Производители элементов солнечных батарей. Технологии производства солнечных батарей. Технологический процесс изготовления солнечных панелей

Как выглядит технология производства солнечных батарей?

В мире наблюдается постоянный рост потребления электроэнергии, а запасы традиционных источников энергии уменьшаются. Поэтому постепенно растёт спрос на оборудование, которые вырабатывает электричество, используя нетрадиционные источники сырья. Одним из наиболее распространённых способов получения электричества являются солнечные батареи, работающие от энергии солнца. В их составе работают фотоэлектрические элементы, свойства которых позволяют преобразовывать солнечное излучение в электрический ток. Для их изготовления используется один из самых распространённых на Земле химических элементов – кремний. В этом материале мы поговорим о том, как кремний превращается в фотоэлектрические элементы. Проще говоря, мы рассмотрим, что представляет собой производство солнечных батарей, и какое оборудование для этого требуется.

В сфере производства солнечных батарей уже сформировался довольно большой рынок, на котором присутствуют крупные компании. Здесь уже вращаются миллионы долларов и есть бренды, заработавшие репутацию производителей качественной продукции. Имеется в виду как мировой рынок, так и российский. Технологии, положенные в основу производства солнечных батарей, совершенствуются по мере развития научных исследований в этом направлении. Сейчас выпускаются солнечные батареи самых разных размеров и назначения. Есть совсем маленькие, используемые в калькуляторах и . А есть крупные панели, применяемые в гелиосистемах и . Один фотоэлемент имеет небольшую мощность и вырабатывает совсем небольшой ток. Поэтому их объединяют в . Теперь рассмотрим, как производятся фотоэлементы.

Производство солнечных батарей можно разделить на следующие основные этапы:

Тестирование. На этом этапе проводится замер электрических характеристик. Для этого используются вспышки мощных ксеноновых ламп. На основании результатов испытаний фотоэлементы сортируют и направляют на следующую стадию производства;
На второй стадии производства выполняется пайка элементов в секции. Из них формируются секции на стеклянной подложке. Собранные секции переносятся на стекло с помощью вакуумных захватов. Это обязательное требование для исключения механического или иного воздействия на поверхность пластин. Блоки обычно включают в себя 4─6 секций. Секции, в свою очередь, состоят из 9─10 фотоэлектрических панелей;
Следующий этап производства – ламинирование. Соединённые с помощью пайки блоки фотоэлементов ламинируют при помощи этиленвинилацетатной плёнки. А также наносится специальное защитное покрытие. Все это делается на оборудовании с ЧПУ. Компьютер следит за такими характеристиками, как давление, температура и др. В зависимости от используемого материала, параметры ламинирования можно изменять;
И завершающий этап заключается в изготовлении рамки из алюминиевого профиля и специальной соединительной коробки. Чтобы обеспечить надёжность соединения применяют клей-герметик. На этом же этапе производства проводится тестирование солнечных батарей. При этом измеряются токи короткого замыкания, выдаваемые напряжение (рабочее и холостого хода), сила тока.

При выборе модуля часто задается вопрос: какая солнечная батарея лучше – монокристаллическая или поликристаллическая, а может аморфная? Ведь они самые распространенные в наш век. Чтобы найти ответ, было проведено множество исследований. Рассмотрим, что же показали результаты.

***КПД и срок службы
Монокристаллические элементы имеют КПД около 17-22%, сроки их службы не менее 25 лет. Эффективность поликристаллических может достигать 12-18%, служат они тоже не менее 25 лет. КПД аморфных составляет 6-8% и снижается гораздо быстрее кристаллических, работают они не более 10 лет.

***Температурный коэффициент
В реальных условиях использования солнечные батареи нагревается, что приводит к снижению номинальной мощности на 15-25%. Средний температурный коэффициент для поли и моно составляет -0,45%, аморфного -0,19%. Это значит, что при повышении температуры на 1°C от стандартных условий кристаллические батареи будут менее производительными, чем аморфные.

***Потеря эффективности
Деградация солнечных монокристаллических и поликристаллических модулей зависит от качества исходных элементов – чем больше в них бора и кислорода, тем быстрее снижается КПД. В поликремниевых пластинах меньше кислорода, в монокремниевых – бора. Поэтому при равных качествах материала и условий использования особой разницы между степенью деградации тех и других модулей нет, в среднем она составляет около 1% в год. В производстве аморфных батарей используется гидрогенизированный кремний. Содержанием водорода обусловлена его более быстрая деградация. Так, кристаллические деградируют на 20% через 25 лет эксплуатации, аморфные быстрее в 2-3 раза. Однако некачественные модели могут потерять эффективность на 20% уже в первый год использования. Это стоит учесть при покупке.

***Стоимость
Тут превосходство полностью на стороне аморфных модулей – их цена ниже, чем кристаллических, из-за более дешевого производства. Второе место занимают поли, моно же самые дорогие.

***Размеры и площадь установки
Монокристаллические батареи более компактны. Для создания массива требуемой мощностью понадобится меньшее количество панелей по сравнению с другими видами. Так что при установке они займут немного меньше места. Но прогресс не стоит на месте, и по соотношению мощность/площадь поликристаллические модули уже догоняют моно. Аморфные же пока отстают от них – для их установки понадобится в 2,5 раза больше места.

***Светочувствительность
Здесь лидируют аморфно-кремниевые модули. У них лучший коэффициент преобразования солнечной энергии из-за водорода в составе элемента. Поэтому они, по сравнению с кристаллическими, в условиях слабой освещенности работают эффективнее. Моно и поли, при плохом освещении работают примерно одинаково – значительно реагируют на изменение интенсивности света.

***Годовая выработка
В результате тестирования модулей разных производителей было установлено, что монокристаллические за год вырабатывают больше электроэнергии, чем поликристаллические. А те в свою очередь производительнее, чем аморфные, несмотря на то, что последние вырабатывают энергию и при слабой освещенности.

Можно сделать вывод, что солнечные батареи моно и поли имеют небольшие, но важные различия. Хотя mono все-таки эффективнее и отдача от них больше, но poly все равно будут пользоваться большей популярностью. Правда, это зависит от качества продукции. Тем не менее, большинство крупных солнечных электростанций собраны на базе полимодулей. Связано это с тем, что инвесторы смотрят на общую стоимость проекта и сроки окупаемости, а не на максимальную эффективность и долговечность.

Теперь об аморфных батареях. Начнем с преимуществ: метод их изготовления самый простой и малобюджетный, потому что не требуется резка и обработка кремния. Это отражается в невысокой стоимости конечной продукции. Они неприхотливы – их можно установить куда угодно, и не привередливы – пыль и пасмурная погода им не страшны.

Однако у аморфных модулей есть и недостатки, перекрывающие их достоинства: по сравнению с вышеописанными видами, у них самый низкий КПД, они быстрее деградируют – эффективность снижается на 40% менее чем за 10 лет, и требуют много места для установки.

- производить солнечные батареи , такие батареи всегда будут пользоваться спросом, поскольку солнечная энергия неисчерпаема, и кремний, из которого в основном изготавливаются солнечные батареи, является очень распространенным веществом.

Единственный минус этой бизнес идеи – это неразвитость технологического процесса изготовления солнечных батарей , которая пока не позволяет снизить стоимость батареи.
Производство солнечных батарей требует наличия основного сырья - кварцевого песка, содержащего значительную концентрацию двуокиси кремния и хорошо поддающегося обработке.

Далее в зависимости от вида кремния: аморфного, монокристаллического и поликристаллического применяется своя технология производства. Для получения монокристаллического кремния с однородной структурой кристалла, его выращивают с помощью затравочного монокристалла. В специальной печи, определенным образом вращая.

Менее затратные по деньгам технологии применяются при производстве поликристаллического кремния, у которого структура неоднородна. Для получения поликристаллического кремния производят осаждения пара, что заставляет молекулы застывать свободно и неупорядоченно.

Изготовленные батареи на поликристаллическом кремнии имеют сравнительно небольшую цену.
Затем происходит обрезка получившихся в результате процесса производства дисков монокристаллического кремния до квадратной формы. Дальше алмазными дисками режут квадратной формы монокристаллический кремний тонкими пластинками толщиной 0,2 до 0,4 мм.

Затем их подвергают тщательной очистке, обтачиванию, шлифованию и очищению. Потом проводится тестирование пластинок монокристаллического кремния. Далее пластинки кремния соединяют, образуя элементы солнечных батарей. Затем на поверхности кремниевых частей батарей накладываются защитные покрытия из крепкого стекла для предупреждения
негативного воздействия окружающей среды. Далее поверхности металлизируют, потом накладывают антирефлексионное покрытие специальным ламинатом.

Для достижения необходимых электрических параметров, в частности уровня напряжения и силы тока, элементы солнечных батарей последовательно объединяют. Этот процесс происходит в соответствие с стекло-пленочной технологией, вписанной бизнес-план производства солнечных батарей. Пленка крепится к обратной стороне получающейся конструкции из фотоэлектрических пластин, затем герметизируются края пленки, что гарантирует качество солнечных батарей.

Под действием энергии солнца происходит генерирование тока фотоэлектрическими элементами солнечных батарей. Затем происходит аккумуляция тока, и его уже можно использовать для электропитания других электрических приборов.

Как сделать солнечную батарею – видео:

Кстати сами солнечные элементы можно заказать с известных интернет аукционов.

Использование солнечной радиации для выработки электричества – самое перспективное направление среди многих альтернативных источников. Учитывая регулярно возрастающую цену на достаточно дорогую электроэнергию, многие предприятия и жители России заинтересованы в приобретении солнечных панелей и электростанций, в том числе продуктов отечественного производителя, выпускающего качественный и недорогой товар.

Солнечные батареи, собранные на российских предприятиях, в сравнении с аналогичной зарубежной продукцией обладают следующими преимуществами :

Оснащены антибликовым покрытием, позволяющим иметь повышенный КПД.
Работают в широком диапазоне температур – от -50 до 70 о С.
Способны выдержать удар и механическое воздействие большой силы.
Полноценно работают даже в пасмурную и дождливую погоду.
Стоимость продукции относительно зарубежных аналогов значительно ниже.

Недостатки российских солнечных панелей являются следствием отсутствия государственной поддержки данной отрасли и не отлаженностью процесса производства, из-за чего в ряде случаев проявляются недостатки в качестве сборки, количестве и ассортименте выпускаемой продукции.

Российские модули отличаются повышенной надежностью, что достигается применением закаленного стекла, а для предотвращения деформации – металлических каркасов. Аморфным модулям механические факторы не страшны, а благодаря своим физическим свойствам, их допустимо сворачивать в рулон и использовать в ситуациях повышенной сложности.

Подробнее про это

Российские производители солнечных панелей

В России основную часть всех солнечных модулей производят следующие заводы:

ООО Хевел , находящийся в Новочеркасске. Производит тонкопленочные гибридные и промышленных нужд. Выпускаемая продукция:

Модули низкого и высокого напряжения HEVEL Pramac P-серии (Р7, P7L, P7F, P7LF). Изготавливаются по тонкопленочной микроморфной технологии, способны преобразовывать в электричество видимый и инфракрасный спектр света. Цена 7500 руб.;
Тонкопленочные модули (110-135 Вт), изготавливаются на основе технологии аморфного кремния, за счет чего повышен КПД модулей в сравнении с изделиями предыдущих поколений. Цена 7400-7600 руб.

Читайте так же: Делаем солнечные батареи для дома своими руками

ЗАО Телеком-СТВ , расположенный в Зеленограде, производит легкие небольшие бытовые модули на основе поли- и монокристаллических элементов и гибридные батареи следующих модификаций:

Монокристаллические с мощностью 18-27 Вт;
Монокристаллические повышенной эффективности 5-250 Вт;
Мультикристаллические 5-25 Вт;
Складные – 120 и 180 Вт;
Электростанции морского применения 16-215 Вт;
Зарядные устройства 12 Вт;
Мини модули 0,019-0,215 Вт.

Цена на панели составляет 1,3 $/Втпик, или от 280 руб. за модуль.

Видео с рассказом о компании и ее возможностях

ОАО Сатурн , г. Краснодар выпускает панели и электростанции на основе арсенида галлия, которые применяются в космической промышленности. Среди моделей выпускаемых солнечных батарей можно отметить следующие:

Панель СБ КА «Спектр-Р» (Si);
СБ КА «Orbcomm» (GaAs);
СБ КА «Ресурс ДК» (Si);
Модуль СБ КА «ГЛОНАСС» (Si и GaAs).

из г. Рязань производит батареи, отличающиеся мощностью, надежностью, и высоким качеством исполнения, которые подойдут для энергообеспечения дома, зарядки портативных приборов и других задач. Ассортимент выпускаемых солнечных панелей следующий:

Модуль Тип RZMP-220 – применяется в автономных зарядках. Ассортимент моделей: RZMP-240 (250 – 275). Цена от 14500 руб.;
Тип RZMP-130 – используется в автономных системах с током 12 В, и любым контроллером зарядки. Ассортимент моделей: RZMP-130 (135 – 165). Цена 14600-18400 руб.;
Тип RZMP «Фотоэлемент Р» – используется в сетевых и автономных устройствах с контроллерами зарядки. Ассортимент моделей: RZMP-280 (285, 290). Цена от 19 тыс. руб.

Солнечные батареи, изготовленные на основе технологии аморфного кремния, более эффективны по сравнению с монокристаллическим, что заметно проявляется при недостатке освещения, достигая разницы в производительности до 30%, но почти не реагируют на изменение освещенности, проявляя «инерционность» при восстановлении освещения, продолжая функционировать с такой же мощностью.

Зарубежные фирмы-производители

Самыми крупными фирмами, выпускающими солнечные панели и электростанции, выступают следующие фирмы:

Motech – тайванская компания, имеющая производственные площади в США в виде дочерней фирмы AES Polysilicon. Начав производство с ячеек для батарей, постепенно нарастила виды выпускаемой продукции до поликристаллического кремния, пластин и готовых панелей.
Yingli Green Energy – старая, вертикально интегрированная китайская компания, которая, благодаря наличию производственных мощностей по выработке поликристаллического кремния, входит в число фирм, выпускающих весь ассортимент панелей с наименьшей себестоимостью. Последней серией выпускаемых батарей стали панели «Panda».
Suntech – крупная китайская фирма, внедряющая с 2010 г. вертикальную интеграцию для сокращения издержек производства и сокращения себестоимости продукции.
Trina Solar – китайская фирма, производящая качественные панели, и реализующая их по минимальной цене, благодаря невысокой себестоимости продукции.
Hanwha Solar One – корейский производитель. Изготавливает качественные солнечные электростанции на заводах, расположенных в Китае.
Canadian Solar – фирма со штаб-квартирой в Канаде, а производством в Онтарио и Китае. Отличается большим ассортиментом и объемами производимой продукции.
Solarworld – крупный немецкий производитель, нацеленный на рынки Европы и США, и не имеющий своих заводов в азиатском регионе.
First Solar – американский производитель тонкопленочных панелей на основе теллур-кадмиевой технологии, которая отличается самой низкой себестоимостью батарей относительно остальных конкурентов.
Sunpower – производит на территории США наиболее эффективные солнечные электростанции, но во время кризиса испытывает спад производства из-за высоких затрат.
Renewable Energy Corporation – норвежская компания, выпускающая модули и поликристаллический кремний. Из-за продолжающегося кризиса перенесла производственные мощности в Сингапур.
Panasonic/Sanyo производит высокоэффективную продукцию, нацеленную на рынки Японии и США.

Оригинал взят у solar_front в Производство электроэнергии солнечными модулями совсем не такое "зеленое".

SF:Болтовня об экологической опасности или безопасности производства солнечных панелей на уровне «слышал» и «мне сказал эксперт» достала поэтому с радостью прочитал сие:

Photo: Imaginechina/Corbis.
Контроль качества на китайском предприятии.

Производство электроэнергии солнечными модулями совсем не такое «зеленое» как многие думают.

Солнечные панели мерцающие на солнце являются иконой для всех «зеленых». Но является ли генерация электроэнергии с помощью солнечных батарей действительно более щадящей для окружающей среды, чем сжигание ископаемого топлива ? Несколько инцидентов загрязнения окружающей среды связаны с производством этих сияющих символов «зеленых». И оказывается, что время, необходимое для компенсации энергии и парниковых газов, затрачиваемой и выбрасываемых в производстве панелей существенно варьируется в зависимости от технологии и географии.

Это была плохая новость. Хорошей новостью является то, что промышленность может легко устранить многие из побочных эффектов, которые существуют. Это возможно отчасти потому, что, начиная с 2008 года, производство фотовольтаики переехало из Европы, Японии и Соединенных Штатов Америки в Китай, Малайзию, на Филиппины и Тайвань. Сегодня почти половина солнечных модулей в мире производится в Китае. В результате, хотя в целом послужной список в отрасли хорош, те страны которые сегодня производят основную массу, как правило, меньше всего заботятся о защите окружающей среды и рабочих на производстве.

Чтобы понять в чем именно проблемы, и как они могут быть решены, необходимо знать кое-что о том, как фотоэлектрические панели изготовлены. В то время как солнечная энергия может быть получена с помощью различных технологий, подавляющее большинство солнечных батарей сегодня берут начало с получения кварца, как наиболее распространенной формы кремнезема (диоксида кремния), которая перерабатывается в кремний. На этом этапе возникает первая проблема: кварц добывается из шахт, где шахтеры рискуют приобрести силикоз легких.

В начале переработки кварц превращается в металлургический кремний, вещество используемое в основном для упрочнения стали и других металлов. Это происходит в гигантских печах, и держать их горячими требует большого количества энергии (подробности - ниже). К счастью, на этом этапе выбросы, в основном диоксида углерода и диоксида серы, не могу навредить людям, работающим на таких заводах или находящимся вблизи предприятий.

Следующим шагом является переработка металлургического кремния в более чистый - поликремний. В ходе процесса производится кремниевый тетрахлорид - очень токсичное соединение кремния. Процесс очистки включает реакцию соляной кислоты с металлургическим кремнием, чтобы получить трихлорсилан. Трихлорсилан затем реагирует с водородом, получая поликремний вместе с жидким кремниевым тетрахлоридом - три или четыре тонны тетрахлорида на каждую тонну поликремния.

Большинство производителей перерабатывают эти отходы, чтобы произвести больше поликремния. Получение кремния из тетрахлорида кремния требуется меньше энергии, чем его получение из сырого диоксида кремния, таким образом утилизация этих отходов помогает сэкономить деньги производителеям. Но такое оборудование может стоить десятки миллионов долларов. Таким образом, побочный продукт часто просто выбрасывается. При взаимодействии с водой, а это трудно предотвратить, в окружающей среде оказываются: соляная кислата и вредные испарения.

Когда промышленность фотовольтаики была меньше, производители солнечных элементов приобретали кремний у производителей микроэлектроники, которые отбраковывали этот кремний в связи с недостаточной чистотой. Но бум в солнечной энергетике потребовал болше кремния, и большое количество производства поликремния были построено в Китае. Немногие страны в то время имели строгое законодательство, требуещего хранения и утилизации тетрахлорида кремния, и Китай не стал исключением, как это обнаружили репортеры Washington Post.