Различные материалы, используемые для изготовления солнечных панелей
Если вы когда-нибудь задумывались, какие материалы используются в солнечных батареях, то эта статья для вас. Мы рассмотрим различные материалы, используемые для производства солнечных элементов. Это включает как сырье, так и любые синтетические добавки, из которых сделана солнечная панель.
Несмотря на то, что у разных производителей солнечных панелей материалы будут различаться, эта статья даст вам хорошее общее представление о материалах, которые вы можете ожидать найти в солнечной отрасли в целом.
Материалы каркаса
Рамки — ключевая особенность конструкции солнечной панели. Они помогают удерживать вместе различные компоненты, обеспечивают защиту от непогоды и помогают повысить долговечность. Большинство рамок солнечных батарей изготавливаются из анодированного алюминия или алюминия с порошковым покрытием.
Анодированные алюминиевые рамы для солнечных панелей
Большинство высококачественных солнечных панелей имеют раму из анодированного алюминия, и использование этого материала дает множество преимуществ. Что наиболее важно, он обладает способностью отражать больше тепла, помогая улучшить общую эффективность преобразования солнечного элемента.
Анодированный алюминий также прост в уходе. Вы можете периодически чистить его, чтобы восстановить его внешний вид. Материал не подвержен влиянию солнечных лучей и часто лучше противостоит царапинам, чем альтернативы с порошковым покрытием.
Основным недостатком солнечных рам из анодированного алюминия является то, что они бывают только одного цвета — серебристого. Это может стать проблемой для архитекторов и компаний, производящих солнечные панели, при попытке вписать солнечные панели в общую эстетику здания.
Каркасы солнечных панелей с порошковым покрытием
Солнечные панели, состоящие из алюминиевого каркаса с порошковым покрытием, идеально подходят для тех, кто предпочитает стиль функциональности. Большинство рам этого типа имеют черный цвет и лучше сочетаются с темной черепицей. Однако они могут быть самых разных цветов, чтобы соответствовать различным элементам нового или существующего здания. Вы даже можете добиться глянцевого, матового или сатинированного покрытия с помощью техники порошкового покрытия.
Основным недостатком солнечных рам с порошковым покрытием является то, что они легче царапаются, чем их анодированные альтернативы. Преимущество здесь заключается в том, что вы можете ремонтировать материалы с порошковым покрытием, в отличие от царапин на анодированных алюминиевых рамах.
Материал основы
Материалы подложки — ключевой компонент в конструкции солнечной панели. Их основная функция — повышение эффективности за счет обеспечения надежной электропроводности. С точки зрения безопасности, помогая изолировать панель, они также обеспечивают защиту от поражения электрическим током.
Мы называем подложки для солнечных панелей задними панелями фотоэлектрических элементов. Они часто состоят из нескольких различных материалов, ламинированных вместе для обеспечения высоких эксплуатационных свойств. Эти материалы могут существенно различаться у разных производителей.
Материалы солнечных батарей
Солнечные элементы, возможно, являются наиболее важной особенностью солнечной панели. Именно солнечный элемент отвечает за преобразование солнечного света в электричество за счет фотоэлектрического эффекта. Давайте теперь посмотрим на различные материалы, которые используются для изготовления солнечных элементов.
Кристаллические кремниевые элементы
Солнечные элементы, сделанные из кремния, являются наиболее популярным выбором для современных солнечных панелей. Мы можем разделить кристаллический кремний (c-Si) на разные категории в зависимости от размера кристалла полученной кремниевой пластины, используемой в солнечном элементе. Две самые популярные категории c-Si следующие:
- Поликристаллический кремний — Этот тип солнечных фотоэлектрических элементов, также известный как «мультикристаллический кремний», является наиболее распространенным. Из-за своей популярности и более эффективного производственного процесса (с использованием расплавленного кремния) солнечные панели, в которых используются элементы этого типа, часто являются самыми дешевыми для покупки.
- Монокристаллический кремний — Это высокоэффективный тип солнечных элементов, используемых в солнечных панелях премиум-класса. Обычно они предлагают большую выходную мощность, чем конкурирующие продукты, но намного дороже. Солнечные панели, в которых используются элементы из монокристаллического кремния, имеют характерный узор из мелких белых ромбов. Это связано с тем, как нарезаются вафли.
Ячейки с тонкой пленкой
Солнечные панели, использующие тонкопленочные солнечные элементы, встречаются реже, чем альтернативы кристаллическому кремнию. Хотя они, как правило, дешевле, их производительность не так хороша, как у технологии c-Si. Преимущество тонкопленочных ячеек в том, что они гибкие и, следовательно, немного более долговечные.
Недавние усовершенствования в технологии тонких пленок помогли закрыть этот пробел: некоторые тонкопленочные элементы теперь превосходят поликристаллические кремниевые элементы. Однако до технологии монокристаллического кремния еще далеко.
Наиболее популярные материалы в тонкопленочных солнечных элементах:
- Аморфный кремний — Это популярный материал, широко используемый в тонкопленочных солнечных элементах. Он использует около 1% кремния, который содержится в традиционном кристаллическом кремниевом элементе, что делает его значительно дешевле.
- Теллурид кадмия — Кадмиевые фотоэлементы — единственный тонкопленочный продукт, который по своим характеристикам может соперничать с монокристаллическими кремниевыми элементами. Недостатком этого материала является его высокая токсичность, что вызывает опасения по поводу утилизации старых кадмиевых элементов.
- Селенид меди, индия, галлия (CIGS) — Это третья по популярности технология тонкопленочных солнечных элементов. Если сравнить это с кристаллическим кремнием, ячейки CIGS могут быть в 80–160 раз тоньше.
Антибликовые покрытия
Чтобы повысить эффективность солнечного элемента, часто применяется специальное покрытие, которое помогает уменьшить отражение. Антибликовые покрытия позволяют солнечным фотоэлектрическим элементам поглощать больше света и, следовательно, повышать эффективность.
Нитрид кремния часто является материалом для антибликовых покрытий солнечных элементов. Он наносится в виде пленки над ячейкой и бывает разной толщины. Вы можете узнать больше об антибликовых покрытиях для кремниевых солнечных элементов на сайтеpveducation.org.
Другие примечательные материалы
Общая конструкция солнечной панели также включает множество других заслуживающих внимания материалов. К ним относятся следующие:
- Стекло — Стекло, широко используемое в конструкции солнечных панелей, можно найти над обычными кремниевыми солнечными элементами. В тонкопленочных технологиях ячейки обычно помещаются между двумя стеклянными панелями. Это один из основных недостатков тонкопленочных технологий, заключающийся в том, что дополнительный слой стекла может значительно увеличить общий вес панели.
- Медь — Вы можете найти медь в различных компонентах солнечной панели. Его можно использовать во всем, от проводов (включая кабели заземления) до инверторов, преобразующих постоянный ток в переменный.
- Пластиковый — Пластик — обычная черта солнечных батарей. Его можно использовать для размещения распределительных коробок, которые часто находятся на нижней стороне солнечной панели. Распределительные коробки обеспечивают простой способ соединения нескольких панелей в единую систему.
Опасные материалы, используемые на солнечных панелях
Некоторые из материалов, используемых для изготовления солнечных панелей, могут быть опасными как для нашего здоровья, так и для окружающей среды. Хотя это и не идеально, токсичные вещества иногда используются для повышения эффективности и долговечности систем солнечной энергии. В следующей таблице подробно описаны некоторые опасные материалы, которые могут быть обнаружены на солнечных батареях.
| Материал / соединение | Назначение / использование |
|---|---|
| Теллурид кадмия | Используется в качестве ключевого соединения в технологии тонких пленок кадмия. Считается безопасным после использования, но может создавать проблемы при производстве и утилизации кадмиевых солнечных элементов. |
| Селенид меди, индия, галлия (CIGS) | Это химическое вещество токсично для легких, но используется в качестве основного соединения в тонкопленочных солнечных элементах CIGS. |
| Антифриз | Иногда встречается в солнечных тепловых системах, чтобы избежать замерзания жидкостей в более холодном климате. |
Как вы увидите, большинство из вышеперечисленного касается только тонкопленочных солнечных технологий. Традиционные кремниевые солнечные элементы считаются безопасными, но при их производстве образуется тетрахлорид кремния — высокотоксичный побочный продукт, вредный для растений и животных. Производители должны принять меры для уменьшения количества тетрахлорида кремния, выделяемого в окружающую среду.
Хотя нельзя отрицать, что солнечные панели имеют собственные проблемы с окружающей средой, использование солнца в качестве источника энергии по-прежнему является одним из лучших способов, которые мы можем сделать для окружающей среды.
Краткое изложение вышеперечисленных материалов
При производстве солнечных батарей используется множество различных материалов. Многие из них являются экзотическими и получили известность только благодаря появлению солнечной энергетики.
Фактический список материалов в солнечной панели в первую очередь продиктован типом солнечных элементов, которые она содержит. Как мы объясняли в этой статье, это могут быть солнечные элементы на основе кремния или тонкопленочные элементы с использованием различных материалов. Они могут включать теллурид кадмия или селенид галлия индия или меди (сокращенно CIGS).
Из чего сделаны солнечные батареи?
Солнечные электростанции постепенно завоевывают сердца украинских семей. Ведь с помощью всего одной станции можно помочь электроснабжению своего домохозяйства, не причиняя вред экологии, а также заработать на «зеленом» тарифе. Но главная составляющая каждой электростанции — это солнечные батареи. В этой статье поговорим из чего состоят панели и о производителях фотомодулей.
Из чего состоит солнечная панель?
У всех солнечных батарей структура практически одинаковая. Основа каждой панели — это фотоэлектрические образователи, которые делают из кремния. Выглядят они как небольшие ячейки и преобразовывают солнечную энергию в электрический ток. Фотоэлементы с обеих стороной покрывают полимерной пленкой, которая делает панель герметичной. Дополнительно тыльную сторону батареи покрывают полимерной составляющей, а вся панель покрыта сверхстойких стеклом — чтобы такие физические факторы как град или дождь не смогли повредить конструкции.
Кто лидер на рынке панелей?
Монополист по производству солнечных батарей — Китай. Именно эта страна одна из первых увидела потенциал в альтернативной энергетике и мощно запустила производства фотомодулей по всей стране. Стремительный рост объясняется еще и тем, что китайские фермеры используют панели для зарядки сельскохозяйственного оборудования, которое может работать автономно. К примеру, только в 2016 году общая мощность панелей, установленных в Китае превысила 34 ГВт. На то время, это было больше половины показателей США. Но китайцы на этом не остановились. Сейчас страна производит на мировой рынок больше 70% батарей, а из 10-и лидирующий производителей фотомодулей 7 — это китайские предприятия.
Класс качества солнечных батарей
Во многочисленном разнообразии брендов и производителей солнечных панелей новичку сложно разобраться. Поэтому для того, чтобы понять особенности производителей и качество панелей, были придуманы классы Tier. Например, Tier 1 делает всего 2% производителей в мире, которые больше 5 лет занимаются производством полного цикла и уделяют много вниманиям научным разработкам. Именно панели класса Tier 1 использует SUNSAY Energy для реализации своих проектов. Рассмотрим другие классы. Итак, уровень Tier 2 — это средние компании со своим производством. Им более 2-х лет на рынке, но они практически не тратят времени на научные исследования. И последний уровень — Tier 3. Как правило, это заводы, которые занимаются сборкой из готовых модулей и элементов, не проводят научные разработки и используют ручной труд на всех фазах производства.
Если вы хотите подробнее узнать как работают солнечные батареи — заглядывайте на наш блог. А для всех, кто хочет установить солнечную станцию, но не знает, с чего начать — обращайтесь к специалистам SUNSAY Energy. Мы с радостью поможем вам выбрать оптимальную станцию для вашего домохозяйства и покажем все преимущества солнечной энергии.
Хотите максимально выгодно и эффективно использовать энергию солнца — обращайтесь к экспертам Sunsay Energy Закажите бесплатный змер крыши нашим инженерам
Хотите максимально выгодно и эффективно использовать энергию солнца — обращайтесь к экспертам Sunsay Energy Закажите бесплатный змер крыши нашим инженерам
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:
Получение «солнечного» кремния.
Выращивание кристаллов.
Обработка.
Создание фотоэлектрического элемента.
Сборка модулей.
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.
Как делают солнечные панели в России? Репортаж
Наш Ким Коршунов побывал в Новочебоксарске, недалеко от города Чебоксары. Здесь находится Hevel Solar — крупнейшее в России предприятие, где делают солнечные панели.
О подробностях производства — смотрите в этом видео:
Производство солнечных панелей начинается с того, что на завод приезжают кремниевые пластины. Далее их визуально осматривает человек и загружает пластины в кассетах на линию для проверки роботом.
Далее пластины очищаются в ванных с кислотой и щелочью. Еще тут им придается структура в форме пирамидки, которая увеличивает эффективность. На заводе мало людей — производство максимально автоматизировано. Разумеется, за всеми этапами и роботами наблюдают операторы.
Самый важный этап — нанесение на пластины аморфного кремния в специальной установке. Как нам рассказал инженер на заводе, в установке три рабочих модуля, в каждом из которых располагаются по десять реакторов. В реактор подаются разные газы, воспроизводится разряд и под действием разряда газ разлагается на различные радикалы — в итоге осаждается кремний с различными примесями.
После того, как на пластины нанесены три слоя аморфного кремния, они уже могут вырабатывать электричество. Но это электричество еще нужно собрать — для этого наносится специальный токоснимающий слой из оксида индия, легированного оловом.
В итоге получается именно то, что многие привыкли видеть на картинках с солнечными панелями. Кстати, интересная деталь — стекло на панелях сделано шероховатым, чтобы при попадании света, луч рассеивался по всей поверхности.
На следующем этапе соединяется медная проволока с пленкой. Далее в полученные заготовки устанавливаются изготовленные ранее солнечные пластины.
Далее получается почти готовый продукт. Из цепочки на стекле, расположенной на ламинирующей подложке с защитной пленкой, формируют цельную структуру через горячий и холодные прессы.
Затем происходит установка клеммной коробки — наносится герметик и ставятся контакты. Далее идет проверка солнечной панели с установленной в нее клеммной коробкой — ее подключают в сеть.
Один модуль солнечной панели выдает в среднем 300 ватт. Чтобы обеспечить электричеством дачу, нужно от 3 до 5 киловатт — то есть это 11-12 штук солнечных панелей. Также нужны инвертор и аккумулятор, чтобы накапливать энергию. Все вместе в среднем обойдется в 300 тысяч рублей. Каждый день завод Hevel выпускает 1720 панелей.