразователей значительно проще кристаллических: без труда создаются пластины площадью более 1 м при температурах осаждения всего 250-400°C. К тому же их полупроводниковыми свойствами можно управлять, подбирая соединения компонентов пленки для получения требуемых параметров.

Технология производства солнечных CIGS батарей тоже заключается в напылении полупроводников. Делается это с помощью вакуумных камер и электронных пушек. Медь (Cu), индий (In) или галлий (Ga) напыляются путем последовательного осаждения на подложку из стекла, покрытой молибденом слоем в 1 мкм. Полученная структура обрабатывается парами селена (Se).

Есть еще один способ изготовления CIGS батарей – метод трафаретной печати или струйного напыления. Основан он на использовании суспензии из частиц металлических оксидов. Ее вязкость позволяет получать как бы чернила для печати. «Бумагой» же могут быть разные материалы: стекло, фольга, пластик.

Метод трафаретной печати для изготовления тонкопленочных батарей используется только известными «солнечными» производителями. Имеет такие преимущества, как высокий коэффициент использования материалов (от 90%), сравнительная дешевизна оборудования, приличный КПД готового продукта – 14%.

Производство кристаллов арсенид галлия, может осуществляться, как и монокристаллов кремния, методом Чохральского — горизонтальной или вертикальной направленной кристаллизации. Кристаллы получаются  путем вытягивания их вверх от свободной поверхности большого объёма расплава с инициацией начала кристаллизации путём приведения затравочного кристалла. На картинке приведены схемы выращивания.  

 

Читайте также:

Разновидность солнечных батарей

Сравнение моно, поли и аморфных солнечных батарей

Расчет мощности солнечных батарей

КПД солнечной батареи — что это?

 

Устройство солнечной батареи. Теория

Состав и устройство солнечной батареи, ее элементов определяют эффективность выработки энергии готовым изделием. В настоящее время, для генерации электрической энергии используются солнечные панели на основе кремния (с-Si, mc-Si & кремниевые тонкопленочные батареи), теллурида кадмия CdTe, соединения медь-индий (галлий)-селен Cu(InGa)Se2, а также концентраторные батареи на основе арсенида галлия (GaAs). Ниже будут даны краткие описания каждой из них.

Солнечные батареи основе кремния

Солнечные батареи (СБ) на основе кремния составляют на сегодняшний день порядка 85% всех выпускаемых солнечных панелей. Исторически это обусловлено тем, что при производстве СБ на основе кремния использовался обширный технологический задел и инфраструктура микроэлектронной промышленности, основной «рабочей лошадкой» которой также является кремний. В результате, многие ключевые технологии микроэлектронной промышленности такие как выращивания кремния, нанесения покрытий, легирования, удалось адаптировать для производства кремниевых батарей с минимальными изменениями и инвестициями. Кроме того, кремний – один из самых распространенных элементов земной коры и составляет по разным данным 27-29% по массе. Таким образом, нет никаких физических ограничений для производства значительной доли электроэнергии Земли с имеющимися запасами Si.

Различают два основных типа кремниевых СБ – на основе монокристаллического кремния (crystalline-Si, c-Si) и на основе мультикристаллического (multicrystalline-Si, mc-Si) или поликристаллического. В первом случае используется высококачественный (и, соответственно, более дорогой) кремний выращенный по методу Чохральского, который является стандартным методом для получения кремниевых пластин-заготовок для производства микропроцессоров и микросхем. Эффективность СБ изготовленных из монокристаллического кремния составляет обычно 19-22%. Не так давно, фирма Panasonic заявила о начале промышленного выпуска СБ с эффективностью 24,5% (что вплотную приближается к максимально возможному теоретически значению ~30%).

Во втором случае для производства СБ используется более дешевый кремний произведенный по методу направленной кристаллизации в тигле (block-cast), специально разработанного для производства СБ. Получаемые в результате кремниевые пластины состоят из множества мелких разнонаправленных кристаллитов (типичные размеры 1-10мм) разделенных границами зерен. Подобные неидеальности кристаллической структуры (дефекты) приводят к снижению эффективности – типичные значения эффективности СБ из mc-Si составляют 14-18%. Снижение эффективности данных СБ компенсируется их меньшей ценой, так что цена за один ватт произведенной электроэнергии оказывается примерно одинаковой для солнечных панелей как на основе c-Siтак и mc-Si.

Тонкопленочные солнечные панели

Возникает вопрос – зачем разрабатывать другие типы модулей, если солнечные панели на основе моно- и мультикристаллического кремния уже созданы и показывают неплохие результаты? Очевидный ответ — чтобы добиться еще большего снижения стоимости и улучшения технологичности и эффективности, по сравнению с обычными c-Si и mc-Siсолнечными батареями.

Дело в том, что обычные кремниевые фотоэлектрические модули наряду с преимуществами, перечисленными выше, обладают и рядом недостатков. Кемний из-за своих особых электрофизических свойств (непрямозонный полупроводник) обладает довольно низким коэффициентом поглощения, особенно в области инфракрасных длин волн. Таким образом, толщина кремниевой пластины для эффективного поглощения солнечного излучения должна составлять довольно внушительные 100-300 мкм. Более толстые пластины означают больший расход материала, что ведет к удорожанию СБ.

В то же время, прямозонные полупроводники на вроде GaAs, CdTe, Cu(InGa)Se2, и даже некоторые модифицированные формы Si, способны поглощать требуемое количество солнечной энергии при толщине всего в несколько микрон. Открывается заманчивая перспектива сэкономить на расходных материалах, а также на электроэнергии, которой требуется значительно меньше для изготовления более тонкого слоя полупроводника. Еще одной положительной чертой СБ на основе вышеназванных полупроводников – в отличие от СБ на основе c-Si и mc-Si– является их способность не снижать эффективность преобразования солнечной энергии в электрическую даже в условиях рассеянного излучения (облачный день или в тени).

Исследования СБ на основе теллурида кадмия (CdTe) начались еще в 1970х годах ввиду их потенциального использования в качестве перспективных для космических аппаратов. А первое широкое применение «на земле» подобные СБ нашли в качестве элементов питания карманных микрокалькуляторов.

Данные элементы представляют собой гетероструктуру из тонких слоев p-CdTe / n-CdS (суммарная толщина 2-8 мкм) напыленных на стеклянную подложку (основу). Эффективность современных фотоэлектрических элементов данного типа равняется 15-17%. Основным (и фактически единственным) производителем СБ на основе теллурида кадмия является американская фирма FirstSolar, которая занимает 4-5% всего рынка.

К сожалению, есть проблемы с обоими элементами входящими в состав соединения CdTe. Кадмий – это экологически вредный тяжелый метал, который требует особых методов обращения и ставит сложный вопросутилизации старых изделий. В виду этого, законодательство многих стран ограничивает свободную продажу гражданам СБ этого типа (строятся только масштабных солнечных электростанций под гарантии утилизации от фирмы производителя). Второй элемент – теллур, довольно редко встречается в земной коре. Уже в настоящее время более половины всего добываемого теллура идет на изготовление солнечных панелей, а перспективы нарастить добычу – довольно призрачны.

Солнечные батареи на основе соединения медь-индий (галлий)-селен Cu(InGa)Se2 (иногда обозначаются как CIGS) являются новичками на рынке солнечной энергетики. Несмотря на то, что начало исследований элементов этого типа было положено еще в середине 70х, в настоящее время коммерческий выпуск в боле-менее солидных масштабах ведет всего лишь фирма SolarFrontierKKиз Японии. Отчасти это связано с технически сложным и дорогим процессом изготовления, хотя в некоторых (удачных!) случаях их эффективность может достигать 20%.

Несмотря на отсутствие экологически вредных элементов в составе этого соединения, значительному расширению производства данных солнечных модулей в будущем угрожает дефицит индия. Ведутся исследования с целью заменить дорогой In на более дешевые элементы и может быть скоро появятся новые изделия на основе соединения Cu2ZnSn(S,Se)4.

Фотоэлектрические модули на основе аморфного кремния a-Si:H. Тонкопленочные солнечные батареи могут быть построены также и на основе хорошо известного кремния, если удастся каким-либо образом улучшить его способности к поглощению солнечного света. Применяются две основные методики:

— увеличить путь прохождения фотонов посредством многократного внутреннего переотражения;

— использовать аморфный кремний (a-Si), обладающий гораздо большим коэффициентом поглощения чем обычный кристаллический кремний (с-Si).

По первому пути пошла австралийская фирма CSGSolarLtd, разработавшая СБ с эффективностью 10-13% при толщине слоя кремния всего 1,5 мкм. По второму – швейцарская OerlikonSolar (которую сейчас перекупили японцы), создавшая комбинированные солнечные панели на основе слоев аморфного и кристаллического кремния a-Si / с-Si эффективность которых также составляет 11-13%. Своеобразной особенностью СБ из аморфного кремния является снижение эффективности их работы при понижении температуры окружающего воздуха (у всех остальных — наоборот). Так, фирма производитель рекомендует устанавливать данные модули в странах с жарким климатом.

Концентраторные солнечные модули

Наиболее совершенные и самые дорогие на сегодняшний день солнечные модули обладают эффективностью фотоэлектрического преобразования до 44%. Они представляют собой многослойные структуры из разных полупроводников последовательно выращенных друг на друге слой за слоем. Наиболее успешной является структура состоящая из трех слоев:  Ge (нижний полупроводник и подложка), GaAsи GaInP. Благодаря тому, что в подобной комбинации каждый отдельный полупроводниковый слой поглощает наиболее эффективно свой определенный диапазон солнечного спектра (определяемый шириной запрещенной зоны полупроводника), достигается наиболее полное поглощение солнечного света во всем диапазоне длин волн, недостижимое для СБ состоящих из одного типа полупроводника. К сожалению, процесс изготовления подобных многослойных полупроводниковых слоев очень сложен технически и, как следствие, весьма дорог.  

Если солнечные батареи стоят очень дорого, фокусировка солнечного излучения на меньшей площади СБ может применяться как эффективный способ снижения финансовых затрат. Например, собрав при помощи линзы солнечный свет с 10 см2 и сфокусировав его на 1 см2 солнечной батареи, можно получить тоже количество электроэнергии, что и от элемента площадью 10 см2 без концентратора, но экономя при этом целых 90% площади! Но при этом, набор подобных ячеек (солнечная батарея + линза) должен быть смонтирован на подвижной механической системе, которая будет ориентировать оптику в направлении солнца в то время как оно движется по небу в течении дня, что увеличивает стоимость системы.

В настоящее время экономически оправдано использовать подобные дорогие концентраторные солнечные модули только в тех странах и регионах земного шара, где круглый год имеется в достатке прямое солнечное излучение (рассеянное излучение не может быть сфокусировано линзой). Так, французская фирма-производитель концентраторных СБ SOITEC устанавливает свои СБ в Калифорнии, ЮАР, на юге Франции (Прованс), в Испании.  

Органические солнечные батареи и модули фотосенсибилизованные красителем

Но есть и новый тип тонкопленочных солнечных батарей, такой как сенсибилизированные красителем солнечные элементы, которые работают на совершенно ином принципе, чем все модули рассмотренные выше, на принципе больше напоминающем фотосинтез у растений. Но их пока нет в коммерческой продаже.

 

Трушин М.В. Ph.D

 

 

 

 

Как сделать солнечную батарею собственными руками

Все больше людей стремится к приобретению домов, находящихся в отдалении от очагов цивилизации. Причин этому существует множество, главная из которых, наверное, экологическая. Ни для кого не секрет, что интенсивное развитие промышленности пагубно сказывается на состоянии окружающей среды. Но при покупке такого дома можно столкнуться с отсутствием электроснабжения, без которого жизнь в двадцать первом веке едва ли можно себе представить.

Проблему обеспечения энергией здания, находящегося далеко от очагов цивилизации можно попробовать решить установкой ветрогенератора. Однако этот способ далеко не идеален. Для того, чтобы электроэнергии хватило на весь дом потребуется установка большого ветряка или нескольких, но и в этом случае энергообеспечение будет носить эпизодический характер, отсутствуя в безветренную погоду.


Для обеспечения стабильности энергообеспечения дома, эффективным решением является совместное использование ветрогенератора и солнечной батареи, но, к сожалению, батареи далеко не дешевы. Решением этих сложностей было бы производство солнечной батареи своими руками, способной на равных конкурировать с заводскими по мощности, но в то же время приятно отличаться от них ценой. И такое решение есть!

Для начала, необходимо определиться, что же представляет собой солнечная батарея. По своей сути, это контейнер, содержащий в себе массив, преобразующих солнечную энергию в электрическую, элементов. Слово «массив» применимо в данном случае, потому что для генерации достаточных объемов энергии, необходимых в условиях энергообеспечения жилого дома, солнечных элементов потребуется довольно внушительное количество. В виду высокой хрупкости элементов, их в обязательном порядке объединяют в батарею, которая обеспечивает им защиту от механических повреждений и объединяет вырабатываемую энергию. Как видно, в принципиальном устройстве солнечной батареи нет ничего по-настоящему сложного, поэтому ее вполне можно сделать своими руками.

Перед тем, как приступать непосредственно к действиям, принято проводить глубокую теоретическую подготовку, чтобы избежать лишних трудностей и издержек в процессе. Именно на этом этапе многие энтузиасты сталкиваются с первым препятствием – практически полным отсутствием полезной с практической точки зрения информации. Именно это явление создает надуманную видимость сложности солнечных батарей: раз их никто не делает сам, значит это сложно. Однако, задействовав логическое мышление можно придти к следующим выводам:


  • основа целесообразности всего процесса заключается в приобретении солнечных элементов по доступной цене


  • покупка новых элементов исключена, ввиду их высокой стоимости и сложности покупки в необходимом количестве.


  • солнечные элементы, обладающие дефектами и повреждениями, могут быть приобретены на аукционе eBay и в других источниках, по значительно более низким ценам, чем новые.


  • дефектные элементы вполне могут быть использованы в заданных условиях.

На основе сделанных выводов, становится ясно, что следующим шагом в изготовлении солнечной батареи будет покупка дефектных солнечных элементов. В нашем случае элементы были куплены на eBay.

Приобретенные монокристаллические солнечные элементы имели размер 3х6 дюйма, и каждый их них выдавал порядка 0.5В энергии. Таким образом, соединенные последовательно 36 таких элементов, в общей сложности выдают около 18В, которых достаточно для эффективной подзарядки 12В аккумулятора. Следует помнить, что такие солнечные элементы хрупкие и ломкие, поэтому вероятность их повреждения при неосторожном обращении крайне высока.

Для обеспечения защиты от механических повреждений продавец покрыл воском наборы из восемнадцати штук. С одной стороны это эффективная мера, позволяющая избежать повреждений во время транспортировки, с другой стороны – лишние проблемы, так как удаление воска вряд ли кому-то покажется приятной и легкой задачей. Поэтому, если есть такая возможность, приобретение элементов, не покрытых воском, является лучшим решением. Если обратить внимание на изображенные световые элементы, можно заметить, что они имеют припаянные проводники. Даже в этом случае придется поработать паяльником, а если же приобрести элементы без проводников – работы будет в разы больше.

Вместе с тем были приобретены пара наборов элементов, которые не были залиты воском, у другого продавца. Они пришли упакованными в коробку из пластика с незначительными сколами по бокам. В нашем случае сколы не являлись предметом для беспокойства, потому как не были способны ощутимо снизить эффективность всего элемента. Однако, возможно, кто-то сталкивался с более плачевными результатами повреждений при транспортировке, что необходимо иметь в виду. Приобретенных элементов было достаточно для изготовления двух солнечных батарей, даже с излишком, на случай непредвиденных повреждений или отказов.

Конечно, при изготовлении солнечной батареи можно использовать и другие световые элементы, в широком спектре размеров и форм присутствующих у продавцов. В этом случае необходимо помнить три вещи:


  1. Световые элементы одного типа генерируют идентичное напряжения, вне зависимости от размера и формы, поэтому их требуемое количество останется неизменным

  2. Генерация тока имеет прямую зависимость от размера элемента: большие генерируют больший ток, маленькие – меньший.

  3. Суммарная мощность солнечной батареи определяется ее напряжением, умноженным на ток.

Как видно, использование элементов большого размера при изготовлении солнечной батареи способно обеспечить более высокий показатель мощности, но вместе с тем и сделает саму батарею более громоздкой и тяжелой. В случае использования элементов меньшего размера, размер и вес готовой батареи уменьшится, однако вместе с тем уменьшится и выдаваемая мощность. Крайне не рекомендуется использование в одной батарее солнечных элементов разного размера, так как генерируемый батареей ток будет эквивалентен току самого маленького из используемых элементов.

Приобретенные в нашем случае солнечные элементы при размере 3х6 дюйма генерировали ток примерно в 3 ампера. При солнечной погоде, тридцать шесть, соединенных последовательно, элемента, способны выдавать порядка 60 Вт мощности. Цифра не особенно впечатляет, тем не менее, это лучше, чем ничего. Следует учитывать, что указанная мощность будет генерироваться каждый солнечный день, заряжая аккумулятор. В случае использования электроэнергии для осуществления питания светильников и аппаратуры с небольшим потреблением тока, такая мощность является вполне достаточной. Не нужно и забывать о ветрогенераторе, также производящем энергию.

После приобретения солнечных элементов далеко не лишним будет спрятать их от людских глаз в безопасное место, защищенное от детей и домашних животных, до того момента, когда возможно будет их непосредственная установка в солнечную батарею. Это жизненная необходимость, в виду крайне высокой хрупкости элементов и подверженности их механической деформации.

По сути корпус солнечной батареи, ни что иное, как простой неглубокий ящик. Ящик непременно необходимо изготовить неглубоким, для того чтобы его бортики не создавали тени, когда солнечный свет падает на батарею под большим углом. В качестве материала вполне подойдет фанера 3/8 дюйма и рейки для бортиков 3/4 дюйма толщиной. Для лучшей надежности крепление бортиков не лишним будет осуществить двумя способами – приклеиванием и привинчиванием. Для упрощения последующей пайки элементов, батарею лучше разделить на две части. Роль разделителя выполняет расположенная по центру ящика планка.

На этом небольшом наброске, можно увидеть размеры в дюймах(1 дюйм равен 2,54 см.), изготовленной в нашем случае солнечной батареи. Бортики расположены по всем краям и в середине батареи и имеют толщину 3/4 дюйма. Данный эскиз ни в коем случае не претендует на роль эталона при изготовлении батареи, он был сформирован скорее из личных предпочтений. Размеры приведены для наглядности, но в принципе они, как и дизайн, могут быть различны. Не бойтесь экспериментировать и вполне вероятно, батарея может получиться лучше, чем в нашем случае.

Вид на половину корпуса батареи, в которой будет производится размещение первой группы солнечных элементов. Небольшие отверстия, которые вы видите на бортиках, представляют собой не что иное, как вентиляционные отверстия. Они предназначены для удаления влаги и поддержания давления, эквивалентного атмосферному внутри батареи. Следует обратить особое внимание на расположении отверстий для вентиляции в нижней части корпуса батареи, потому как расположение их в верхней части приведет к попаданию излишней влаги извне. Также отверстия необходимо сделать и в планке, расположенной по центру.

Два вырезанных куска ДВП будут выполнять функцию подложек, т.е. на них будет производиться монтаж солнечных элементов. В качестве альтернативы ДВП подойдет любой тонкий материал, обладающий высокими показателями жесткости и не проводящий электрический ток.

Для защиты солнечной батареи от агрессивного воздействия климата и окружающей среды, используется оргстекло, которым необходимо закрывать лицевую сторону. В данном случае были вырезаны два куска, однако может использоваться и один большой. Использование обычного стекла не рекомендуется, по причине его повышенной хрупкости.

Вот незадача! Для обеспечения крепления на шурупы, было принято решение просверлить отверстия вокруг кромки. При сильном надавливании во время сверления, оргстекло может сломаться, что и произошло в нашем случае.  Проблема была решена сверлением недалеко нового отверстия, а отколовшийся кусок просто приклеили.

После этого было произведено окрашивание всех деревянных частей солнечной батареи краской в несколько слоев, для повышения защиты конструкции от влаги и воздействия среды. Покраска осуществлялась как внутри, так и снаружи. Цвет краски, как и тип может варьироваться в широком диапазоне, в нашем случае была использована краска, имеющаяся в наличии в достаточном количестве.

Окраска подложек также была произведена с обеих сторон и в несколько слоев. Покраске подложки необходимо уделять особенное внимание, так при некачественной покраске, дерево может начать коробиться от воздействия влаги, что вероятно приведет к повреждению приклеенных к ней солнечных элементов.

Теперь, когда корпус солнечной батареи готов и просыхает самое время приступить к подготовке элементов.
Как уже упоминалось ранее, удаление воска с элементов – задача не из приятных. В ходе экспериментов, методом проб и ошибок, был найдет эффективный способ. Тем не менее, рекомендации по покупки не покрытых воском элементов, остались прежними.

Для растопки воска и отделения элементов друг от друга, необходимо отмочить солнечные элементы в горячей воде. При этом следует исключить возможность закипания воды, потому как бурное кипение может повредить элементы и нарушить их электрические контакты. Для исключения неравномерного нагрева, рекомендуется поместить элементы в холодную воду и плавно нагревать. Следует воздержать от вытягивания элементов из кастрюли за проводники, так как они могут оборваться.

На этом фото изображена окончательная версия аппарата для удаления воска. На заднем плане с правой стороны находится первая емкость, предназначенная для растапливания воска. Слева на переднем плане расположена емкость с горячей мыльной водой, а справа – чистая вода. Вода во всех емкостях довольно горячая, но ниже кипения воды. Нехитрый технологический процесс удаления воска заключается в следующем: в первой емкости необходимо растопить воск, затем элемент перенести в горячую мыльную воду для удаления остатков воска, в заключении промыть чистой водой.

После очистки от воска, элементы необходимо просушить, для этого они были выложены на полотенце. Следует отметить что слив мыльной воды в канализацию недопустим, так как воск, остыв, затвердеет и засорит ее.  Результатом процесса очистки является почти полное удаление воска с солнечных элементов. Оставшийся воск не способен помешать как пайке, так и работе элементов.

Солнечные элементы сушатся на полотенце после очистки. После удаления воска элементы стали значительно более хрупкими, что делает их более сложными в хранении и обращении. Рекомендуется не производить очистку до тех пор, пока не будет необходима их непосредственная установка в солнечную батарею.

Для упрощения процесса монтажа элементов, рекомендуется начать с отрисовки сетки на основе. После произведения отрисовки, элементы были выложены по сетке вверх обратной стороной, для того чтобы их спаять. Все восемнадцать элементов, расположенных в каждой половине были последовательно соединены, после чего были и соединены и половины, также последовательным способом, для получения необходимого напряжения

В начале спайка элементов между собой может показаться сложной, однако со временем она становится проще. Рекомендуется начать с двух элементов. Необходимо разместить проводники одного элемента таким образом, чтобы они пересекали точки пайки другого, также следует убедиться, что элементы установлены согласно разметке.

Для непосредственного осуществления пайки использовался паяльник малой мощности и прутковый припой с канифольной сердцевиной. Перед пайкой была произведена смазка точек пайки флюсом при помощи специального карандаша. Ни в коем случае не следует давить на паяльник. Элементы настолько хрупкие, что могут от небольшого давления придти в негодность.

Повторение пайки осуществлялась до образования цепочки, состоящей из шести элементов. Шины соединения от сломанных солнечных элементов, были припаяны к обратно стороне элемента цепочки, являющегося последним. Таких цепочек получилось три – итого 18 элементов первой половины батареи были благополучно объединены в сеть.
По причине того, что все три цепочки необходимо соединить последовательно, средняя цепочка была повернута на 180 градусов по отношению к другим. Общая ориентация цепочек в итоге получилось правильной. Следующим шагом является приклеивание элементов на место.

Для осуществления солнечных элементов может потребоваться некоторая сноровка. Необходимо нанести небольшую каплю герметика, изготовленного на основе силикона, в центре каждого элемента одной цепочки. После этого следует перевернуть цепочку лицевой стороной вверх и разместить солнечные элементы согласно нанесенной ранее разметке. Затем необходимо легонько прижать элементы, осторожно надавливая в центре, чтобы приклеить их. Значительные сложности могут возникнуть в основном при переворачивании гибкой цепочки, поэтому лишняя пара рук на это этапе не повредит.

Не рекомендуется наносить избыточное количество клея и приклеивать элементы по краям. Это обусловлено тем, что сами элементы и подложка, на которую они установлены, будут деформироваться при изменении условий влажности и температуры, что может привести к выходу элементов из строя.

Так выглядит собранная половина солнечной батареи. Для соединения первой и второй цепочек элементов была использована медная оплетка кабеля.

Для этих целей вполне подойдут специальные шины или даже медные провода. Аналогичное соединение необходимо произвести и с обратной стороны. Провод был прикреплен к основанию каплей герметика.

Тест первой изготовленной половины батареи на солнце. При слабой солнечной активности, изготовленная половина генерирует 9.31В. Довольно неплохо. Пора приступать к изготовлению второй половины батареи.

После того, как обе основы с солнечными элементами будут завершены, можно произвести их установку в подготовленную заранее коробку и соединить.

Каждая половина идеально помещается на свое место. Для крепления основы внутри батареи были использованы 4 шурупа небольшого размера.
Провод, предназначенный для соединения половин солнечной батареи, был пропущен через вентиляционное отверстие в центральном бортике и закреплен при помощи герметика.

Необходимо каждую солнечную панель в систему снабдить диодом блокирования, который должен быть соединен с батареей последовательно. Он предназначен для исключения разряда аккумулятора через батарею. Диод использовался Шоттки на 3.3А, обладающий значительно более низким падением напряжения, в сравнении с обычными диодами, что минимизирует потери мощности на диоде. Набор из двадцати пяти диодов марки 31DQ03 был приобретен всего за несколько долларов на eBay.

Исходя из технических характеристик диодов, наилучшим местом их размещения является внутренняя часть батареи. Связано это с зависимостью падения напряжения у диода от температуры. Так как температура внутри батареи будет выше окружающей, следовательно и эффективность диода повысится. Для закрепления диода был использован герметик.

Для того чтобы вывести наружу провода, было просверлено отверстие в днище солнечной батареи. Провода лучше завязать на узел и закрепить герметиком, для предотвращения их последующего вытягивания.
Крайне необходимо дать высохнуть герметику до установки защиты из оргстекла. Силиконовые испарения могут образовать пленку на внутренней поверхности оргстекла, если не дать силикону просохнуть на открытом воздухе.<

Небольшое количество герметика для создания барьера от влаги.

На выходной провод солнечной батареи, был прикреплен двухконтактный разъем, розетка которого в будущем будет присоединена к контроллеру заряда аккумуляторных батарей, используемого для ветрогенератора. В итоге солнечная батарея и ветрогенератор смогут работать параллельно.

Вот так выглядит окончательная версия солнечной батареи с установленным экраном. Не стоит торопиться с герметизацией стыков оргстекла до произведения полного тестирования работоспособности батареи. Может случиться так, что на одном из элементов отошел контакт и потребуется доступ к внутренностям батареи для ликвидации проблемы.

Предварительные расчеты оправдались: законченная солнечная батарея на ярком осеннем солнце выдает 18.88В без нагрузки.

Этот тест был произведен при аналогичных условиях и показывает прекрасную работоспособность батареи – 3,05А.

Солнечная батарея в рабочих условиях. Для сохранения ориентации на солнце, батарея перемещается несколько раз в день, что само по себе не сложно. В перспективе возможна установка автоматического слежения за положением солнца на небосводе.

Итак, какова же конечная стоимость батареи, которую мы умудрились сделать своими руками? Учитывая то, что куски дерева, провода и прочие пригодившиеся в изготовлении батареи вещи были у нас в мастерской, наши с вами подсчеты могут немного отличаться. Конечная стоимость солнечной батареи составила 105 долларов с учетом 74 долларов, потраченных на приобретение самих элементов.

Согласитесь, не так уж и плохо! Это всего лишь малая часть стоимости заводской батареи эквивалентной мощности. И в этом нет ничего сложного! Для увеличения выходной мощности вполне можно соорудить несколько таких батарей.

Оригинал взят отсюда

Жми на кнопку, чтобы подписаться на «Как это сделано»!

Если у вас есть производство или сервис, о котором вы хотите рассказать нашим читателям, пишите Аслану ([email protected]) и мы сделаем самый лучший репортаж, который увидят не только читатели сообщества, но и сайта Как это сделано

Подписывайтесь также на наши группы в фейсбуке, вконтакте, одноклассниках, в ютюбе и инстаграме, где будут выкладываться самое интересное из сообщества, плюс видео о том, как это сделано, устроено и работает.

Жми на иконку и подписывайся!

— http://kak_eto_sdelano.livejournal.com/
— https://www.facebook.com/kaketosdelano/
— https://www.youtube.com/kaketosdelano
— https://vk.com/kaketosdelano
— https://ok.ru/kaketosdelano
— https://twitter.com/kaketosdelano
— https://www.instagram.com/kaketosdelano/

Официальный сайт — http://ikaketosdelano.ru/

Мой блог — http://aslan.livejournal.com
Инстаграм — https://www.instagram.com/aslanfoto/
Facebook — https://www.facebook.com/aslanfoto/
Вконтакте — https://vk.com/aslanfoto

снимаем розовые очки и учимся на чужих ошибках Как собрать систему на солнечных батареях

Современные реалии таковы, что отнюдь не дешевым удовольствием являются альтернативные источники питания. Заказать у поставщика установку солнечных батарей возможность имеет далеко не каждый, поэтому популярной становится солнечная батарея своими руками.

Солнечную батарею изготовить не сложно. Для этого понадобится: элементы для солнечной батареи, флюс (подойдет карандаш, который легко наносить, но вполне нормально использовать канифоль), спирт, 40-ваттный паяльник, ватные палочки, широкая шина (до 2 метров) и узкая шина (1,6 мм). Шина узкая является луженым проводом (медным плоским, который покрыт олова). Когда солнце светит, температура солнечной батареи колоссально возрастает, вызывая расширение, ночью происходит обратный процесс – сужение. Можно, конечно, взять и более широкую шину – 2 мм, но практика показывает, что оптимальная ширина равна все-таки 1,6 мм.

Первым делом сортирует солнечные элементы. Каждый их них вырабатывает 0,26-0, 35 вольт. Их нужно отсортировать, чтобы выбрать примерно одинаковые по номиналу. Их количество должно быть 36. Если в батарее будет хотя бы один элемент с низким показателем, он будет сопротивлением, что нежелательно.

Нарезаем шину (должно быть 72 полоски), определяя ее дину по ширине двух элементов, расположенных на расстоянии пять-десять миллиметров друг от друга.

Видео: Полный процесс изготовления солнечной панели своими руками

Видео: Самодельная Солнечная батарея своими руками из двух стекол

Видео: Солнечная батарея своими руками сборка панели

Видео: Постройка Солнечной Батареи своими руками

Спиртом хорошо протираем места будущей пайки на элементах, чтобы их обезжирить. Для начала достаточно взять три элемента. Затем, по ним проводим карандашом (шину обезжиривать не нужно, потому, что она луженая). Припаиваем шину, которая ложится легко, поэтому сильных усилий к ней прикладывать не нужно. Установив паяльник в одном месте, дождемся, пока шина начнет плавиться и после этого, не спеша ведем паяльник вдоль всей шины.

Фото: Пайка солнечной батареии своими руками

Затем спиртом и ватной палочкой осторожно удаляем остатки флюса. Таким образом подготавливаются все остальные элементы. Теперь можно паять с обратной стороны, также протирая спиртом и нанося флюс, уже соединяя элементы в панельку (9х4 ячеек).

Обязательно удаляем лишний флюс. Обратная сторона будет иметь плюсовой потенциал в любой ее точке.

Теперь конструкцию нужно перенести на лицевую поверхность — в нашем случае это литой акрил компании Альтуглас толщиной 5 мм. Можно, конечно, прямо на лицевой стороне и паять фотоэлементы (так даже будет удобнее).

Ленточки с солнечными элементами укладываем таким образом, чтобы на первой ленточке первая шина шла снизу, вторая сверху. На второй – в обратной последовательности: первая сверху, вторая снизу и т.д. Это обеспечит последовательное соединение.

Эти выходы узкой шины припаиваем к шине широкой, удаляя остатки при помощи кусачек. До прикатывания пленки необходимо сделать замеры, чтобы убедиться, что все сделано правильно.

Также нужно проверить, нет ли сильно нагревающихся панелек (рукой). Если такие есть, их заменяем. Если нет, прикатываем пленку 751 оракал, которая предназначена для приклейки на автомобили аппликаций. Гарантийный срок ее эксплуатации – семь лет. Но, из опыта, этот срок намного больше. Делаем это очень аккуратно, чтобы не было перекосов, т.к. отклеивать ее уже невозможно. В крайнем случае, если такое произошло, пленку нужно аккуратно обрезать и доклеить. Не прижимать пленку к элементам. От центра ее разравнивают к краям, прижимая лишь в местах, где нет элементов. На небольшие пузыри не стоит обращать внимание – они уйдут при прикатке. Пленку отделять от основы по сантиметру, не более. Вновь проверяем параметры (вольты и ток короткого замыкания). Ток в четыре ампера говорит о том, что все у нас правильно.

Осталось поместить конструкцию в каркас.

Каркас для солнечной батареи

Подойдет в качестве прозрачного слоя оргстекло, но со временем оно коробится и желтеет, что отражается на работоспособности батареи. Можно использовать обычное стекло, которое позволяет снизить нагрев солнечных элементов, благодаря тому, что оно не пропускает инфракрасный спектр. Наконец, есть акриловое стекло, которое и не снижает прозрачности со временем, и не коробится.

В качестве корпуса чаще всего используют алюминиевые уголки, ДСП, фанеру и другие материалы.

Последний шаг — герметизация

Для герметизации используют (в основном за рубежом) компаунды. Но стоят они прилично, поэтому наши мастера используют или силиконовый герметик, или защитную пленку (как выше описано), или смешанным с герметикам, акриловым лаком.

Пайка фотоэлементов

В продаже можно найти фотоэлементы с припаянными проводниками, но чаще это приходится делать самому. Что нужно знать? Первой – работать с фотоэлементами нужно очень осторожно – они хрупки е и дорогие.

Где купить фотоэлементы?

Проще всего набрать в браузере запрос – результатов появится достаточно, в том числе частные предприниматели, которые предлагают элементы, необходимые для создания солнечной батареи. Правда, стоят они достаточно дорого – значительно дешевле можно найти на Ebay. Можно, конечно, купить элементы, по разным причинам отбракованные в производстве: стоить они будут намного дешевле, но есть риск, что окажутся они непригодными и для использования народными умельцами. К тому же доставка может стоить до тридцати долларов.

Какие выбрать фотоэлементы

Как правило, можно найти монокристаллические и поликристаллические фотоэлектрические преобразователи. У первых более длительный срок эксплуатации – до тридцати лет, но они чувствительны к изменениям погоды. Вторые, напротив, не слишком снижают мощность при облачности, но отличаются меньшим сроком эксплуатации. К тому же, по сравнению с монокристаллическими с КПД 13%, у них он составляет от семи до девяти процентов.

Чтобы более эффективно использовать солнечную батарею, необходимо предусмотреть изменение угла наклона.

Вывод

Сделать солнечную панель своими руками оказалось не так сложно. И намного дешевле, чем ее заказать у поставщика!

Солнечные батареи — источник получения энергии, которую можно направить на выработку электричества или тепла для малоэтажного дома. Вот только солнечные батареи имеют высокую стоимость и недоступны большинству жителей нашей страны. Согласны?

Другое дело, когда сделана солнечная батарея своими руками — затраты значительно уменьшаются, а работает такая конструкция ничуть не хуже, чем панель промышленного производства. Поэтому, если вы всерьез задумываетесь о приобретении альтернативного источника электроэнергии, попытайтесь сделать его своими руками – это не очень сложно.

В статье речь пойдет об изготовлении солнечных батарей. Мы расскажем, какие материалы, и инструменты для этого потребуются. А немного ниже вы найдете пошаговую инструкцию с иллюстрациями, которые наглядно демонстрируют ход работы.

Энергию солнца можно преобразовать в тепловую, когда энергоносителем является жидкость-теплоноситель или в электрическую, собираемую в аккумуляторах. Батарея представляет собой генератор, работающий на принципе фотоэлектрического эффекта.

Преобразование энергии солнца в электроэнергию происходит после попадания солнечных лучей на пластины-фотоэлементы, которые являются основной частью батареи.

При этом световые кванты “отпускают” свои электроны с крайних орбит. Эти свободные электроны дают электрический ток, который проходит через контроллер и скапливается в аккумуляторе, а оттуда поступает энергопотребителям.

Галерея изображений

Материалы для создания солнечной пластины

Приступая к сооружению солнечной батареи необходимо запастись следующими материалами:

  • силикатные пластины-фотоэлементы;
  • листы ДСП, алюминиевые уголки и рейки;
  • жёсткий поролон толщиной 1,5-2,5 см;
  • прозрачный элемент, выполняющий роль основания для кремниевых пластин;
  • шурупы, саморезы;
  • силиконовой герметик для наружных работ;
  • электрические провода, диоды, клеммы.

Количество требуемых материалов зависит от размера вашей батареи, которая чаще всего ограничивается количеством доступных фотоэлементов. Из инструментов вам понадобиться: шуруповёрт или набор отвёрток, ножовка по металлу и дереву, паяльник. Для проведения испытаний готовой батареи понадобиться тестер-амперметр.

Теперь рассмотрим самые важные материалы более подробно.

Кремниевые пластины или фотоэлементы

Фотоэлементы для батарей бывают трёх видов:

  • поликристаллические;
  • монокристаллические;
  • аморфные.

Поликристаллические пластины характеризуются низким КПД. Размер полезного действия составляет около 10 – 12 %, но зато этот показатель не понижается с течением времени. Продолжительность работы поликристаллов – 10 лет.

Солнечную батарею собирают из модулей, которые в свою очередь составляют из фотоэлектрических преобразователей. Батареи с жесткими кремниевыми фотоэлементами представляют собой некий сэндвич с последовательно расположенными слоями, закрепленными в алюминиевом профиле

Монокристаллические фотоэлементы могут похвастаться более высоким КПД – 13-25% и долгими сроками работы – свыше 25 лет. Однако со временем КПД монокристаллов снижается.

Монокристаллические преобразователи получают путем пиления искусственно выращенных кристаллов, что и объясняет наиболее высокую фотопроводимость и производительность.

Пленочные фотопреобразователи получают путем нанесения тонкого слоя аморфного кремния на полимерную гибкую поверхность

Гибкие батареи с аморфным кремнием – самые современные. Фотоэлектрический преобразователь у них напылен или наплавлен на полимерную основу. КПД в районе 5 – 6 %, но пленочные системы крайне удобны в укладке.

Пленочные системы с аморфными фотопреобразователями появились сравнительно недавно. Это предельно простой и максимально дешевый вид, но быстрее соперников теряющий потребительские качества.

Нецелесообразно использовать фотоэлементы разного размера. В данном случае максимальный ток, вырабатываемый батарей, будет ограничен током наиболее маленького по размеру элемента. Значит, более крупные пластины не будут работать на полную мощность.

При покупке фотоэлементов поинтересуйтесь у продавца способом доставки, большинство продавцов используют метод воскования, чтобы предотвратить разрушение хрупких элементов

Чаще всего для самодельных батарей используются моно- и поликристаллические фотоэлементы размером 3х6 дюймов, которые можно заказать в интернет-магазинах типа Е-бай.

Стоимость фотоэлементов достаточно высока, но многие магазины продают так называемые элементы группы В. Изделия, отнесённые к этой группе имеют брак, но пригодны к использованию, а их стоимость ниже, чем у стандартных пластин на 40-60%.

Большинство интернет-магазинов продают фотоэлементы комплектами по 36 или 72 фотоэлектрической преобразовательной пластины. Для соединения отдельных модулей в батарею потребуются шины, для подключения к системе нужны будут клеммы.

Галерея изображений

Солнечная батарея может использоваться в качестве резервного энергоисточника при частом отключении централизованного энергоснабжения. Для автоматического переключения необходимо предусмотреть систему бесперебойного питания.

Подобная система удобна тем, что при использовании традиционного источника электроэнергии одновременно производится зарядка . Оборудование обслуживающее гелиобатарею размещается внутри дома, поэтому необходимо предусмотреть для него специальное помещение.

Человечество в целях заботы об экологии и экономии денежных средств начало использовать альтернативные источники энергии, к которым, в частности, принадлежат солнечные батареи. Покупка такого удовольствия обойдется довольно дорого, но не составляет сложности сделать данное устройство своими руками. Поэтому вам не помешает узнать, как самому сделать солнечную батарею. Об этом и пойдет речь в нашей статье.

Солнечные батареи — устройства, генерирующие электроэнергию с помощью фотоэлементов.

Прежде чем говорить о том, как сделать солнечную батарею своими руками, необходимо понять устройство и принципы ее работы. Солнечная батарея включает в себя фотоэлементы, соединенные последовательно и параллельно, аккумулятор, накапливающий электроэнергию, инвертор, преобразующий постоянный ток в переменный и контроллер, следящий за зарядкой и разрядкой аккумулятора.

Как правило, фотоэлементы изготавливают из кремния, но его очистка обходится дорого, поэтому в последнее время начали использовать такие элементы, как индий, медь, селен.

Каждый фотоэлемент является отдельной ячейкой, генерирующей электроэнергию. Ячейки сцеплены между собой и образуют единое поле, от площади которого зависит мощность батареи. То есть, чем больше фотоэлементов, тем больше электроэнергии генерируется.

Для того чтобы изготовить солнечную панель своими руками в домашних условиях, необходимо понимать сущность такого явления, как фотоэффект. Фотоэлемент – кремниевая пластинка, при попадании света на которую с последнего энергетического уровня атомов кремния выбивается электрон. Передвижение потока таких электронов вырабатывает постоянный ток, который впоследствии преобразуется в переменный. В этом и заключается явление фотоэффекта.

Преимущества

Солнечные батареи имеют следующие преимущества:

  • безвредность для экологии;
  • долговечность;
  • бесшумная работа;
  • легкость изготовления и монтажа;
  • независимость поставки электричества от распределительной сети;
  • неподвижность частей устройства;
  • незначительные финансовые затраты;
  • небольшой вес;
  • работа без механических преобразователей.

Разновидности

Солнечные батареи подразделяются на следующие виды.

Кремниевые

Кремний — самый популярный материал для батарей.

Кремниевые батареи также делятся на:

  1. Монокристаллические: для производства таких батарей используется очень чистый кремний.
  2. Поликристаллические (дешевле монокристаллических): поликристаллы получают постепенным охлаждением кремния.

Пленочные

Такие батареи подразделяются на следующие виды:

  1. На основе теллурида кадмия (КПД 10%): кадмий обладает высоким коэффициентом светопоглощения, что и позволяет использовать его в производстве батарей.
  2. На основе селенида меди — индия: КПД выше, чем у предыдущих.
  3. Полимерные.

Солнечные батареи из полимеров начали изготавливать относительно недавно, обычно для этого используют фуреллены, полифенилен и др. Пленки из полимеров очень тонкие, порядка 100 нм. Несмотря на КПД 5%, батареи из полимеров имеют свои преимущества: дешевизна материала, экологичность, эластичность.

Аморфные

КПД аморфных батарей составляет 5%. Такие панели изготавливаются из силана (кремневодорода) по принципу пленочных батарей, поэтому их можно отнести, как к кремниевым, так и к пленочным. Аморфные батареи эластичны, генерируют электричество даже в непогоду, поглощают свет лучше других панелей.

Материалы

Для изготовления солнечной батареи потребуются следующие материалы:

  • фотоячейки;
  • алюминиевые уголки;
  • диоды Шоттки;
  • силиконовые герметики;
  • проводники;
  • крепежные винты и метизы;
  • поликарбонатный лист/оргстекло;
  • паяльное оборудование.

Эти материалы обязательны для того, чтобы сделать солнечную батарею своими руками.

Выбор фотоэлементов

Чтобы сделать солнечную батарею для дома своими руками, следует правильно подобрать фотоэлементы. Последние подразделяются на монокристаллические, поликристаллические и аморфные.

КПД первых составляет 13%, но такие фотоэлементы малоэффективны в непогоду, внешне представляют собой ярко-синие квадраты. Поликристаллические фотоэлементы способны генерировать электроэнергию даже в непогоду, хотя их КПД всего лишь 9%, внешне темнее монокристаллических и срезаны по краям. Аморфные фотоячейки изготавливаются из гибкого кремния, их КПД составляет 10%, работоспособность не зависит от погодных условий, но изготовление таких ячеек слишком затратное, поэтому их редко используют.

Если вы планируете применять генерируемую фотоэлементами электроэнергию на даче, то советуем собрать солнечную батарею своими руками из поликристаллических ячеек, так как их КПД достаточно для ваших целей.

Следует покупать фотоячейки одной марки, так как фотоэлементы нескольких марок могут сильно отличаться — это может стать причиной возникновения проблем со сборкой батареи и ее функционированием. Следует помнить, что количество производимой ячейкой энергии прямо пропорционально ее размеру, то есть чем крупнее фотоячейка, тем больше электроэнергии она производит; напряжение ячейки зависит от ее типа, а никак не от размера.

Количество производимого тока определяется габаритами самого маленького фотоэлемента, поэтому следует покупать фотоячейки одинакового размера. Конечно же, не стоит приобретать дешевую продукцию, ведь это значит, что она не прошла проверку. Также не следует покупать фотоэлементы, покрытые воском (многие производители покрывают фотоячейки воском для сохранности продукции при перевозке): при его удалении можно испортить фотоэлемент.

Расчеты и проект

Устройство солнечной панели своими руками — несложная задача, главное, подойти к ее выполнению ответственно. Чтобы изготовить солнечную панель своими руками, следует подсчитать дневное потребление электроэнергии, затем узнать среднесуточное солнечное время в вашей местности и рассчитать нужную мощность. Таким образом, станет понятно, сколько ячеек и какого размера нужно приобрести. Ведь как было сказано выше, генерируемый ячейкой ток зависит от ее габаритов.

Зная необходимый размер ячеек и их количество, нужно рассчитать габариты и вес панели, после чего необходимо выяснить выдержит ли кровля или другое место, куда планируется установка солнечной батареи, задумываемую конструкцию.

Устанавливая панель, следует не только выбрать самое солнечное место, но и постараться закрепить ее под прямым углом к солнечным лучам.

Этапы работы

Корпус

Прежде чем начать делать солнечную панель своими руками, необходимо соорудить для нее каркас. Он защищает батарею от повреждений, влаги и пыли.

Корпус собирается из влагостойкого материала: фанеры, покрытой влагоотталкивающим средством, или алюминиевых уголков, к которым силиконовым герметиком приклеивается оргстекло или поликарбонат.

При этом нужно соблюдать отступы между элементами (3-4 мм), так как необходимо учитывать расширение материала при повышении температуры.

Пайка элементов

Фотоэлементы выкладываются на лицевую сторону прозрачной поверхности, так, чтобы расстояние между ними со всех сторон было 5 мм: таким образом учитывается возможное расширение фотоячеек при повышении температуры.

Фиксируются преобразователи, имеющие два полюса: положительный и отрицательный. Если вы хотите увеличить напряжение, соединяйте элементы последовательно, если ток — параллельно.

Во избежание разрядки аккумулятора ночью, в единую цепь, состоящую из всех необходимых деталей, включают диод Шоттки, подсоединяя его к плюсовому проводнику. Затем все элементы спаивают между собой.

Сборка

В готовый каркас размещаются спаянные преобразователи, на фотоячейки наносится силикон — все это накрывается слоем из ДВП, закрывается крышкой, а места соединений деталей обрабатываются герметиком.

Даже городской житель может сделать и разместить солнечную батарею на балконе своими руками. Желательно, чтобы балкон был застеклен и утеплен.
Вот мы и разобрали, как сделать солнечную батарею в домашних условиях, оказалось, это совсем несложно.

Идеи из подручных материалов

Можно сделать солнечную батарею своими руками из подручных материалов. Рассмотрим самые популярные варианты.

Многие удивятся, узнав, что фольгу можно применять для изготовления солнечной батареи своими руками. На самом деле, в этом нет ничего удивительного, ведь фольга увеличивает отражающие способности материалов. Например, для уменьшения перегрева панелей, их кладут на фольгу.

Как сделать солнечную батарею из фольги?

Нам понадобится:

  • 2 «крокодильчика»;
  • медная фольга;
  • мультиметр;
  • соль;
  • пустая пластиковая бутылка без горлышка;
  • электрическая печь;
  • дрель.

Очистив медный лист и вымыв руки, отрезаем кусок фольги, кладем его на раскаленную электроплиту, нагреваем полчаса, наблюдая почернение, затем убираем фольгу с плиты, даем остыть и видим, как от листа отслаиваются куски. После нагревания оксидная пленка пропадает, поэтому черный оксид можно аккуратно удалить водой.

Затем вырезается второй кусок фольги такого же размера, как и первый, две части сгибаются, опускаются в бутылку так, чтобы у них не было возможности соприкоснуться.

Также фольгу можно применять для подогрева. Для этого ее необходимо натянуть на раму, к которой затем нужно подсоединить шланги, подведенные, например, к лейке с водой.

Вот мы и узнали, как самому сделать солнечную батарею для дома из фольги.

У многих дома завалялись старые транзисторы, но не все знают, что они вполне подойдут для изготовления солнечной батареи для дачи своими руками. Фотоэлементом в таком случае является полупроводниковая пластина, находящаяся внутри транзистора. Как же изготовить солнечную батарею из транзисторов своими руками? Сначала необходимо вскрыть транзистор, для чего достаточно срезать крышку, так мы сможем разглядеть пластину: она небольших размеров, чем и объясняется низкий КПД солнечных батарей из транзисторов.

Далее нужно проверить транзистор. Для этого используем мультиметр: подключаем прибор к транзистору с хорошо освещенным p-n переходом и замеряем ток, мультиметр должен зафиксировать ток от нескольких долей миллиампера до 1 или чуть больше; далее переключаем прибор в режим измерения напряжения, мультиметр должен выдать десятые доли вольта.

Прошедшие проверку транзисторы размещаем внутри корпуса, например, листового пластика и спаиваем. Можно изготовить такую солнечную батарею своими руками в домашних условиях и использовать ее для зарядки аккумуляторов и радиоприемников маленькой мощности.

Также подходят для сборки батарей старые диоды. Сделать солнечную батарею своими руками из диодов совсем несложно. Нужно вскрыть диод, оголив кристалл, являющийся фотоэлементом, затем нагревать диод 20 секунд на газовой плите, и, когда припой расплавится, извлечь кристалл. Остается припаять вытащенные кристаллы к корпусу.

Мощность таких батарей невелика, но для электропитания небольших светодиодов ее достаточно.

Такой вариант изготовления солнечной батареи своими руками из подручных средств большинству покажется очень странным, но сделать солнечную батарею своими руками из пивных банок просто и дешево.

Корпус сделаем из фанеры, на которую поместим поликарбонат или оргстекло, на задней поверхности фанеры зафиксируем пенопласт или стекловату для изоляции. Фотоэлементами нам послужат алюминиевые банки. Важно выбрать именно банки из алюминия, так как алюминий менее подвержен коррозии, чем, например, железо и обладает лучшим теплообменом.

Далее в нижней части банок проделываются отверстия, крышка срезается, и ненужные элементы загибаются для обеспечения лучшей циркуляции воздуха. Затем необходимо очистить банки от жира и грязи с помощью специальных средств, не содержащих кислоты. Далее необходимо герметично скрепить банки между собой: силиконовым гелем, выдерживающим высокие температуры, или паяльником. Обязательно нужно очень хорошо просушить склеенные банки в неподвижном положении.

Прикрепив банки к корпусу, окрашиваем их в черный цвет и закрываем конструкцию оргстеклом или поликарбонатом. Такая батарея способна нагревать воду или воздух с последующей подачей в помещение.

Мы рассмотрели варианты того, как сделать солнечную панель своими руками. Надеемся, что теперь у вас не возникнет вопроса, как сделать солнечную батарею.

Видео

Как сделать солнечные батареи своими руками – видео урок.

Долгое время уделом солнечных батарей были либо громоздкие панели спутников и космических станций, либо маломощные фотоэлементы карманных калькуляторов. Это было связано с примитивностью первых монокристаллических кремниевых фотоэлементов: они имели не только низкий КПД (не более 25% в теории, на практике – около 7%), но и заметно теряли эффективность при отклонении угла падения света от 90˚. Учитывая, что в Европе в облачную погоду удельная мощность солнечного излучения может падать ниже 100 Вт/м 2 , для получения сколько-нибудь значительной мощности требовались слишком большие площади солнечных батарей. Поэтому первые солнечные электростанции строились только в условиях максимальной мощности светового потока и ясной погоды, то есть в пустынях вблизи экватора.

Значительный прорыв в создании фотоэлементов вернул интерес к солнечной энергетике: так, наиболее дешевые и доступные поликристаллические кремниевые элементы, хотя и имеют меньший КПД, чем у монокристаллических, но зато и менее чувствительны к условиям работы. Солнечная панель на основе поликристаллических пластин выдаст достаточно стабильное напряжение при переменной облачности . Более современные фотоэлементы на основе арсенида галлия имеют КПД до 40%, но слишком дороги для изготовления солнечной батареи своими руками.

На видео идет рассказ об идее постройки солнечной батареи и ее реализации

Стоит ли делать?

Во многих случаях солнечная батарея окажется очень полезной : например, владелец частного дома или дачи, расположенного вдалеке от электросети, сможет даже от компактной панели поддержать свой телефон заряженным, подключить маломощные потребители наподобие автомобильных холодильников.

С этой целью выпускаются и продаются готовые компактные панели, выполненные в виде быстро сворачиваемых сборок на основе из синтетической ткани. В средней полосе России такая панель размером около 30х40 см сможет обеспечить мощность в пределах 5 Вт при напряжении 12 В.

Более крупная батарея сможет обеспечить до 100 Вт электрической мощности. Казалось бы, это не так много, но стоит вспомнить принцип работы небольших : в них вся нагрузка запитывается через импульсный преобразователь от батареи аккумуляторов, которые заряжаются от маломощного ветряка. Таким образом становится возможным использование более мощных потребителей.

Использование аналогичного принципа при постройке домашней солнечной электростанции делает ее более выгодной по сравнению с ветряком: летом солнце светит большую часть дня, в отличие от непостоянного и часто отсутствующего ветра. По этой причине аккумуляторы смогут набирать заряд днем гораздо быстрее, а сама солнечная панель гораздо проще в установке, чем требующий высокой мачты .

Есть свой смысл и в использовании солнечной батареи исключительно как источника аварийного питания. Например, если в частном доме установлен газовый котел отопления с циркуляционными насосами, при отключении электропитания можно через импульсный преобразователь (инвертор) запитать их от аккумуляторов, которые поддерживаются заряженными от солнечной батареи, сохраняя систему отопления работоспособной.

Телевизионный сюжет на эту тему

Наверное, нет такого человека, который не хотел бы стать более независимым. Возможность полностью распоряжаться собственным временем, путешествовать, не зная границ и расстояний, не задумываться о жилищных и финансовых проблемах — вот что даёт ощущение настоящей свободы. Сегодня мы расскажем о том, как, используя солнечное излучение, снять с себя бремя энергетической зависимости. Как вы догадались, речь пойдёт о солнечных батареях. А если быть точнее, то о том, можно ли своими руками построить настоящую солнечную электростанцию.

История создания и перспективы использования

Идею превращения энергии Солнца в электричество человечество вынашивало давно. Первыми появились гелиотермальные установки, в которых перегретый сконцентрированными солнечными лучами пар вращал турбины генератора. Прямое преобразование стало возможным лишь в середине XIX века, после того, как француз Александр Эдмон Баккарель открыл фотоэлектрический эффект. Попытки создать на основании этого явления действующую солнечную ячейку увенчались успехом лишь полвека спустя, в лаборатории выдающегося русского учёного Александра Столетова. Полностью описать механизм фотоэлектрического эффекта удалось ещё позже — человечество обязано этим Альберту Энштейну. К слову, именно за эту работу он получил Нобелевскую премию.

Баккарель, Столетов и Энштейн — вот те учёные, которые заложили фундамент современной солнечной энергетики

О создании первого солнечного фотоэлемента на основе кристаллического кремния возвестили мир сотрудники компании Bell Laboratories в далёком апреле 1954 года. Эта дата, по сути, и является отправной точкой технологии, которая в скором времени сможет стать полноценной заменой углеводородному топливу.

Поскольку ток одной фотоэлектрической ячейки составляет миллиамперы, то для получения электроэнергии достаточной мощности их приходится соединять в модульные конструкции. Защищённые от внешнего воздействия массивы солнечных фотоэлементов и являются солнечной батареей (из-за плоской формы устройство нередко называют солнечной панелью).

Преобразование солнечного излучения в электричество имеет огромные перспективы, ведь на каждый квадратный метр земной поверхности приходится в среднем 4.2 кВт/час энергии в день, а это экономия практически одного барреля нефти в год. Изначально используемая лишь для космической отрасли технология уже в 80-х годах прошлого века стала настолько обыденной, что фотоэлементы стали использовать в бытовых целях — в качестве источника питания калькуляторов, фотоаппаратов, светильников и т. д. Параллельно создавались и «серьёзные» гелиоэлектрические установки. Закреплённые на крышах домов, они позволяли полностью отказаться от проводного электричества. Сегодня можно наблюдать рождение электростанций, представляющих собой многокилометровые поля из кремниевых панелей. Вырабатываемая ими мощность позволяет питать целые города, поэтому можно с уверенностью говорить о том, что будущее — за солнечной энергетикой.

Современные солнечные электростанции представляют собой многокилометровые поля фотоэлементов, способные снабжать электричеством десятки тысяч домов

Солнечная батарея: как это работает

После того как Энштейн описал фотоэлектрический эффект, миру открылась вся простота такого, казалось бы, сложного физического явления. В его основе лежит вещество, отдельные атомы которого находятся в неустойчивом состоянии. При «бомбардировке» фотонами света из их орбит выбиваются электроны — вот они-то и являются источниками тока.

Практически полвека фотоэффект не имел практического применения по одной простой причине — отсутствовала технология получения материалов с неустойчивой атомной структурой. Перспективы дальнейших исследований появились лишь с открытием полупроводников. Атомы этих материалов имеют либо избыток электронов (n-проводимость), или же испытывают в них нехватку (p-проводимость). При использовании двухслойной структуры со слоем n-типа (катод) и p-типа (анод), «обстрел» фотонами света выбивает электроны из атомов n-слоя. Покидая свои места, они устремляются на свободные орбиты атомов p-слоя и далее через подключённую нагрузку возвращаются на исходные позиции. Наверное, каждый из вас знает, что движение электронов в замкнутом контуре представляет собой электрический ток. Вот только заставить электроны перемещаться удаётся не благодаря магнитному полю, как в электрических генераторах, а за счёт потока частиц солнечного излучения.

Солнечная панель работает благодаря фотоэлектрическому эффекту, который был открыт ещё в начале XIX века

Поскольку мощность одного фотоэлектрического модуля недостаточна для питания электронных устройств, то для получения требуемого напряжения используется последовательное подключение множества ячеек. Что же касается силы тока, то её наращивают параллельным соединением определённого количества таких сборок.

Генерация электричества в полупроводниках напрямую зависит от количества солнечной энергии, поэтому фотоэлементы не только устанавливают под открытым небом, но и стараются сориентировать их поверхность перпендикулярно падающим лучам. А чтобы защитить ячейки от механических повреждений и атмосферного воздействия, их монтируют на жёстком основании и сверху защищают стеклом.

Классификация и особенности современных фотоэлементов

Первую солнечную ячейку изготовили на основе селена (Se), однако низкий КПД (менее 1%), быстрое старение и высокая химическая активность селеновых фотоэлементов вынуждали искать другие, более дешёвые и эффективные материалы. И они нашлись в лице кристаллического кремния (Si). Поскольку этот элемент периодической таблицы является диэлектриком, его проводимость обеспечили за счёт включений из различных редкоземельных металлов. В зависимости от технологии изготовления существует несколько типов кремниевых фотоэлементов:

  • монокристаллические;
  • поликристаллические;
  • из аморфного Si.

Первые изготавливаются методом срезания тончайших слоёв от слитков кремния самой высокой степени очистки. Внешне фотоэлементы монокристаллического типа выглядят как однотонные тёмно-синие стеклянные пластины с выраженной электродной сеткой. Их КПД достигает 19%, а срок службы составляет до 50 лет. И хоть производительность изготовленных на основе монокристаллов панелей постепенно падает, есть данные, что изготовленные более 40 лет назад батареи и сегодня сохраняют работоспособность, выдавая до 80% своей первоначальной мощности.

Монокристаллические солнечные ячейки имеют однородный тёмный цвет и срезанные углы — эти признаки не позволяют спутать их с другими фотоэлементами

В производстве поликристаллических фотоэлементов используют не такой чистый, но зато более дешёвый кремний. Упрощение технологии сказывается на внешнем виде пластин — они имеют не однородный оттенок, а более светлый узор, который образуют границы множества кристаллов. КПД таких солнечных ячеек немного ниже, чем у монокристаллических — не более 15%, а срок службы составляет до 25 лет. Надо сказать, что снижение основных эксплуатационных показателей абсолютно не сказалось на популярности поликристаллических фотоэлементов. Они выигрывают за счёт более низкой цены и не такой сильной зависимости от внешней загрязнённости, низкой облачности и ориентации на Солнце.

Поликристаллические фотоэлементы имеют более светлый синий оттенок и неоднородный рисунок — следствие того, что их структура состоит из множества кристаллов

Для солнечных батарей из аморфного Si используется не кристаллическая структура, а тончайший слой кремния, который напыляют на стекло или полимер. Хоть подобный метод производства и является самым дешёвым, такие панели имеют самый короткий срок жизни, причиной чему является выгорание и деградация аморфного слоя на солнце. Не радует этот тип фотоэлементов и производительностью — их КПД составляет не более 9% и во время эксплуатации существенно снижается. Использование солнечных батарей из аморфного кремния оправдано в пустынях — высокая солнечная активность нивелирует падение производительности, а бескрайние просторы позволяют размещать гелиоэлекростанции любой площади.

Возможность напылять кремниевую структуру на любую поверхность позволяет создавать гибкие солнечные панели

Дальнейшее развитие технологии производства фотоэлектрических элементов вызвано необходимостью в снижении цены и улучшении эксплуатационных характеристик. Максимальной производительностью и долговечностью сегодня обладают плёночные фотоэлементы:

  • на основе теллурида кадмия;
  • из тонких полимеров;
  • с использованием индия и селенида меди.

О возможности применения в самодельных устройствах тонкоплёночных фотоэлементов говорить пока ещё рано. Сегодня их выпуском занимается только несколько наиболее «продвинутых» в технологическом плане компаний, поэтому чаще всего гибкие фотоэлементы можно увидеть в составе готовых солнечных панелей.

Какие фотоэлементы лучше всего подходят для солнечной батареи и где их можно найти

Изготовленные кустарным способом солнечные панели всегда будут находиться на шаг позади своих заводских собратьев, и на то есть несколько причин. Во-первых, известные производители тщательно отбирают фотоэлементы, отсеивая ячейки с нестабильными или сниженными параметрами. Во-вторых, при изготовлении гелиоэлектрических батарей используется специальное стекло с повышенным светопропусканием и сниженной отражающей способностью — найти такое в продаже практически невозможно. И в-третьих, прежде чем приступать к серийному выпуску, все параметры промышленных образцов обкатывают с использованием математических моделей. В итоге минимизируется влияние нагрева ячеек на КПД батареи, улучшается система отвода тепла, находится оптимальное сечение соединяющих шин, исследуются пути снижения скорости деградации фотоэлементов и т. д. Решать подобные задачи, не имея оборудованной лаборатории и соответствующей квалификации, невозможно.

Низкая стоимость самодельных солнечных батарей позволяет построить установку, позволяющую полностью отказаться от услуг энергокомпаний

Тем не менее сделанные своими руками солнечные батареи показывают неплохие результаты производительности и не так уж и сильно отстают от промышленных аналогов. Что же касается цены, то здесь мы имеем выигрыш более чем в два раза, то есть при одинаковых затратах самоделки дадут в два раза больше электроэнергии.

Учитывая всё вышесказанное, вырисовывается картина того, какие фотоэлементы подходят под наши условия. Плёночные отпадают по причине отсутствия в продаже, а аморфные — из-за короткого срока службы и низкого КПД. Остаются ячейки из кристаллического кремния. Надо сказать, что в первом самодельном устройстве лучше использовать более дешёвые «поликристаллы». И только обкатав технологию и «набив руку», следует переходить на монокристаллические ячейки.

Для обкатки технологий подойдут дешёвые некондиционные фотоэлементы — как и качественные устройства, их можно купить на зарубежных торговых площадках

Что касается вопроса, где взять недорогие солнечные элементы, то их можно найти на зарубежных торговых площадках типа Taobao, Ebay, Aliexpress, Amazon и др. Там они продаются как в виде отдельных фотоэлементов различных размеров и производительности, так и готовыми наборами для сборки солнечных панелей любой мощности.

Продавцы нередко предлагают фотоэлементы так называемого класса «B», которые представляют собой повреждённые солнечные батареи моно- или поликристаллического типа. Небольшие сколы, трещины или отсутствие уголков практически не сказывается на производительности ячеек, зато позволяет приобрести их по гораздо меньшей стоимости. Именно по этой причине их выгоднее всего использовать в самодельных гелиоэнергетических устройствах.

Можно ли заменить фотоэлектрические пластины чем-то другим

Редко у какого домашнего мастера не найдётся заветной коробочки со старыми радиодеталями. А ведь диоды и транзисторы от старых приёмников и телевизоров являются всё теми же полупроводниками с p-n-переходами, которые при освещении солнечным светом вырабатывают ток. Воспользовавшись этими их свойствами и соединив несколько полупроводниковых приборов, можно сделать самую настоящую солнечную батарею.

Для изготовления маломощной солнечной батареи можно использовать старую элементную базу полупроводниковых приборов

Внимательный читатель сразу же спросит, в чём подвох. Зачем платить за фабричные моно- или поликристаллические ячейки, если можно использовать то, что лежит буквально под ногами. Как всегда, дьявол скрывается в деталях. Дело в том, что самые мощные германиевые транзисторы позволяют получить на ярком солнце напряжение не более 0.2 В при силе тока, измеряемой микроамперами. Для того чтобы достичь параметров, которые выдаёт плоский кремниевый фотоэлемент, понадобится несколько десятков, а то и сотен полупроводников. Сделанная из старых радиодеталей батарея сгодится разве что для зарядки кемпингового светодиодного фонаря или небольшого аккумулятора мобильного телефона. Для реализации более масштабных проектов, без покупных солнечных ячеек не обойтись.

На какую мощность солнечных батарей можно рассчитывать

Задумываясь о строительстве собственной солнечной электростанции, каждый мечтает о том, чтобы полностью отказаться от проводного электричества. Для того чтобы проанализировать реальность этой затеи, сделаем небольшие расчёты.

Узнать суточное потребление электроэнергии несложно. Для этого достаточно заглянуть в присланный энергосбывающей организацией счёт и разделить количество указанных там киловатт на число дней в месяце. К примеру, если вам предлагают оплатить 330 кВт×час, то это значит, что суточное потребление составляет 330/30=11 кВт×час.

График зависимости мощности солнечной батареи в зависимости от освещённости

В расчётах следует обязательно учитывать тот факт, что солнечная панель будет вырабатывать электричество только в светлое время суток, причём до 70% генерации осуществляется в период с 9 до 16 часов. Кроме того, эффективность работы устройства напрямую зависит от угла падения солнечных лучей и состояния атмосферы.

Небольшая облачность или дымка снизят эффективность токоотдачи гелиоустановки в 2–3 раза, тогда как затянутое сплошными облаками небо спровоцирует падение производительности в 15–20 раз. В идеальных условиях для генерации 11 кВт×час энергии было бы достаточно солнечной батареи мощностью 11/7 = 1.6 кВт. Учитывая влияние природных факторов, этот параметр следует увеличить примерно на 40–50%.

Кроме того, есть ещё один фактор, заставляющий увеличить площадь используемых фотоэлементов. Во-первых, не следует забывать о том, что ночью батарея работать не будет, а значит, понадобятся мощные аккумуляторы. Во-вторых, для питания бытовых приборов нужен ток напряжением 220 В, поэтому понадобится мощный преобразователь напряжения (инвертор). Специалисты утверждают, что потери на накопление и трансформацию электроэнергии забирают до 20–30% от её общего количества. Поэтому реальная мощность солнечной батареи должна быть увеличена на 60–80% от расчётной величины. Принимая значение неэффективности в 70%, получаем номинальную мощность нашей гелиопанели, равную 1.6 + (1.6×0.7) =2.7 кВт.

Использование сборок из высокотоковых литиевых аккумуляторов является одним из наиболее изящных, но отнюдь не самым дешёвым способом хранения солнечной электроэнергии

Для хранения электроэнергии понадобятся низковольтные аккумуляторы, рассчитанные на напряжение 12, 24 или 48 В. Их ёмкость должна быть рассчитана на суточное потребление энергии плюс потери на трансформацию и преобразование. В нашем случае понадобится массив батарей, рассчитанных на хранение 11 + (11×0.3) = 14.3 кВт×час энергии. Если использовать обычные 12-вольтовые автомобильные аккумуляторы, то понадобится сборка на 14300 Вт×ч / 12 В = 1200 А×ч, то есть шесть аккумуляторов, рассчитанных на 200 ампер-часов каждый.

Как видите, даже для того, чтобы обеспечить электричеством бытовые потребности средней семьи, понадобится серьёзная гелиоэлектрическая установка. Что касается использования самодельных солнечных батарей для отопления, то на данном этапе такая затея не выйдет даже на границы самоокупаемости, не говоря уж о том, чтобы можно было что-то сэкономить.

Расчёт размера батареи

Размер батареи зависит от требуемой мощности и габаритов источников тока. При выборе последних вы обязательно обратите внимание на предлагаемое разнообразие фотоэлементов. Для использования в самодельных устройствах удобнее всего выбирать солнечные ячейки среднего размера. Например, рассчитанные на выходное напряжение 0.5 В и силу тока до 3 А поликристаллические панели размером 3×6 дюймов.

При изготовлении солнечной батареи они будут последовательно соединяться в блоки по 30 шт, что позволит получить требуемое для зарядки автомобильной батареи напряжение 13–14 В (учитывая потери). Максимальная мощность одного такого блока составляет 15 В × 3 А = 45 Вт. Исходя из этого значения, будет нетрудно подсчитать, сколько элементов понадобится для постройки солнечной панели заданной мощности и определить её размеры. Например, для постройки 180-ваттного солнечного электрического коллектора понадобится 120 фотоэлементов общей площадью 2160 кв. дюймов (1.4 кв.м).

Постройка самодельной солнечной батареи

Прежде чем приступать к изготовлению солнечной панели, следует решить задачи по её размещению, рассчитать габариты и подготовить необходимые материалы и инструмент.

Правильный выбор места установки — это важно

Поскольку солнечная панель будет изготавливаться своими руками, соотношение её сторон может быть любым. Это очень удобно, поскольку самодельное устройство можно более удачно вписать в экстерьер кровли или дизайн загородного участка. По этой же причине выбирать место для монтажа батареи следует ещё до начала проектировочных мероприятий, не забывая учитывать несколько факторов:

  • открытость места для солнечных лучей в течение светового дня;
  • отсутствие затеняющих построек и высоких деревьев;
  • минимальное расстояние до помещения, в котором установлены аккумулирующие мощности и преобразователи.

Конечно, установленная на крыше батарея выглядит более органично, однако размещение устройства на земле имеет больше преимуществ. В этом случае исключается возможность повреждения кровельных материалов при установке поддерживающего каркаса, снижается трудоёмкость монтажа устройства и появляется возможность своевременного изменения «угла атаки солнечных лучей». И что самое главное — при нижнем размещении будет намного проще поддерживать чистоту поверхности солнечной панели. А это является залогом того, что установка будет работать в полную силу.

Монтаж солнечной панели на крыше вызвана скорее нехваткой места, чем необходимостью или удобством эксплуатации

Что понадобится в процессе работы

Приступая к изготовлению самодельной солнечной панели, следует запастись:

  • фотоэлементами;
  • многожильным медным проводом или специальными шинами для соединения солнечных ячеек;
  • припоем;
  • диодами Шоттки, рассчитанными на токоотдачу одного фотоэлемента;
  • качественным антибликовым стеклом или плексигласом;
  • рейками и фанерой для изготовления каркаса;
  • силиконовым герметиком;
  • метизами;
  • краской и защитным составом для обработки деревянных поверхностей.

В работе понадобится самый простой инструмент, который всегда есть под рукой у домовитого хозяина — паяльник, стеклорез, пила, отвёртка, малярная кисть и др.

Инструкция по изготовлению

Для изготовления первой солнечной батареи лучше всего использовать фотоэлементы с уже припаянными выводами — в этом случае уменьшается риск повреждения ячеек при сборке. Тем не менее, если вы имеете навыки обращения с паяльником, то сможете немного сэкономить, купив солнечные элементы с нераспаянными контактами. Для постройки панели, которую мы рассматривали в приведённых выше примерах, понадобится 120 пластин. Используя соотношение сторон примерно 1:1, потребуется укладка 15 рядов фотоэлементов по 8 штук в каждом. При этом мы сможем каждые два «столбика» соединить последовательно, а четыре таких блока подключить параллельно. Таким образом можно избежать путаницы в проводах и получить ровный, красивый монтаж.

Схема электрических соединений домашней солнечной электростанции

Корпус

Сборку солнечной панели всегда следует начинать с изготовления корпуса. Для этого нам понадобятся алюминиевые уголки или деревянные рейки высотой не более 25 мм — в этом случае они не будут бросать тень на крайние ряды фотоэлементов. Исходя из размеров наших кремниевых ячеек размером 3х6 дюймов (7.62х15.24 см), размер рамы должен составлять не менее 125х 125 см. Если вы решите использовать другое соотношение сторон (например, 1:2), то каркас можно дополнительно усилить поперечиной из рейки такого же сечения.

Обратную сторону корпуса следует зашить панелью из фанеры или OSB, а в нижнем торце рамы просверлить вентиляционные отверстия. Соединение внутренней полости панели с атмосферой понадобится для выравнивания влажности — в противном случае не избежать запотевания стёкол.

Для изготовления корпуса солнечной панели подойдут самые простые материалы — деревянные рейки и фанера

По внешнему размеру каркаса вырезают панель из плексигласа или высококачественного стекла высокой степени прозрачности. В крайнем случае можно использовать оконное стекло толщиной до 4 мм. Для его крепления подготавливают уголковые кронштейны, в которых выполняют сверления для крепления к раме. При использовании оргстекла можно проделать отверстия непосредственно в прозрачной панели — это упростит сборку.

Чтобы защитить деревянный корпус солнечной батареи от влаги и грибка, его пропитывают антибактериальным составом и окрашивают масляной краской.

Для удобства сборки электрической части, из ДВП или другого диэлектрического материала вырезают подложку по внутреннему размеру рамы. В дальнейшем на ней будет выполняться монтаж фотоэлементов.

Пайка пластин

Перед тем как начать пайку, следует «прикинуть» укладку фотоэлементов. В нашем случае понадобится 4 массива ячеек по 30 пластин в каждом, причём располагаться в корпусе они будут пятнадцатью рядами. С такой длинной цепочкой будет неудобно работать, к тому же возрастает риск повреждения хрупких стеклянных пластин. Рационально будет соединять по 5 деталей, а окончательную сборку выполнять после того, как фотоэлементы будут смонтированы на подложке.

Для удобства, фотоэлементы можно смонтировать на непроводящей подложкке из текстолита, оргстекла или ДВП

После соединения каждой цепочки, следует проверить её работоспособность. Для этого каждую сборку помещают под настольную лампу. Записывая значения силы тока и напряжения, можно не только контролировать работоспособность модулей, но и сравнивать их параметры.

Для пайки используем маломощный паяльник (максимум 40 Вт) и хороший, легкоплавкий припой. Его в небольшом количестве наносим на выводные части пластин, после чего, соблюдая полярность подключения, соединяем детали друг с другом.

При пайке фотоэлементов следует проявлять максимальную аккуратность, поскольку эти детали отличаются повышенной хрупкостью

Собрав отдельные цепочки, разворачиваем их тыльной частью к подложке и при помощи силиконового герметика приклеиваем к поверхности. Каждый 15-вольтовый блок фотоэлементов снабжаем диодом Шоттки. Этот прибор позволяет току протекать только в одном направлении, поэтому не позволит аккумуляторам разряжаться при низком напряжении солнечной панели.

Окончательное соединение отдельных цепочек фотоэлементов выполняют согласно представленной выше электрической схеме. В этих целях можно использовать специальную шину или многожильный медный провод.

Навесные элементы солнечной батареи следует закрепить термоклеем или саморезами

Сборка панели

Подложки с расположенными на них фотоэлементами укладывают в корпус и крепят саморезами. Если рама усиливалась поперечиной, то в ней выполняют несколько сверлений под монтажные провода. Кабель, который выводят наружу, надёжно фиксируют на раме и припаивают к выводам сборки. Чтобы не путаться с полярностью, лучше всего использовать двухцветные провода, подключая красный вывод к «плюсу» батареи, а синий — к её «минусу». По верхнему контуру рамы наносят сплошной слой силиконового герметика, поверх которого укладывают стекло. После окончательной фиксации сборку солнечной батареи считают законченной.

После того, как на герметик будет установлено защитное стекло, панель можно транспортировать к месту установки

Установка и подключение солнечной батареи к потребителям

В силу ряда причин самодельная солнечная панель является достаточно хрупким устройством, поэтому требует обустройства надёжного поддерживающего каркаса. Идеальным вариантом будет конструкция, которая позволит ориентировать источник бесплатной электроэнергии в обеих плоскостях, однако сложность такой системы чаще всего является весомым доводом в пользу простой наклонной системы. Она представляет собой подвижную раму, которую можно выставить под любым углом к светилу. Один из вариантов каркаса, сбитого из деревянного бруса, представлен ниже. Вы же можете использовать для его изготовления металлические уголки, трубы, шины и т. д. – всё, что есть под руками.

Чертёж каркаса солнечной батареи

Чтобы подключить солнечную батарею к аккумуляторам, понадобится контроллер заряда. Этот прибор будет следить за степенью заряда и разряда батарей, контролировать токоотдачу и выполнять переключение на сетевое питание при значительной просадке напряжения. Прибор необходимой мощности и требуемого функционала можно купить в тех же торговых точках, где продаются фотоэлементы. Что касается питания бытовых потребителей, то для этого потребуется трансформировать низковольтное напряжение в 220 В. С этим успешно справляется другое устройство — инвертор. Надо сказать, что отечественная промышленность выпускает надёжные приборы с хорошими ТТХ, поэтому преобразователь можно купить на месте — бонусом в этом случае будет «настоящая» гарантия.

Одной солнечной батареи для полноценного электроснабжения дома будет недостаточно — понадобятся еще и аккумуляторы, контроллер заряда и инвертор

В продаже можно найти инверторы одной и той же мощности, отличающиеся по цене в разы. Подобный разброс объясняется «чистотой» выходного напряжения, что является необходимым условием питания отдельных электрических устройств. Преобразователи с так называемой чистой синусоидой имеют усложнённую конструкцию, и как следствие, более высокую стоимость.

Видео: изготовление солнечной панели своими руками

Постройка домашней солнечной электростанции является нетривиальной задачей и требует как финансовых и временных затрат, так и минимальных знаний основ электротехники. Приступая к сборке солнечной панели, следует соблюдать максимальное внимание и аккуратность — только в этом случае можно рассчитывать на удачное решение вопроса. Напоследок хотелось бы напомнить о том, что загрязнение стекла является одним из факторов падения производительности. Не забывайте своевременно чистить поверхность солнечной панели, иначе она не сможет работать на полную мощность.

Изготовление солнечных панелей на 3D-принтере

Почему 3D-печать – эффективное решение для энергетики | Солнечные батареи: 3D-печать в возобновляемой энергетике | Такие системы действительно выгодно печатать на 3D-принтере? | Аддитивное производство солнечных батарей: 5 успешных проектов | Будущее 3D-печати в области солнечной энергетики

3D-печать все более активно используется в энергетической промышленности. Место аддитивного производства в отрасли возобновляемой энергетики представляет большой интерес. Взгляните на ситуацию с изменением климата: сегодня получение энергии из экологически чистых источников является одной из важнейших задач.

Объемы ископаемого топлива стремительно сокращаются, и поэтому мы видим все больше электромобилей, ветровых установок и солнечных батарей. Однако большинство из них далеки от совершенства, а производство по-прежнему требует больших затрат. К счастью, исследователи уже работают над солнечными батареями, которые можно печатать на 3D-принтерах, чтобы максимально эффективно использовать солнце – неисчерпаемый источник энергии.

Вы знали, что 3D-печать – превосходный метод изготовления солнечных батарей? Исследователи утверждают, что аддитивное производство поможет сократить стоимость производства солнечных батарей на 50%, а батареи, напечатанные на 3D-принтерах, – эффективнее солнечных батарей, изготовленных традиционными методами. В этой статье рассказано об эффективном использовании 3D-печати в сфере возобновляемой энергии, а точнее, в гелиоэнергетике. Кроме того, здесь рассмотрены методы 3D-печати фотоэлектрических элементов для солнечных батарей, а также исследования, посвященные данным методам.

Почему 3D-печать – эффективное решение для энергетики

Аддитивное производство используется во множестве отраслей и может быть крайне эффективно для изготовления источников энергии. Цифровое производство –  превосходный метод реализации проектов в энергетической отрасли: качество изделий растет, а затраты на производство сокращаются. Перед производителями возобновляемых источников энергии стоит задача сократить расходы на производство. Давайте выясним, почему производителям систем с питанием от солнечной энергии или других экологически чистых источников следует обратить внимание на 3D-печать.

3D-печать оптимизирует процесс разработки продукта

3D-принтер – отличный инструмент для прототипирования: благодаря ему растет производительность и сокращаются расходы. Используя ПО для 3D-моделирования, модели можно менять до тех пор, пока не будет получена идеальная конструкция. Перед изготовлением систем и деталей можно выполнить столько итераций, сколько потребуется. Благодаря скорости и точности 3D-печати упрощается и быстрое прототипирование.

Значительное сокращение расходов

Пытаетесь сократить расходы на прототипы и производство? Обратите внимание на 3D-печать. При ее использовании расходуется только необходимое количество материала, а выполнять итерации на 3D-принтере дешевле, чем методом литья под давлением, ведь вам не потребуется изготавливать новую пресс-форму и повторять весь процесс.

3D-принтеры повышают эффективность производства

Цифровые технологии подходят не только для прототипирования, но и для производства. У этих методов много преимуществ: например, на 3D-принтерах можно очень быстро изготавливать малые партии деталей. Кроме того, используя аддитивное производство, можно полностью управлять процессом и заказывать только необходимое количество деталей. Перечисленные особенности делают аддитивные технологии оптимальным решением для реализации всего проекта или изготовления отдельных деталей.

Аддитивные технологии – превосходный инструмент для научных исследований

Далее в статье мы поговорим о том, почему 3D-печать подходит для проверки ваших идей и работы с новыми материалами. Исследователи продолжают находить новые сферы применения 3D-печати: к примеру, она используется для производства экологически чистых энергетических устройств – таких как солнечные панели.

Солнечные батареи: 3D-печать в возобновляемой энергетике

Что такое солнечные батареи?

Это блоки, преобразовывающие солнечную энергию в тепло или электричество. Они выполнены из фотоэлектрических элементов, в которых происходит ряд физических и химических явлений. Как правило, фотоэлектрические элементы делают из кристаллического кремния, однако сейчас активно разрабатываются новые материалы (недавний пример – технология тонкопленочных солнечных элементов). Качество и эффективность солнечных батарей, изготавливаемых традиционными способами, оставляют желать лучшего. Именно поэтому специалисты, изучающие аддитивные технологии, экспериментируют с целью создать высококачественные солнечные панели на 3D-принтерах.

Аддитивное производство поможет сократить стоимость производства солнечных батарей на 50%

3D-печать – наилучшее решение для изготовления солнечных батарей

Одна из основных трудностей, возникающая в ходе разработки и производства возобновляемых источников энергии, – высокие затраты. Именно по этой причине такие источники доступны не всем. Мы видели, как 3D-печать подходит для реализации новых проектов, и производство солнечных батарей – отличный пример.

Прежде всего, для производства эффективных солнечных панелей высокого качества требуется множество исследований и разработок. Раньше фотоэлектрические элементы выполнялись из дорогих материалов. При разработке новых солнечных батарей и использовании материалов с новыми техническими свойствами требуется провести много испытаний и изготовить много прототипов. Подобные проекты должны быть тщательно продуманы, а для их демонстрации команде, инвесторам и будущим клиентам потребуются модели высокого качества. И здесь на помощь приходит 3D-печать, поскольку она позволит создать высококачественные прототипы. Кроме того, вы сможете проводить столько итераций, сколько потребуется. Аддитивные технологии подходят и для производства, однако вам потребуется найти 3D-принтеры, способные печатать из соответствующих материалов. Например, солнечные батареи изготавливаются из материала, который поглощает солнечный свет.

В теории, 3D-печать подходит для изготовления экологически чистых источников энергии по более низкой стоимости. Но так ли это на практике?

Такие системы действительно выгодно печатать на 3D-принтере?

Использование напечатанных солнечных батарей сокращает расходы на 50%

Исследователи Массачусетского технологического института утверждают, что аддитивное производство солнечных батарей помогает сократить расходы на 50%. Для изготовления таких установок не требуются дорогие материалы (например, стекло, поликристаллический кремний и индий). Очевидно, что реализация таких проектов возможна благодаря печати новых материалов на 3D-принтере. Например, не так давно стало известно о том, что производство фотоэлектрических элементов из синтетического перовскита дешевле.

Модель проекта ASTRI и CSIRO (Австралия) / Фото: blog.csiro.au

Такие системы можно внедрять в развивающихся странах

Солнечные батареи можно изготавливать на 3D-принтерах, и они дешевле стеклянных панелей, изготовленных традиционными методами. Напечатанные солнечные батареи имеют меньший вес, поскольку они изготавливаются из сверхтонких полосок. Транспортировка таких батарей вызывает меньше трудностей. Эта технология становится доступнее, а значит, возобновляемые источники энергии можно внедрять практически везде и транспортировать их даже в развивающиеся страны, где существуют проблемы с электроснабжением.

Солнечные батареи, напечатанные на 3D-принтере, эффективнее на 20%

Солнечные батареи, изготовленные на 3D-принтере, на 20% эффективнее батарей, созданных традиционными способами. Это обусловлено появлением новых методов, материалов и возможностей проектирования, которые стали возможны благодаря 3D-печати. Солнечной энергетике были нужны инновации, а самое главное – сокращение стоимости. Похоже, 3D-печать совершит революцию в этой отрасли.

Аддитивное производство солнечных батарей: 5 успешных проектов

Новая технология 3D-печати фотоэлектрических элементов уже существует, и она может в корне поменять отрасль возобновляемой энергетики. Ниже приведены примеры того, как компании используют 3D-печать для производства солнечных батарей и как исследователи разрабатывают наиболее оптимальные варианты производства высококачественных фотоэлектрических элементов.

В австралийской организации CSIRO (Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation) на промышленных 3D-принтерах изготавливаются рулоны фотоэлектрических элементов. Исследователи производят листы фотоэлектрических элементов формата A3, которые подходят для любых поверхностей (например, окон и зданий). Батареи из таких элементов функциональны и эффективны.

На сегодняшний день это крупнейшие фотоэлектрические элементы. Они выполняются из эластичного легкого пластика. Исследователи разработали чернила с фотоэлектрическими свойствами, которые наносятся на полоску из эластичного пластика. Процесс производства включает в себя покрытие полосок с помощью гравированного цилиндра, нанесение материала с использованием щелевой экструзионной головки, а также ракельную печать. Использование аддитивной технологии помогло изготовить систему высокой точности.

Поле солнечных панелей: проект ASTRI и CSIRO (Австралия) / Фото: www.csiro.au

Австралийские специалисты используют солнечную энергию максимально эффективно, однако они печатают не только фотоэлектрические элементы. Например, они могут напечатать целое поле солнечных батарей, ведь в Австралии самая высокая плотность солнечного излучения в мире. 

Этот проект реализован Австралийской научно-исследовательской программой по солнечной энергии (ASTRI) и его ведущим партнером – CSIRO. Устройство собирает концентрированное солнечное излучение в виде тепловой энергии. Гелиостаты в буквальном смысле заполняют целое поле, концентрируя излучение Солнца в 50–1000 раз больше его обычной мощности. Преобразованная солнечная энергия хранится в вышке-приемнике.

Некоторые клиенты французской компании Sculpteo работают с солнечной энергией и используют 3D-печать. Например, основанная в 2014 году компания Simusolar налаживает работу солнечных электростанций в сельской местности Танзании, разрабатывая и внедряя компактные экологичные решения, которые помогают людям в повседневной жизни. Клиенты компании – фермеры, рыбаки и сельские жители, которым требуется оборудование, работающее от солнечного электричества. Simusolar использует 3D-печать, поскольку есть потребность во множестве кастомизированных деталей.

Цель компании Kyung-In Synthetic – снабдить солнечным электричеством отдаленные районы. Для этого было принято решение печатать солнечные батареи. В рамках проекта возобновляемые источники энергии стали доступны более чем одному миллиону людей. Напечатанные на 3D-принтере солнечные батареи выполнены из перовскита – минерала, в состав которого входит титанат кальция. Свойства фотоэлектрических элементов, изготовленных из перовскита, улучшаются с каждым годом, а значит, системы из таких элементов могут работать без снижения эффективности несколько лет. У этой технологии большое будущее.

Напечатанные на 3D-принтере солнечные батареи в Национальных лабораториях Сандия / Фото: 3dprint.com

Инженеры Национальных лабораторий Сандия (штат Нью-Мексико, США) работали над приемниками солнечного излучения и доказали, что они на 20% эффективнее солнечных батарей, изготовленных традиционными методами. Батареи были перенастроены и стали поглощать больше солнечного света. Благодаря особой конструкции они могут поглощать свет в различных масштабах.

Аддитивное производство позволяет инженерам создавать солнечные установки со сложной геометрией и значительно упрощает процесс проектирования. Исследователи создали панели жалюзийного типа, поглощающие больше света. Данная система работает без потери энергии. Сперва свет попадает на приемник, а затем поглощается.

Разумеется, для изготовления таких систем необходимо разрабатывать новые материалы и технологии. И если вам кажется, что производство солнечных батарей – сложный процесс, эти примеры демонстрируют, как 3D-печать упрощает его.

Будущее 3D-печати в области солнечной энергетики

3D-печать в этой сфере может быстро стать одной из ключевых технологий. Например, она делает возможной массовую кастомизацию деталей и систем. Люди смогут заказывать солнечные батареи нужных форм и размеров, изготовленные на 3D-принтере по индивидуальным требованиям.

Разработка нового материала для 3D-печати может сильно изменить отрасль солнечной энергетики. Более того, высокоэффективные элементы низкой стоимости подойдут для изготовления устройств с питанием от солнечной энергии, и, возможно, электричество станет доступно во всем мире, даже в самых отдаленных районах.

Энергетика и 3D-печать становятся отличными партнерами. Вероятно, в будущем они помогут разработать множество экологически чистых систем, использование которых поможет бороться с изменением климата. 


Автор: Люси Гаже. Перевод с английского. Оригинал материала на сайте Sculpteo
Фото в заставке: Littlegate Publishing

Статья опубликована 05.11.2019 , обновлена 08.04.2021

Основы производства солнечных фотоэлектрических систем | Министерство энергетики

  • 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 перемычка и натягивание. Связанный 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 жесткий полимерный задний лист или другой кусок стекла.Вся стопка материалов ламинируется в печи, чтобы сделать модуль водонепроницаемым, затем устанавливается алюминиевая рама, краевой герметик и распределительная коробка, в которой ленты соединяются с диодами, предотвращающими обратный ток электричества. Электрические кабели от распределительной коробки передают ток, производимый модулем, к соседнему модулю или силовой электронике системы.
Тонкая пленка PV

Тонкопленочный PV может относиться к ряду различных материалов поглотителя, 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 предприятии. Производство обычно начинается с флоат-стекла, покрытого прозрачным проводящим слоем, на который наносится фотогальванический поглотитель в процессе, называемом сублимацией с близкими интервалами. Лазерное скрайбирование используется для создания рисунка на клеточных полосках и формирования межсоединения между соседними клетками. Накладываются медные ленты, сверху кладется герметизирующий лист и второй лист стекла, а стопка ламинируется, чтобы сделать ее водонепроницаемой.Наконец, к задней части модуля прикрепляется распределительная коробка. Здесь электрические кабели модуля прикреплены к медным лентам, которые проходят в распределительную коробку через отверстия в заднем стекле.

Стеллажные системы

Опорные конструкции, которые построены для поддержки фотоэлектрических модулей на крыше или в поле, обычно называют стеллажными системами. Производство фотоэлектрических стеллажных систем значительно варьируется в зависимости от того, где будет происходить установка. Наземные стеллажи изготавливаются из стали, которая обычно покрывается или гальванизируется для защиты от коррозии и требует бетонного фундамента.В больших наземных системах обычно используется механизм слежения по одной оси, 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»). Кровельные стеллажи зависят от типа кровли. Для плоских крыш, например, на больших коммерческих или промышленных зданиях, используются стальные стеллажи с фиксированным наклоном. Обычно он крепится к тяжелым блокам, которые устанавливаются на крышу. Для скатных крыш жилых домов стеллажи предназначены для надежного крепления к стропилам и удержания модулей на несколько дюймов выше крыши.Это позволяет воздушному потоку охладить заднюю часть модулей, улучшая их производительность.

Силовая электроника

Силовая электроника для фотоэлектрических модулей, включая оптимизаторы мощности и инверторы, собрана 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, кладут на плату вручную. После того, как все компоненты установлены на свои места, плата проходит через ванну с припоем в печи для соединения компонентов. Вся плата покрыта лаком и запаяна в водонепроницаемый корпус с портами для внешних подключений.


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

Топ-10 компаний и производителей солнечных панелей в 2021 году

Время чтения: 6 минут

Кто являются ведущими компаниями по производству солнечных панелей в мире и США? Отраслевые аналитики из SPV, SEIA и других организаций предлагают свои высшие рейтинги, основанные на обновленных прогнозах отгрузок от каждой из включенных компаний. * Примечание: если вы ищете информацию о тарифах администрации Трампа на импорт солнечных панелей в США, прочтите наш полный анализ здесь.


Три ведущих производителя солнечных батарей

В настоящее время в тройку ведущих производителей солнечных батарей в мире входят JinkoSolar , JA Solar, и Trina Solar (соответственно) в зависимости от доли рынка среди компаний-производителей панелей. Крупнейшими компаниями по установке солнечных батарей в США являются Sunrun и Tesla .

За последние несколько лет произошли некоторые серьезные изменения, в том числе некоторые новые лидеры в производстве солнечной энергии, которые когда-то не были именами в фотоэлектрической отрасли.JA Solar страстно захватывает долю рынка, в то время как Hanwha Q CELLS резко упала. Вопрос к вам как к покупателю солнечных батарей: стоит ли вам заботиться о том, произведены ли ваши солнечные панели одним из 10 крупнейших мировых производителей? Действительно ли солнечные панели американского производства являются лучшим продуктом, когда большинство производителей находятся в других местах? Вот наша разбивка по лучшим производителям солнечной энергии по всему миру.

Как сравнить лучшие компании в области солнечной энергетики в мире

Поскольку рейтинги производителей солнечных панелей основаны на общем объеме солнечных панелей, которые компании поставляют, то лидирующая позиция не обязательно означает, что они предлагают панели высочайшего качества.Некоторые из более мелких производителей специализируются на продуктах премиум-класса, в то время как большинство более крупных производителей добились того, что они есть, либо создав панели для массового рынка, либо сосредоточив свои усилия на крупномасштабных проектах. При этом доказанная способность компании производить и продавать большие объемы продукции свидетельствует об авторитете ее бренда и укрепляет доверие как среди потребителей, так и среди установщиков.

Как покупателю солнечной энергии важно помнить о возможности различать их, чтобы найти панель, которая наилучшим образом соответствует вашим потребностям и бюджету. С этой целью EnergySage разработала собственную систему оценки качества солнечных панелей, чтобы наши клиенты могли с уверенностью выбрать панель и производителя.

Если вы хотите узнать больше о рейтинге панелей, посетите наше Руководство по принятию решений по солнечным батареям. Когда дело доходит до таких показателей, как эффективность солнечной панели, простая стоимость ватт одной солнечной панели не является единицей измерения, которая может стоять сама по себе. Важно понимать потенциал конверсии ваших панелей, чтобы решить, какой бренд выбрать.SunPower, например, известна своей впечатляющей эффективностью преобразования, которая регулярно колебалась в течение последних 10 лет, удерживая мировой рекорд. При этом панели SunPower намного дороже, чем более дешевые марки, такие как Canadian Solar, и поэтому размер вашей солнечной системы и мощность панели помогут вам решить, что принесет наибольшую экономию солнечной энергии и наиболее быстрый период окупаемости.

Где делают лучшие солнечные панели?

Простой ответ на этот часто задаваемый вопрос — Восточная Азия, и вы заметите, что большинство из десяти ведущих производителей — китайцы, поскольку большая часть глобальных солнечных панелей производится там.Восточная Азия стала мировым центром производства солнечной энергии, и последняя развивающаяся тенденция заключается в том, что компании за пределами Китая начинают добиваться успеха, в том числе и Canadian Solar.

Однако, как мы уже отмечали ранее, страна-производитель панели обычно не является самым важным фактором для тех, кто использует солнечную энергию. Вместо этого большинство людей найдут баланс между стоимостью и качеством, при этом страна-производитель панели будет второстепенным фактором — возможным нарушителем сделки. Для некоторых домовладельцев важность энергетической независимости является важным фактором при выборе марки панелей, которые они предпочли бы.Хотя мы в EnergySage поддерживаем американские компании и устойчивое развитие в США, мы рекомендуем получить совет от вашего установщика и рассмотреть их предложения. В конце концов, они будут иметь самый современный опыт в области долгосрочной эффективности, обслуживания и долговечности солнечных панелей различных брендов, а также будут знать, какие модели наиболее популярны на рынке.

Какие ведущие компании производят солнечные панели в США?

Хотя подавляющее большинство производителей солнечных батарей импортируют свое оборудование из Юго-Восточной Азии (даже в случае ведущих американских компаний по производству солнечной энергии, таких как SunPower), есть небольшой список американских компаний, производящих солнечные батареи, которые фактически производят свои солнечные панели здесь, в Соединенных Штатах и со штаб-квартирой в стране.

Вот разбивка компаний по солнечной энергии в США:

Ведущие американские компании по производству солнечной энергии
Компания Штаб-квартира Типы предлагаемых панелей Диапазон гарантийного срока Количество лет в бизнесе
Auxin Solar Сан-Хосе, Калифорния Монокристаллический 25 лет 12 лет
Certainteed Solar Malvern, PA Монокристаллический 25 лет 110 лет
First Solar Tempe , AZ Тонкая пленка 12 лет 30 лет
Global Solar Tuscon, AZ Гибкая тонкая пленка 25 лет 24 года
GreenBrilliance Sterling, VA Монокристаллический, поликристаллический 10 лет 13 лет
Lumos Solar Nederland, CO Monocrystalline 10 лет 14 лет
Prism Solar Highland, NY Monocrystalline 25 лет 15 лет
Seraphim Хьюстон, Техас Монокристаллический, поликристаллический 10 лет 19 лет
Solaria Fremont, CA Монокристаллический 25 лет 20 лет
SolarTech Universal Riviera Beach FL Монокристаллический 15 лет 18 лет
SunPower Сан-Хосе, Калифорния Монокристаллический 25 лет 35 лет
SunSpark Риверсайд, Калифорния Монокристаллический Монокристаллический 12 лет 5 лет
Тесла Пало-Альто, Калифорния Монокристаллический 25 лет 17 лет
Panasonic Осака, Япония Монокристаллический, тонкопленочный аморфный кремний 25 лет 102 года

Список 10 ведущих производителей солнечных панелей (в мире)

Большая часть расчета качества солнечных панелей — это понимание показателей и факторов, которые его определяют, таких как эффективность и производительность модуля.Ознакомьтесь с этим анализом солнечных панелей, чтобы лучше понять важные характеристики, которые повлияют на производительность вашей солнечной системы. Также примечателен тот факт, что не каждая компания, вошедшая в этот список, имеет значительную долю рынка солнечной энергии для жилых домов в США.

В приведенной ниже таблице указаны производители солнечных панелей с наибольшей долей на мировом рынке в 2020 году, исходя из продаж в 2019 году. Это самые последние доступные данные.

Ведущие производители солнечных панелей
2021 Рейтинг Компания Головной офис Типы предлагаемых панелей Диапазон гарантийного срока Количество лет в бизнесе
1 LONGi Solar Китай Монокристаллический 12 лет 20 лет
2 JinkoSolar Китай Полуэлементная технология 12 лет 14 лет
3 JA Solar Китай Полуэлементная технология 12 лет 15 лет
4 Trina Solar Китай Монокристаллический 25 лет 23 года
5 Канадская солнечная энергия Канада Монокристаллический, поликристаллический 12 лет 900 95 19 лет
6 Hanwha Q-CELLS Южная Корея Монокристаллический 12 лет 21 год
7 Risen Energy Китай Монокристаллический, тонкопленочный аморфный кремний 12 лет 34 года
8 Astroenergy Китай Монокристаллический, поликристаллический 10 лет 36 лет
9 First Solar USA Тонкая пленка 12 лет 30 лет
10 Suntech Китай Полуэлементная технология 12 лет 20 лет

Из чего сделаны солнечные панели?

Большинство панелей на рынке изготовлены из монокристаллического, поликристаллического или тонкопленочного «аморфного» кремния.На более детальном уровне солнечные панели состоят из шести различных компонентов, включая следующие:

  • Кремниевые солнечные элементы: преобразуют солнечный свет в электричество с помощью фотоэлектрического эффекта
  • Металлический каркас: защищает от ненастной погоды и помогает установить панель под углом
  • Стеклянный лист: защищает кремниевые солнечные элементы и пропускает солнечный свет через
  • Стандартный провод 12 В: регулирует количество энергии, передаваемой в ваш солнечный инвертор
  • Провод шины: подключает солнечную батарею элементы вместе параллельно

Чтобы узнать больше о процессах и материалах, которые используют ведущие производители, прочитайте наш блог о типах элементов и частях солнечных панелей.

Три совета для покупателей солнечных батарей

1. Домовладельцы, которые получают несколько предложений, экономят 10% или больше

Как и в случае любой крупной покупки, покупка установки солнечной панели требует большого количества исследований и рассмотрения, включая тщательный анализ компании в вашем районе. В недавнем отчете Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии (NREL) Министерства энергетики США рекомендовалось, чтобы потребители сравнивали как можно больше вариантов солнечной энергии, чтобы не платить завышенные цены, предлагаемые крупными установщиками в солнечной отрасли.

Чтобы найти более мелких подрядчиков, которые обычно предлагают более низкие цены и большие гарантии, вам понадобится сеть установщиков, например EnergySage. Вы можете получить бесплатные предложения от проверенных установщиков, проживающих в вашем регионе, когда вы зарегистрируете свою собственность на нашем рынке солнечных батарей — домовладельцы, получившие 3 или более предложений, могут рассчитывать сэкономить от 5000 до 10000 долларов на установке солнечных панелей.

2. Крупнейшие установщики обычно не предлагают лучшую цену.

Мантра больше — не всегда лучше — одна из основных причин, по которой мы настоятельно рекомендуем домовладельцам рассматривать все варианты солнечных батарей, а не только бренды, достаточно крупные, чтобы платить за самую рекламу. Недавний отчет правительства США показал, что крупные установщики на 2000-5000 долларов дороже, чем небольшие солнечные компании . Если у вас есть предложения от некоторых крупных установщиков солнечной энергии, обязательно сравните эти предложения с предложениями местных установщиков, чтобы убедиться, что вы не переплачиваете за солнечную батарею. Для получения дополнительной информации о финансовых стимулах и скидках прочтите нашу статью в блоге с советами о том, как платить за новую солнечную систему, независимо от того, выберете ли вы местного или более крупного установщика.

3.Не менее важно сравнивать все варианты оборудования.

Специалисты по установке в национальном масштабе не просто предлагают более высокие цены — у них также, как правило, меньше вариантов солнечного оборудования, что может существенно повлиять на производство электроэнергии и емкость хранения вашей системы с использованием солнечных батарей. . Собирая разнообразные предложения по солнечной энергии, вы можете сравнить затраты и экономию на основе различных пакетов оборудования, доступных вам.

При поиске лучших солнечных панелей на рынке необходимо учитывать множество факторов.Хотя одни панели будут иметь более высокий рейтинг эффективности, чем другие, инвестирование в самое современное солнечное оборудование не всегда приводит к более высокой экономии. Единственный способ найти «золотую середину» для вашей собственности — это оценить расценки с различным оборудованием и предложениями финансирования.

Часто задаваемые вопросы о компаниях по производству солнечных панелей

Какие 10 ведущих компаний по производству солнечных панелей?

В первую десятку мировых производителей солнечных панелей с наибольшей долей рынка входят, по порядку, LONGi Solar, JinkoSolar, JA Solar, Trina Solar, Canadian Solar, Hanwha Q-CELLS, Risen Energy, Astroenergy, First Solar и Suntech.

Какая страна является крупнейшим производителем солнечных батарей?

Как отмечалось ранее, Китай является крупнейшим производителем солнечных панелей в мире. В 2017 году рыночная доля страны достигла 51% и с тех пор снизилась до 27% в 2019 году — это указывает на то, что новые страны производят и устанавливают солнечные панели более высокими темпами за короткий период времени. Что касается компании с наибольшим объемом производства, JinkoSolar со штаб-квартирой в Шанхае, Китай, заняла первое место по последним данным.

Как мне найти авторитетную солнечную компанию?

Когда вы выбираете установщика, вы хотите знать, что это уважаемая компания с хорошей репутацией, имеющая все лицензии и сертификаты, необходимые в вашем штате, и обладающая опытом для разработки системы солнечных панелей, которая подходит именно вам. потребности.

Выбор между установщиками солнечных батарей может быть сложной задачей, но EnergySage здесь, чтобы помочь. Мы проверяем инсталляторов, которые цитируют на нашем Marketplace, представляем отличия для конкретных установщиков в цитатах, которые вы видите, и создали систему уровней значков, которая поможет вам найти лучших установщиков солнечных батарей в вашем районе.

Для любого домовладельца, только начинающего покупать солнечную батарею и желающего получить приблизительную оценку установки, попробуйте наш солнечный калькулятор, который предлагает предварительную стоимость и оценку долгосрочной экономии в зависимости от вашего местоположения и типа крыши. Для тех, кто хочет получить расценки от местных подрядчиков сегодня, посетите нашу платформу сравнения расценок.

Ядро солнечного содержания


Из чего сделаны солнечные панели? Разъяснение материалов панели

Время чтения: 6 минут

Солнечная энергия вошла в массовое производство как самый дешевый в мире источник энергии, что заставляет многих задуматься, как солнечные фотоэлектрические системы могут быть такими эффективными и недорогими, при этом обеспечивая «зеленую» энергию.Ответ на этот вопрос означает понимание того, как работает солнечная энергия, как производятся солнечные панели и каковы их части. Большинство панелей, доступных на рынке, изготовлены из монокристаллического, поликристаллического или тонкопленочного («аморфного») кремния. В этой статье мы расскажем о различных способах изготовления солнечных элементов и о том, какие детали необходимы для производства солнечных батарей.


Ключевые выводы о создании солнечных панелей


  • Солнечные панели обычно изготавливаются из нескольких ключевых компонентов: кремния, металла и стекла
  • Стандартные панели изготавливаются либо из монокристаллического, либо из поликристаллического кремния
  • Начните сравнивать расценки на солнечную энергию на EnergySage Marketplace, чтобы увидеть варианты оборудования бок о бок

Из чего сделаны солнечные панели?

Материалы, из которых изготовлены элементы для солнечных панелей, являются лишь частью самой солнечной панели.Процесс производства солнечных батарей объединяет шесть различных компонентов для создания функционирующей солнечной панели. Эти детали включают кремниевые солнечные элементы, металлический каркас, лист стекла, стандартный провод 12 В и провод шины . Если вы заинтересованы в материалах для солнечных панелей и интересуетесь ими, возможно, вам даже нужен гипотетический список «ингредиентов» для самостоятельного производства. Вот объяснение общих частей солнечной панели:

Кремниевые солнечные элементы

Кремниевые солнечные элементы преобразуют солнечный свет в электричество с помощью фотоэлектрического эффекта.Спаянные вместе в матричной структуре между стеклянными панелями, кремниевые ячейки взаимодействуют с тонкой стеклянной пластиной и создают электрический заряд.

Металлический каркас (обычно алюминий)

Металлический каркас солнечной панели полезен по многим причинам; защищает от неблагоприятных погодных условий или других опасных сценариев, а также помогает установить солнечную панель под нужным углом.

Стеклянный лист

Стеклянный лист кожуха обычно имеет толщину 6-7 миллиметров, и хотя он тонкий, он играет большую роль в защите кремниевых солнечных элементов внутри.

В дополнение к самим солнечным элементам стандартная солнечная панель включает в себя стеклянный кожух в передней части панели для увеличения прочности и защиты кремниевых фотоэлектрических элементов. Под стеклянной внешней стороной панели есть кожух для изоляции и защитный задний лист, который помогает ограничить рассеивание тепла и влажность внутри панели. Изоляция особенно важна, потому что повышение температуры приведет к снижению эффективности, что приведет к снижению мощности солнечной панели. Таким образом, производители фотоэлектрических элементов должны прилагать все усилия, чтобы обеспечить улавливание света без перегрева технологии.

Стандартный провод 12 В

Провод 12 В помогает регулировать количество энергии, передаваемой в ваш инвертор, что способствует устойчивости и эффективности модуля.

Провод шины

Провода шины используются для параллельного соединения кремниевых солнечных элементов. Провода шины покрыты тонким слоем припоя для облегчения пайки и достаточно толстые, чтобы пропускать электрические токи.

Как производятся солнечные панели

Солнечные панели состоят из монокристаллических или поликристаллических кремниевых солнечных элементов, спаянных вместе и герметизированных антибликовым стеклянным покрытием.Как только свет попадает на солнечные элементы, начинается фотоэлектрический эффект и создается электричество. Пять ключевых шагов при изготовлении солнечной панели:

1. Сделайте солнечные элементы

2. Спаяйте солнечные элементы вместе, чтобы создать панель

3. Установите задний лист, передний стеклянный слой и раму

4. Установите распределительная коробка

5. Проверка качества

Изготовление солнечных элементов

Основными компонентами солнечной панели являются солнечные элементы. Солнечные элементы P-типа или n-типа представляют собой смесь кристаллического кремния и галлия или бора для создания слитка кремния.Когда в смесь добавлен фосфор, клетки могут проводить электричество. Слиток кремния затем разрезается на тонкие листы и покрывается антибликовым слоем. Затем в ячейках прорезают тонкие щели, чтобы направить электрический ток.

Солнечные элементы N-типа и P-типа


Разница между кремниевыми элементами p-типа и n-типа заключается в их химическом составе. Элементы P-типа заряжены положительно из-за слоя бора, тогда как кремниевые элементы n-типа построены на основе фосфора, что дает им отрицательный заряд.Клетки N-типа обычно более эффективны, чем клетки p-типа, из-за того, как они взаимодействуют с падающим светом. В отличие от клеток p-типа, клетки n-типа разрушаются быстрее при воздействии большого количества света, например, в летние месяцы.

Спаяйте солнечные элементы вместе, чтобы создать панель.

После того, как фосфор даст кремниевым пластинам их электрический заряд, металлические соединители соединят каждый солнечный элемент в процессе, называемом пайкой. Количество одновременно спаянных элементов зависит от того, насколько большой будет солнечная панель.Для справки: 60 ячеек-панелей имеют стандартный размер, а 72-ячеечные панели обычно используются для коммерческих проектов.

Установите задний лист, передний стеклянный слой и раму.

Задний лист устанавливается на дно солнечных элементов для защиты, как правило, из сверхпрочного пластика. Затем поверх солнечных элементов устанавливается тонкий лист стекла, чтобы отфильтровать солнечный свет в солнечные элементы. Эти части скреплены клеем, называемым этиленвинилацетатом (EVA).Все эти компоненты заключены в металлический каркас, который фиксируется на монтажных зажимах на крыше.

Установите распределительную коробку

Распределительная коробка защищает проводку солнечной панели от повреждений, чтобы поток электричества продолжал двигаться от панели к ее инвертору, предотвращая изменение направления электричества. Эта функция важна в тех случаях, когда солнечная панель не производит электричество, потому что вместо этого она будет пытаться потреблять энергию. Распределительная коробка не допускает реверсирования электрического потока, поэтому ваши солнечные панели могут работать правильно.

Проверка качества

Каждая солнечная панель, поступающая на рынок, проверяется в соответствии со Стандартными условиями испытаний (STC), чтобы гарантировать, что панели соответствуют их прогнозируемым выходным характеристикам, эффективности и всем остальным, которые производитель обещает в своих технических спецификациях. Панели помещаются в тестер вспышки, где моделируются «стандартные» условия: освещенность 1000 Вт / м2, температура ячейки 25 ° C и масса воздуха 1,5 г. Если он пройдет, солнечная панель готова к отгрузке и установке.

Фотоэлектрические элементы, монокристаллические, поликристаллические и тонкопленочные панели.

Солнечные фотоэлектрические элементы состоят из нескольких частей, наиболее важными из которых являются кремниевые элементы.Кремний, атомный номер 14 в периодической таблице, представляет собой неметалл с проводящими свойствами, которые дают ему способность преобразовывать солнечный свет в электричество. Когда свет взаимодействует с кремниевой ячейкой, он приводит в движение электроны, что инициирует поток электричества. Это известно как «фотоэлектрический эффект».

Однако кремниевые элементы сами по себе не могут обеспечить электричеством ваш дом. Они соединены с металлическим корпусом и проводкой, которые позволяют электронам солнечного элемента улетучиваться и обеспечивать полезную мощность.Кремний имеет несколько различных структур ячеек: одноэлементных (монокристаллических), поликристаллических или аморфных форм, чаще всего ассоциируются с тонкопленочными солнечными панелями.

Процесс производства солнечных панелей

Монокристаллические солнечные панели производятся из одного большого кремниевого блока и производятся в формате кремниевых пластин. Производственный процесс включает вырезание отдельных пластин из кремния, которые можно прикрепить к солнечной панели.Монокристаллические кремниевые элементы более эффективны, чем поликристаллические или аморфные солнечные элементы. Производство отдельных монокристаллических пластин является более трудоемким и, следовательно, более дорогим в производстве, чем поликристаллические ячейки. Монокристаллические элементы имеют отчетливый черный эстетический вид и часто ассоциируются с гладким внешним видом панелей премиум-класса SunPower.

Поликристаллические солнечные элементы также являются кремниевыми элементами, но вместо того, чтобы формироваться в виде большого блока и разрезаться на пластины, они производятся путем плавления нескольких кристаллов кремния вместе.Многие молекулы кремния плавятся, а затем повторно соединяются вместе в самой панели. Поликристаллические ячейки менее эффективны, чем монокристаллические, но они также менее дороги. У них голубоватый оттенок, который часто ассоциируется с эстетикой солнечных панелей SolarWorld.

Наконец, аморфных кремниевых элементов создают гибкие материалы для солнечных панелей, которые часто используются в тонкопленочных солнечных панелях. Ячейки из аморфного кремния не являются кристаллическими и вместо этого прикреплены к подложке, такой как стекло, пластик или металл.По этой причине тонкопленочные солнечные панели верны своему названию: они тонкие и гибкие, в отличие от стандартных. Несмотря на то, что аморфные солнечные элементы являются идеальным вариантом использования для универсальности, они очень неэффективны по сравнению с моно- или поликристаллическими элементами. First Solar наиболее известна производством тонкопленочных панелей в США.

После создания уникального типа солнечных элементов производители солнечных панелей завершают процесс, подключая электрические системы, добавляя антибликовое покрытие к элементам и корпусу. вся система в металлическом и стеклянном корпусе.

Можете ли вы сделать солнечные панели самостоятельно?

Для тех, кто хочет установить солнечную батарею и рассматривает вариант самостоятельной установки, необходимо учитывать ряд факторов, таких как гарантии, долговечность продукции, эффективность и общая стоимость. Чтобы получить полное представление об этой поломке, ознакомьтесь с нашей статьей о плюсах и минусах солнечных батарей, сделанных своими руками. Если вы ищете индивидуальную оценку стоимости солнечной установки в зависимости от вашего конкретного местоположения и типа крыши, попробуйте наш солнечный калькулятор.Для домовладельцев, заинтересованных в получении предложений от местных предварительно отобранных установщиков, посетите EnergySage Solar Marketplace.

низкое содержание cvr


Солнечная энергия не всегда так экологична, как вы думаете

Солнечные панели, мерцающие на солнце — это символ всего зеленого. Но хотя производство электроэнергии с помощью фотоэлектрических элементов действительно лучше для окружающей среды, чем сжигание ископаемого топлива, несколько инцидентов связали изготовление этих ярких символов экологической добродетели с химическим загрязнением.И оказывается, что время, необходимое для компенсации затраченной энергии и выбросов парниковых газов при производстве фотоэлектрических панелей, существенно зависит от технологии и географии.

Это плохие новости. Хорошая новость заключается в том, что отрасль может легко устранить многие существующие разрушительные побочные эффекты. В самом деле, давление в пользу этого нарастает, отчасти потому, что с 2008 года производство фотоэлектрической энергии переместилось из Европы, Японии и США в Китай, Малайзию, Филиппины и Тайвань; сегодня почти половина фотоэлектрических элементов в мире производится в Китае.В результате, хотя общий послужной список отрасли хороший, страны, производящие сегодня наибольшее количество фотоэлектрических элементов, обычно делают худшую работу по защите окружающей среды и своих работников.

Чтобы точно понять, в чем заключаются проблемы и как их можно решить, полезно немного узнать о том, как изготавливаются фотоэлектрические панели. Хотя солнечная энергия может быть получена с использованием различных технологий, подавляющее большинство солнечных элементов сегодня начинаются с кварца, наиболее распространенной формы кремнезема (диоксида кремния), который перерабатывается в элементарный кремний.Есть первая проблема: кварц добывают в шахтах, что подвергает горняков риску одной из старейших профессиональных опасностей цивилизации — силикозу, заболеванию легких.

Первоначальное рафинирование превращает кварц в металлургический кремний, вещество, которое в основном используется для упрочнения стали и других металлов. Это происходит в гигантских печах, и поддержание их в горячем состоянии требует много энергии, к которой мы вернемся позже. К счастью, уровни образующихся выбросов — в основном двуокиси углерода и двуокиси серы — не могут причинить большого вреда людям, работающим на заводах по переработке кремния, или окружающей среде.

Однако следующий шаг — превращение металлургического кремния в более чистую форму, называемую поликремнием, — создает очень токсичное соединение тетрахлорид кремния. Процесс очистки включает объединение соляной кислоты с металлургическим кремнием, чтобы превратить его в так называемые трихлорсиланы. Затем трихлорсиланы реагируют с добавленным водородом, образуя поликремний вместе с жидким тетрахлоридом кремния — три или четыре тонны тетрахлорида кремния на каждую тонну поликремния.

Фото: Imaginechina / AP Photo Кислотный сток: Сточные воды выходят с завода, которым управляет Jinko Solar Holding Co.В 2011 году фтористоводородная кислота, которую компания использовала для производства солнечных батарей, привела к загрязнению речной воды, в результате чего погибли сотни рыб и десятки свиней.

Большинство производителей перерабатывают эти отходы, чтобы произвести больше поликремния. Улавливание кремния из тетрахлорида кремния требует меньше энергии, чем получение его из сырого диоксида кремния, поэтому переработка этих отходов может сэкономить деньги производителям. Но оборудование для переработки может стоить десятки миллионов долларов. Таким образом, некоторые предприятия просто выбросили побочный продукт.При контакте с водой — а это трудно предотвратить, если она случайно выброшена, — тетрахлорид кремния выделяет соляную кислоту, подкисляя почву и выделяя вредные пары.

Когда фотоэлектрическая промышленность была меньше, производители солнечных элементов получали кремний от производителей микросхем, которые отклоняли пластины, не соответствующие требованиям компьютерной индустрии к чистоте. Но бум фотогальваники потребовал большего, чем остатки полупроводниковой промышленности, и в Китае было построено много новых заводов по переработке поликремния.В то время немногие страны имели строгие правила, касающиеся хранения и утилизации отходов тетрахлорида кремния, и Китай не был исключением, как выяснили некоторые репортеры Washington Post.

В исследовании газеты, опубликованном в марте 2008 года, был представлен профиль китайского предприятия по производству поликремния, принадлежащего Luoyang Zhonggui High-Technology Co., расположенного недалеко от реки Хуанхэ в провинции Хэнань. Это предприятие поставляло поликремний для Suntech Power Holdings, в то время крупнейшего в мире производителя солнечных элементов, а также для нескольких других известных компаний, работающих в области фотоэлектрических систем.

Журналисты обнаружили, что компания сбрасывала отходы тетрахлорида кремния на соседние поля вместо того, чтобы вкладывать средства в оборудование, которое могло бы их переработать, делая эти поля бесполезными для выращивания сельскохозяйственных культур и вызывая воспаление глаз и горла близлежащих жителей. В статье говорилось, что компания не единственная в этой практике.

После публикации статьи Washington Post цены на акции солнечных компаний упали. Инвесторы опасались, что это разоблачение подорвет отрасль, которая так полагается на свои экологические достижения.В конце концов, это то, что привлекает большинство клиентов и привлекает общественную поддержку политики, способствующей внедрению солнечной энергии, такой как налоговый кредит на возобновляемые источники энергии для жилищного строительства в Соединенных Штатах. Те, кто покупает солнечные системы для жилых домов, могут вычесть 30 процентов стоимости из своих налоговых счетов до истечения срока действия льгот в 2016 году.

Чтобы защитить репутацию отрасли, производители фотоэлектрических панелей начали интересоваться экологической практикой своих поставщиков поликремния.Следовательно, сейчас ситуация улучшается. В 2011 году Китай установил стандарты, согласно которым компании должны перерабатывать не менее 98,5% отходов тетрахлорида кремния. Этим стандартам легко соответствовать, если на заводах установлено надлежащее оборудование. Тем не менее, еще предстоит увидеть, насколько хорошо соблюдаются правила.

Эта проблема может полностью исчезнуть в будущем. Исследователи из Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии в Голдене, штат Колорадо, ищут способы производства поликремния с этанолом вместо химикатов на основе хлора, тем самым полностью избегая образования тетрахлорида кремния.

Борьба за сохранение экологичности фотоэлектрических элементов не заканчивается на производстве поликремния. Производители солнечных элементов очищают куски поликремния, чтобы сформировать слитки, похожие на кирпичи, а затем разрезают слитки на пластины. Затем они вводят примеси в кремниевые пластины, создавая основную архитектуру солнечных элементов, создающую фотоэлектрический эффект.

Все эти шаги связаны с опасными химическими веществами. Например, производители полагаются на фтористоводородную кислоту для очистки пластин, удаления повреждений, вызванных распиливанием, и текстурирования поверхности для лучшего улавливания света.Плавиковая кислота отлично справляется со всем этим, но когда она касается незащищенного человека, эта сильно коррозионная жидкость может разрушить ткани и декальцинировать кости. Таким образом, обращение с фтористоводородной кислотой требует особой осторожности, и ее необходимо утилизировать должным образом.

Но несчастные случаи все же случаются, и они более вероятны в местах с ограниченным опытом производства полупроводников или слабыми экологическими нормативами. В августе 2011 года завод в китайской провинции Чжэцзян, принадлежащий Jinko Solar Holding Co., одна из крупнейших в мире фотоэлектрических компаний, пролила фтористоводородную кислоту в близлежащую реку Муцзяцяо, в результате чего погибли сотни рыб. А фермеры, работающие на прилегающих землях, которые использовали зараженную воду для мытья своих животных, случайно убили десятки свиней.

При исследовании мертвых свиней китайские власти обнаружили уровни фтористоводородной кислоты в реке, в 10 раз превышающие допустимый предел, и предположительно провели эти измерения спустя много времени после того, как большая часть фтористоводородной кислоты вымылась ниже по течению.Сотни местных жителей, расстроенных инцидентом, штурмовали и временно оккупировали производственный объект. И снова инвесторы отреагировали: когда на следующий день основные средства массовой информации опубликовали эту новость, цена акций Jinko упала более чем на 40 процентов, что привело к потере стоимости почти на 100 миллионов долларов США.

Эта угроза окружающей среде не должна продолжаться. Исследователи из Rohm & Haas Electronic Materials, дочерней компании Dow Chemical, определили заменители фтористоводородной кислоты, используемой в производстве солнечных элементов.Один хороший кандидат — гидроксид натрия (NaOH). Хотя NaOH сам по себе является едким химическим веществом, его легче обрабатывать и утилизировать, чем плавиковую кислоту, и он менее опасен для рабочих. Также легче обрабатывать сточные воды, содержащие NaOH.

Хотя более 90 процентов фотоэлектрических панелей, производимых сегодня, начинаются с поликремния, существует более новый подход: технология тонкопленочных солнечных элементов. Доля тонкопленочных разновидностей на рынке, вероятно, вырастет в течение следующего десятилетия, поскольку они могут быть столь же эффективны, как солнечные элементы на основе кремния, но при этом дешевле в производстве, поскольку они потребляют меньше энергии и материалов.

Источник: Аргоннская национальная лаборатория / Fengqi You et al. Углерод в созидании: Производителям солнечных панелей требуется электричество и тепловая энергия, а выбросы углерода от их производства могут сильно различаться в зависимости от местоположения. Панели, произведенные в Китае, который в значительной степени использует уголь для выработки энергии, имеют больший углеродный след, чем панели, произведенные в Европе.

Изготовители тонкопленочных ячеек наносят слои полупроводникового материала непосредственно на подложку из стекла, металла или пластика вместо того, чтобы вырезать пластины из слитка кремния.Это дает меньше отходов и полностью исключает сложное плавление, вытягивание и нарезку, используемое для изготовления традиционных ячеек. По сути, кусок стекла вставляется в один конец фабрики, а полностью функциональный фотоэлектрический модуль выходит из другого.

Переход на тонкопленочные солнечные элементы устраняет многие риски для окружающей среды и безопасности при производстве, поскольку нет необходимости в некоторых проблемных химикатах — плавиковой или соляной кислотах. Но это не значит, что вы можете автоматически поставить отметку на тонкопленочном солнечном элементе как зеленый.

Сегодня преобладающими тонкопленочными технологиями являются теллурид кадмия и более поздний конкурент селенид галлия, индия, меди (CIGS). В первом случае один полупроводниковый слой состоит из теллурида кадмия; второй — сульфид кадмия. В последнем случае основным полупроводниковым материалом является CIGS, а вторым слоем обычно является сульфид кадмия. Таким образом, каждая из этих технологий использует соединения, содержащие кадмий тяжелого металла, который является одновременно канцерогеном и генотоксином, а это означает, что он может вызывать наследственные мутации.

Такие производители, как First Solar, базирующаяся в Темпе, штат Аризона, имеют большой опыт защиты рабочих от воздействия кадмия во время производства. Но имеется мало информации о воздействии кадмия на рабочих на ранних стадиях жизненного цикла металла на цинковых рудниках, где большая часть кадмия образуется в процессе плавки, в ходе которого кадмий очищается и превращается в полупроводниковые материалы. Воздействия после того, как солнечные панели были выброшены, также вызывают озабоченность. Большая часть теллурида кадмия, который производители утилизируют из-за повреждений или производственных дефектов, перерабатывается в безопасных контролируемых условиях.Что касается постпотребительской части уравнения, промышленность активно создала схему сбора и переработки солнечных панелей в Европе. Отдельные компании также внедрили программы утилизации, такие как система возврата First Solar с предварительным финансированием. Но нужно сделать больше; не каждый потребитель имеет доступ к программе бесплатного возврата, и действительно, многие потребители могут даже не осознавать необходимости ответственно утилизировать панели.

Лучший способ избежать воздействия токсичного кадмия на рабочих и окружающую среду — это свести к минимуму его количество или вообще не использовать кадмий.Два основных производителя фотоэлектрических систем CIGS — Avancis и Solar Frontier — уже используют сульфид цинка, относительно безвредный материал, вместо сульфида кадмия. И исследователи из Бристольского университета и Университета Бата в Англии; Калифорнийский университет в Беркли; и многие другие академические и правительственные лаборатории пытаются разработать тонкопленочные фотоэлектрические элементы, которые не требуют токсичных элементов, таких как кадмий, или редких элементов, таких как теллур. Тем временем First Solar неуклонно сокращает количество кадмия, используемого в своих солнечных элементах.

Токсичность — не единственная проблема. Для производства солнечных элементов требуется много энергии. К счастью, поскольку эти элементы вырабатывают электричество, они окупают первоначальные затраты энергии; большинство из них делают это всего через два года работы, а некоторые компании сообщают о сроках окупаемости всего за шесть месяцев. Это время «окупаемости энергии» не то же самое, что время, необходимое для окупаемости финансовых вложений потребителей в солнечные панели: оно измеряет инвестиции и время окупаемости в киловатт-часах, а не в деньгах.

Аналитики также судят о влиянии энергии, используемой для изготовления солнечной панели, по количеству углерода, образующемуся при производстве этой энергии — число, которое может варьироваться в широких пределах. Для этого мы даем энергии значение углеродоемкости, обычно представленное в килограммах CO 2 , выделяемых на выработанный киловатт-час. В местах, которые в значительной степени зависят от угля, электроэнергия с наибольшим углеродным содержанием в мире: китайская электроэнергия является хорошим примером, ее углеродоемкость примерно в два раза выше, чем у U.С. электричество. Это согласуется с результатами исследователей из Аргоннской национальной лаборатории и Северо-Западного университета из Иллинойса. В отчете, опубликованном в июне этого года, они обнаружили, что углеродный след фотоэлектрических панелей, произведенных в Китае, действительно примерно вдвое больше, чем у панелей, произведенных в Европе.

Если фотогальванические панели, произведенные в Китае, были установлены в Китае, высокая углеродоемкость используемой энергии и экономия энергии компенсировали бы друг друга, и время, необходимое для уравновешивания выбросов парниковых газов во время производства, было бы таким же, как и срок окупаемости энергии.Но это не то, что происходило в последнее время. Производство в основном находится в Китае, а панели часто устанавливаются в Европе или США. При удвоении углеродоемкости на компенсацию выбросов парниковых газов уходит в два раза больше времени, чем на окупаемость инвестиций в энергетику.

Источник: Коалиция токсичных веществ Кремниевой долины. The Solar Scorecard: Коалиция по токсичным веществам Кремниевой долины оценивает производителей солнечных панелей по ряду критериев экологической безопасности и безопасности работников.Здесь показаны 10 компаний с наивысшим рейтингом из 40, оцененных в оценочной таблице коалиции за 2013 год. Первое место в списке занимает китайская компания Trina Solar, набравшая 77 баллов из 100 возможных. (Обновление: Trina повысила свой балл до 92 в Solar Scorecard 2014 года, а калифорнийская компания Sunpower заняла второе место с 88 баллами).

Конечно, если вы производите фотоэлектрические панели с низкоуглеродным электричеством (например, на заводе, работающем на солнечной энергии) и устанавливаете их в стране с высоким уровнем выбросов углерода, время окупаемости выбросов парниковых газов будет ниже, чем время окупаемости энергии. время окупаемости.Так что, возможно, когда-нибудь использование энергии ветра, солнца и геотермальной энергии для производства фотоэлектрических панелей положит конец опасениям по поводу углеродного следа фотоэлектрических элементов.

Еще одна проблема — вода. Производители фотоэлектрических элементов используют его в большом количестве для различных целей, включая охлаждение, химическую обработку и контроль загрязнения воздуха. Однако самый большой расход воды — это очистка во время установки и использования. Для коммунальных проектов мощностью от 230 до 550 мегаватт может потребоваться до 1,5 миллиарда литров воды для борьбы с пылью во время строительства и еще 26 миллионов литров в год для мытья панелей во время работы.Однако количество воды, используемой для производства, установки и эксплуатации фотоэлектрических панелей, значительно ниже, чем количество воды, необходимое для охлаждения термоэлектрических электростанций, работающих на ископаемом и делящемся топливе.

Выбор, который делают инвесторы и потребители , в принципе, может оказать большое влияние на практику производителей фотоэлектрических систем. Но часто сложно сказать, чем эти компании различаются по степени заботы об окружающей среде. Солнечная промышленность не имеет формальной экологической маркировки, такой как маркировка Energy Star на бытовой технике и бытовой электронике, которая помогает U.S. покупатели идентифицируют энергоэффективные продукты. И большинство людей сами не покупают солнечные батареи. Они нанимают сторонних установщиков. Таким образом, даже если бы существовала схема экомаркировки, это зависело бы от желания установщиков выбирать экологически чистые продукты.

На данный момент потребители могут помочь производителям улучшить свои показатели по охране окружающей среды и безопасности, спросив установщиков о компаниях, производящих продукты, которые они используют. Это, в свою очередь, побудит установщиков запросить дополнительную информацию у производителей.

Исследователи из Национального центра исследований окружающей среды фотоэлектрической энергии в Брукхейвенской национальной лаборатории в Аптоне, штат Нью-Йорк, уже давно публикуют исследования о возможных экологических опасностях фотоэлектрической энергии. В последнее время начали появляться официальные рейтинги экологических показателей солнечной энергетики.

Такие организации, как Центр международной информационной сети по наукам о Земле, пытаются найти способы определения показателей экологической безопасности, здоровья и безопасности производителей в развивающихся странах.Эта группа, в которую входят исследователи из Йельского университета и Колумбии, предлагает Индекс экологической эффективности Китая, который будет действовать на провинциальном уровне, чтобы помочь Китаю отслеживать прогресс в достижении целей экологической политики.

Между тем, Ассоциация производителей солнечной энергии, национальная торговая организация США, предложила новые отраслевые рекомендации в документе под названием «Обязательства по охране окружающей среды и социальной ответственности солнечной энергетики», направленным на предотвращение профессиональных травм и заболеваний, предотвращение загрязнения и сокращение природных ресурсов. используется в производстве.В документе содержится призыв к компаниям просить поставщиков сообщать о производственных технологиях и любых выбросах химических веществ и парниковых газов.

Кроме того, Коалиция по токсичным веществам Кремниевой долины, которая оценивает экологические показатели компаний-производителей электроники, провела опрос и рейтинг компаний-производителей фотоэлектрических систем, базирующихся или действующих в Китае, Германии, Малайзии, Филиппинах и США. Участие является добровольным и пока включает таких крупных производителей, как First Solar, SolarWorld, SunPower, Suntech, Trina и Yingli; Китайские производители Trina и Yingli неизменно входят в тройку самых экологически ответственных компаний мира.Sharp, SolarWorld и SunPower в течение нескольких лет тщательно отслеживают выбросы парниковых газов и химические вещества, используемые при производстве их солнечных панелей.

Такие инициативы появляются не скоро. Многие люди сегодня рассматривают фотовольтаику как панацею от наших энергетических проблем, учитывая, насколько грязными являются большинство альтернатив. Но это не значит, что мы должны закрывать глаза на темные стороны этой технологии. Действительно, нам нужно очень внимательно это рассмотреть. И, возможно, благодаря постоянным усилиям потребителей, производителей и исследователей, фотоэлектрическая промышленность однажды станет действительно зеленой, а не только символически.

Эта статья первоначально появилась в печати как «Зеленая дилемма Solar».

Эта статья была обновлена ​​12 ноября 2014 г.

Об авторе

Дастин Малвани — доцент кафедры экологических исследований в Государственном университете Сан-Хосе в Калифорнии, где специализируется на солнечной энергии, биотопливе и газовой промышленности. Хотя он называет себя сторонником и потребителем солнечной энергии — у него во дворе есть фотоэлектрическая батарея, — его исследования заставили его задуматься о значительных рисках для здоровья и экологических издержках производства фотоэлектрических панелей.

Как открыть компанию по производству солнечных батарей | Малый бизнес

Патрик Глисон, доктор философии, обновлено 12 февраля 2019 г. коммерческие и жилые пользователи солнечных батарей в этой стране. Однако, прежде чем продолжить, вы также должны знать о некоторых препятствиях, с которыми сталкивается любой предприниматель, въезжающий в США.S. промышленность по производству солнечных батарей.

Жесткая конкуренция: китайский импорт

В течение нескольких лет американские производители солнечных элементов подвергались критике из-за многих неудач компаний, некоторые из которых были связаны с импортом недорогих солнечных элементов из Китая. Чтобы противостоять этому преимуществу, в январе 2018 года администрация Трампа ввела значительные новые тарифы на солнечные элементы, импортируемые из Китая с заявленной целью восстановления разрушенной американской индустрии солнечных элементов.

Тарифы: выиграть или проиграть?

В очень политизированном U.В окружающей среде весны 2018 года вы найдете комментарий, поздравляющий администрацию Трампа с этими усилиями, и столько же комментариев, в которых говорится, что это худшее, что когда-либо случалось с солнечной отраслью США. Торговые и лоббистские организации американских компаний по производству солнечной энергии обычно выступают против новых тарифов, которые, по заявлению американской ассоциации производителей солнечной энергии (SEIA), обойдутся солнечной отрасли США примерно в 23000 рабочих мест только в 2018 году.

Эту картину еще больше усложняют некоторые американские компании, работающие в сфере солнечной энергии, в том числе расположенная в Техасе компания Mission Solar Energy, которые считают, что тарифы помогут.Вероятно, наиболее разумным ответом на эти противоречивые сообщения является признание того, что американские компании, работающие в сфере солнечной энергетики, уже много лет находятся в затруднительном положении и что текущие перспективы более многообещающие, но остаются неопределенными.

Экономия за счет масштаба

Другая проблема малых предприятий, стремящихся производить солнечные элементы, заключается в том, что производство солнечных элементов в значительной степени способствует экономии за счет масштаба. Многие отраслевые эксперты считают, что жалобы США на то, что Китай «сбрасывает» солнечные элементы в эту страну, не в состоянии понять, что энтузиазм крупномасштабного подхода Китая к производству солнечной энергии дает им преимущество.Другими словами, у лучших конкурентов будет аналогичный подход, например у Tesla Gigafactory. Выручка крупнейшего китайского производителя, Hanwha Q Cells, превышает полмиллиарда долларов каждый квартал.

Sunny Forecast: нишевые рынки

Хорошие новости заключаются в том, что, несмотря на различные экономические проблемы, согласно прогнозам, в ближайшем будущем промышленность солнечных элементов в США будет быстро расширяться, и только в 2016 году производственные мощности вырастут до 7 миллиардов долларов, что составляет поразительные 50. процентное увеличение по сравнению с предыдущим годом.Хотя в истории отрасли было много проблем, когда в период с 2012 по 2016 год почти 30 американских производителей солнечной энергии прекратили свою деятельность, будущее может быть более светлым.

Лучшим шансом для небольших стартапов в солнечной отрасли сейчас могут стать специализированные панели или компоненты панелей, которые, по логике, будут продаваться в слишком ограниченном количестве, чтобы быть прямой целью крупномасштабного импорта из Китая. Панели Илона Маска «Солнечная крыша» представляют собой модель. Эти панели стоят намного дороже, чем обычные солнечные панели, но, в отличие от большинства существующих солнечных панелей, они хорошо смотрятся на крышах жилых домов.Американские потребители могут быть готовы платить больше за другие дорогостоящие варианты панелей и компонентов, которые повышают ценность за счет дизайна, и в этой области, по крайней мере, в 2018 году, США по-прежнему имеют преимущество перед Китаем.

Следуй за деньгами

Компания, подумывающая о создании такого стартапа, вряд ли будет финансировать себя, но достаточно инновационная компания вполне может получить финансирование от технологических инкубаторов, помнящих о потенциале роста солнечной энергетики. По мере развития отрасли руководители в такой компании будут специалистами в своей области, и, если их идеи будут достаточно хорошими, они будут привлекать финансирование.

Изменение экономики производства солнечных элементов

Applied Vericell Solar Wafer Inspection System точно прогнозирует эффективность солнечных элементов, обеспечивая более высокий выход продукции и снижение затрат.

Производительность и эффективность элементов имеют решающее значение на сегодняшнем рынке производства солнечных элементов на основе c-Si. Средние отпускные цены снижаются, поэтому производители как пластин, так и элементов должны поддерживать низкие затраты, сохраняя при этом значительные инвестиции в исследования и разработки. Производители вафель должны поставлять вафли высокого качества по конкурентоспособной цене; Производители ячеек должны массово производить высокоэффективные ячейки и поддерживать высокую производительность.

Центр передового опыта производства ячеек прикладных материалов в Тревизо, Италия.

Производство солнечных элементов требует большого количества расходных материалов и работает с минимальной прибылью. Около 70% стоимости производства солнечных элементов приходится на такие сырьевые материалы, как поликремний и серебро. Это делает очень важным для производителей избегать использования некачественных материалов или минимизировать их влияние.

Средняя эффективность элемента или коэффициент преобразования мощности для мультикристаллического солнечного элемента составляет около 17.5%. Как известно производителям, на крыше или несколько акров земли можно выделить лишь определенное количество места для установки солнечной энергии. Это означает, что крошечные процентные различия в эффективности между массивами из сотен солнечных элементов могут привести к серьезному конкурентному преимуществу.

Потребность в повышении эффективности ячеек вызывает потребность в пластинах более высокого качества. В поисках лучших вафель фабрики сталкиваются с множеством проблем. Только около половины всех пластин проверяются автоматически.Ручная проверка — это азартная игра, в которой проводятся только выборочные проверки, а не проверки партий. Стоимость ручных проверок растет вместе со стоимостью рабочей силы. Известно, что некоторые автоматизированные механические устройства контроля генерируют до 4% ложных срабатываний, что сводит на нет окупаемость инвестиций для конечного пользователя. Новые процессы и архитектуры ячеек представляют новые типы дефектов, которые обычно невозможно обнаружить при проверке вручную.

Представляем Applied Vericell Solar Wafer Inspection System

Applied Vericell Solar Wafer Inspection System использует уникальные запатентованные алгоритмы анализа изображений и прогнозирования для выполнения проверки голых пластин перед началом обработки элементов.Эта полностью автоматизированная система является первой в отрасли, которая объединяет полный контроль пластин, несколько модулей проверки и сортировщик, а также фотолюминесценцию, которая может прогнозировать эффективность ячейки, в одном инструменте. Возможность классифицировать пластины по маркам до начала производства улучшает конечный выход продукции и снижает производственные затраты за счет исключения плохих или низкоэффективных пластин с самого начала, до того, как деньги будут потрачены на производство элемента, который нельзя продать.

Система проверки пластин для солнечных батарей Applied Vericell (см. Рис. 1) использует несколько метрологических модулей для сбора информации о толщине пластины, изменении толщины (TTV), удельном сопротивлении, форме, краевых сколах, пятнах, следах от пил, микротрещинах и фракции кристаллов.В системе используется технология фотолюминесценции в сочетании с передовыми алгоритмами и запатентованным анализом изображений для определения конечной эффективности ячейки перед обработкой пластины. Фотолюминесценция также используется для идентификации пластин с примесями и дислокационными дефектами.

Эти данные позволяют производителям солнечных панелей и элементов c-Si оптимизировать свои производственные линии, чтобы они могли производить элементы самого высокого качества. Доказано, что передовая технология Applied увеличивает средний выход заводских ячеек на 0.2% и выход фабричного производства на 1%, что дает потенциальную годовую экономию от 750 000 до 2 миллионов долларов (USD).

Возможность прогнозирования эффективности элементов уже давно является целью рынка солнечных элементов. Прикладная система проверки полупроводниковых пластин Vericell использует свои алгоритмы и анализ для достижения высокой точности прогнозов. Алгоритмы используют широкий набор данных проверки, а также настраиваемые отчеты, что позволяет производителям определять широкий спектр потенциальных улучшений. В сочетании с технологией фотолюминесценции и самым низким в отрасли показателем ложных срабатываний для микротрещин и следов пил этот инструмент является уникальным предложением на рынке производства солнечных батарей.

Applied Vericell Solar Wafer Inspection System загружает неизолированные пластины из магазинов или кассет для стопки монет, а затем отправляет каждую пластину через линию проверки со скоростью одна пластина в секунду. Инструмент сначала сортирует пластины на основе механических параметров, определяемых заказчиком.

Рис. 1. Система проверки пластин для солнечных батарей Applied Vericell помогает повысить производительность производства ячеек и заводов за счет использования метрологических модулей для анализа восьми переменных на каждой пластине, включая фотолюминесценцию. , прежде чем вафля будет обработана.

характеристики либо после завершения процесса изготовления пластины (производитель пластины), либо до начала процесса производства элемента (производитель элемента). Способность системы прогнозировать эффективность позволяет производителям вместе сортировать исходный материал, материалы бункеров с аналогичными показателями эффективности и, возможно, утилизировать пластины с прогнозируемой эффективностью ячеек, которая ниже их минимальной спецификации.

Все данные, собранные системой, легко переносятся в базы данных и подключаются к производственным исполнительным системам через стандартные интерфейсы.Автоматическое уведомление помогает руководителям и инженерам заводов быстро выявлять проблемы с урожайностью.

Важным преимуществом системы проверки пластин солнечной батареи Applied Vericell является то, что она имеет чрезвычайно низкий уровень ложных срабатываний — менее 0,25% по сравнению с 4% для других инструментов — для модулей проверки следов пилы и микротрещин. Ложные срабатывания сигнализации напрямую влияют на производительность фабрики, вызывая списание хорошего материала. Если инструмент обрабатывает 80 000 пластин в день, списание всего 4% пластин может потенциально свести на нет окупаемость инвестиций от эксплуатации инструмента для проверки в первую очередь.

Ценность для производителей элементов

Производители элементов могут использовать систему проверки пластин для солнечных батарей Applied Vericell для выборочной проверки качества поступающих пластин от производителей, а также для самостоятельного проведения проверок, чтобы они могли сортировать поступающий материал по потенциальной эффективности элементов. Они могут отказываться от низкокачественных пластин, которые нельзя продать на ранних этапах производственного цикла, что позволяет избежать потерь расходных материалов и трудозатрат на непродаваемый материал. Знание возможностей каждой пластины позволяет производителям улучшить планирование и контроль выхода клеточного продукта, а также помогает им оптимизировать оборудование и производственные линии для повышения эффективности производства клеток.

Ценность для производителей полупроводниковых пластин

Система проверки пластин для солнечных батарей Applied Vericell также предлагает значительные преимущества для производителей пластин. Отслеживая партии или отдельные пластины, они могут дополнительно использовать измерения эффективности ячеек для выявления неэффективных инструментов и слитков. Затем производительность инструмента может быть изменена для оптимизации выхода слитков и пластин. Успешные процессы на наиболее эффективных инструментах могут быть воспроизведены на других инструментах, повышая доходность. Производители пластин могут использовать показатели эффективности ячеек, чтобы назначать повышенную цену за высококачественные пластины с известным высоким потенциалом.Возможность дифференциации с подтвержденным качеством пластин перед производством ячеек улучшает планирование и контроль выхода пластинчатых продуктов.

Совместное исследование демонстрирует точность прогноза

Исследование, проведенное Applied Materials и производителями солнечной энергии Sun Edison (ранее MEMC Electronic Materials) и Gintech Energy Corporation, показало, что точность прогнозирования голых пластин с использованием нескольких датчиков является исключительной. Были испытаны вафли из 12 кирпичей, всего 2000 вафель. Пластины были проиндексированы с помощью лазерной маркировки.Прикладная система проверки полупроводниковых пластин Vericell и алгоритмы прогнозирования использовались для прогнозирования конечной эффективности каждой пластины после производственного процесса. После того, как из пластин были преобразованы ячейки, в конце линии была измерена эффективность их ячеек. Результатом была сильная корреляция между прогнозируемым значением пластины и окончательно измеренной эффективностью. Эта корреляция выражается как средняя средняя эффективность (MAE). В идеале MAE составляет 0,15% или меньше. MAE в этих тестах находилась в пределах от 0.08 и 0,1% (см. Рисунок 2).

Рис. 2. Результаты исследования показали сильную корреляцию между эффективностью элемента, которая была предсказана с помощью системы проверки пластин для солнечных батарей Applied Vericell, и эффективностью элемента, измеренной после завершения производства элементов.

Обычно партия пластин будет состоять из небольшого количества пластин с очень высокой эффективностью, большинство из которых находится где-то посередине, а затем — «хвост» пластин с очень низкой эффективностью.Идентификация этого хвоста пластины позволяет производителям отказываться от ячеек с очень низкой эффективностью. Как показано на рисунке 3, этот хвост состоит из пластин с эффективностью ниже 16,5%, что составляет 1,75% партии пластин. В этом примере замена или возврат средств для этих низкоэффективных ячеек составит 0,85 доллара за пластину. Экономия на обработке ячеек составит 0,55 доллара на пластину. Если производитель сканирует около 25 миллионов пластин в год, 1,75% от 25 миллионов составляют 437 500 пластин, что дает общую экономию в размере 612 000 долларов — просто отбрасывая крайнюю часть пластин (см. Рисунок 3).

В этом исследовании средний КПД ячейки составил 18,45% без сортировки материалов по качеству. Прогнозирование эффективности ячеек повысило эффективность ячеек на 0,2%, с 18,45 до 18,64%. На Рисунке 4 показано, что это было достигнуто путем сортировки исходных материалов и объединения низкокачественных материалов вместе, чтобы их можно было идентифицировать и отбраковывать.

Рис. 3. Прикладная система проверки пластин Vericell Solar Wafer Inspection System может определить наименее эффективный «хвост» данной партии пластин.Отказ от этих пластин до их переработки в ячейки может обеспечить значительную экономию средств.

Рис. 4. Пластины, не соответствующие стандартам эффективности ячеек, могут быть объединены в бункеры и отклонены как партия. В этом исследовании устранение трех бункеров для пластин с самыми низкими характеристиками снизило затраты и повысило средний КПД заводских ячеек с 18,45 до 18,64%.

Пример: глобальный производитель пластин добился повышения производительности и экономии средств

В 2013 году Applied Materials объединилась с ведущим мировым производителем пластин для солнечных батарей для оценки системы проверки пластин для солнечных батарей Applied Vericell.За 4 месяца программы с помощью нового инструмента было обработано более 6 миллионов пластин.

Applied Vericell Solar Wafer Inspection System была установлена ​​на предприятии, которое испытывало производственные проблемы, приводящие к потере урожая. Используя систему для измерения общего процента потери текучести в зависимости от типа механического дефекта, производитель определил, что вариации толщины пластины влияют на 8% текучести. Следы от пил затронули еще 10%.

Applied Vericell Solar Wafer Inspection System использует расширенное программное обеспечение для анализа для определения основных причин потери урожая.Сравнивая производительность идентичного оборудования в рамках одного процесса, менеджеры смогли определить одну канатную пилу, которая вызывала на 10–20% больше дефектов, чем другие пилы (см. Рисунок 5). Они также идентифицировали две пилы, которые приводили к снижению урожайности из-за разницы в толщине. Фотолюминесцентная проверка, уникальная для этой системы, выявила две плохо работающие печи, которые приводили к потере эффективности клеток на 0,24%. Система также проанализировала и сравнила характеристики пластины по ее исходному положению в литом слитке, определив, что определенные места в слитке имеют более высокие уровни примесей.

Конечные результаты этой оценки определили ключевые области для повышения урожайности в масштабах всего предприятия с использованием прогнозирования эффективности ячеек и перехода от ручного контроля к автоматическому. В системе проверки пластин для солнечных батарей Applied Vericell использовалось запатентованное программное обеспечение для управления урожайностью для выявления оборудования, которое работало плохо. Способность точно прогнозировать эффективность ячеек позволяет производителю сортировать и переплавлять низкоэффективные пластины, сокращая отходы и затраты и улучшая общее качество отгружаемых пластин.Сведение к минимуму ручного обращения снизило затраты на рабочую силу и помогло уменьшить поломку, повысив урожайность. Производитель оценивает прирост производительности на 12,5% по сравнению с другими автоматизированными системами контроля и увеличивает прибыль примерно на 156 000 долларов США на одну машину. В отношении геометрических измерений производитель оценивает экономию в 31 000 долларов в год за счет использования автоматизированных проверок вместо ручных.

Рис. 5. Applied Vericell Solar Wafer Inspection System выявляет неэффективные инструменты путем сравнения производительности идентичного оборудования в рамках одного процесса.При оценке, проведенной глобальным производителем пластин, система обнаружила, что одинарная канатная пила вызывает на 10–20% больше дефектов, чем другие пилы.

Новые технологии обеспечивают конкурентное преимущество

Рынок солнечных элементов находится на переломном этапе с точки зрения затрат и технологий. Когда рынок был молод, производители сосредоточились на расширении и количестве. В конце концов, как это произошло на многих других технологических рынках, производители столкнулись с падением спроса и наличием избыточных мощностей. Некоторые компании обнаружили, что дешевле закрывать фабрики, чем управлять ими в убыток.По мере того, как солнечная промышленность становится все более зрелой, фабрики уделяют особое внимание повышению урожайности и совершенствованию производственных процессов. Вместо того чтобы смешивать хорошие и плохие материалы для достижения среднего рабочего КПД, производители солнечных батарей и элементов достигли той точки, когда они должны добиться повышения урожайности на заводе и уделять больше внимания качеству. Такие инструменты, как Applied Vericell Solar Wafer Inspection System, играют решающую роль в обеспечении повышения эффективности, стоимости и качества, необходимых производителям солнечных батарей для конкуренции и процветания.

За дополнительной информацией обращайтесь по адресу [email protected]

Производство солнечных панелей

Для обработки

Industrial PERC также требуется лазер, который может поддерживать требуемые высокие скорости сканирования. Для этого компания MKS провела испытания мощного гибридного волоконно-оптического лазера Spectra-Physics Quasar 532-75 с технологией программируемых импульсов TimeShift®. Лазер предлагает как высокую мощность, так и высокую частоту повторения импульсов, а также короткие импульсы с длительностью менее 5 нс. Было показано, что для удаления тонкой пленки более короткие импульсы более энергоэффективны по сравнению с более длинными импульсами.В лазере Quasar наименьшая длительность импульса генерируется на самых высоких рабочих частотах, что идеально подходит для обработки PERC. Меньший нагрев и сниженный риск термического повреждения основной решетки c-Si являются дополнительными преимуществами обработки короткими импульсами. Дальнейшее улучшение пропускной способности также возможно за счет разделения луча. Когда лазер Quasar работает при частоте повторения импульсов 850 кГц, что соответствует пропускной способности одной пластины в секунду (WPS), доступная энергия импульса примерно в три раза больше, чем необходимо.Таким образом, трехлучевое расщепление может эффективно утроить производительность одного лазера, что обеспечивает производительность в три WPS. Независимо от окончательной конфигурации системы, лазерная платформа Quasar и ее уникальная технология настройки импульсов TimeShift® обладают мощностью, скоростью и гибкостью, чтобы удовлетворить потребности промышленного производства солнечных элементов PERC.

Характеристики фотоэлектрических систем

Определение характеристик фотоэлектрических элементов включает измерение соотношения тока и напряжения при стандартном освещении и температурных условиях.Отражение поверхности, ловушки на глубоком уровне, диффузия носителей, кристаллическая структура и границы, глубина и температура типа перехода, оптическое поглощение и рассеяние, последовательное и шунтирующее сопротивление и деградация фотонов — все это влияет на эффективность. Кривая спектральной чувствительности учитывает многие из этих фундаментальных эффектов, но для полноты должна регистрировать температуру, уровень интенсивности и другие условия измерения. Например, скорость развертки напряжения, направление и удельное сопротивление контактов также влияют на измерения I-V.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *