Виробники елементів сонячних батарей. Технологія виробництва сонячних батарей. Технологічний процес виготовлення сонячних панелей

Який вигляд має технологія виробництва сонячних батарей?

У світі спостерігається постійне зростання споживання електроенергії, а запаси традиційних джерел енергії зменшуються. Тому поступово зростає попит на обладнання, яке виробляє електрику, використовуючи нетрадиційні джерела сировини. Одним із найпоширеніших способів отримання електрики є сонячні батареї, що працюють від енергії сонця. У складі працюють фотоелектричні елементи, властивості яких дозволяють перетворювати сонячне випромінювання в електричний струм. Для їх виготовлення використовується один із найпоширеніших на Землі хімічних елементів – кремній. У цьому матеріалі ми поговоримо про те, як кремній перетворюється на фотоелектричні елементи. Простіше кажучи, ми розглянемо, що є виробництво сонячних батарей, і яке обладнання для цього потрібно.

У сфері виробництва сонячних батарей вже сформувався досить великий ринок, де присутні великі компанії. Тут уже обертаються мільйони доларів і є бренди, які заробили репутацію виробників якісної продукції. Мається на увазі як світовий ринок, і російський. Технології, покладені основою виробництва сонячних батарей, удосконалюються з розвитком наукових досліджень у цьому напрямі. Зараз випускаються сонячні батареї різних розмірів і призначення. Є дуже малі, що використовуються в калькуляторах і . А є великі панелі, що застосовуються в геліосистемах та . Один фотоелемент має невелику потужність та виробляє зовсім невеликий струм. Тому їх об'єднують у . Тепер розглянемо, як виробляються фотоелементи.

Виробництво сонячних батарей можна поділити на такі основні етапи:

Тестування. На цьому етапі проводиться вимірювання електричних характеристик. Для цього використовують спалахи потужних ксенонових ламп. На підставі результатів випробувань фотоелементи сортують та направляють на наступну стадію виробництва;
На другій стадії виробництва виконується паяння елементів у секції. У тому числі формуються секції на скляній підкладці. Зібрані секції переносяться на скло за допомогою вакуумних захватів. Це обов'язкова вимога для виключення механічної чи іншої дії на поверхню пластин. Блоки зазвичай включають 4-6 секцій. Секції, своєю чергою, складаються з 9-10 фотоелектричних панелей;
Наступний етап виробництва – ламінування. З'єднані за допомогою паяння блоки фотоелементів ламінують за допомогою етиленвінілацетатної плівки.
Також наноситься спеціальне захисне покриття. Все це робиться на устаткуванні з ЧПК. Комп'ютер слідкує за такими характеристиками, як тиск, температура та ін. В залежності від матеріалу, що використовується, параметри ламінування можна змінювати;

І завершальний етап полягає у виготовленні рамки з алюмінієвого профілю та спеціальної сполучної коробки. Щоб забезпечити надійність з'єднання, застосовують клей-герметик. На цьому етапі виробництва проводиться тестування сонячних батарей. При цьому вимірюються струми короткого замикання, напруга, що видається (робоча і холостого ходу), сила струму.

При виборі модуля часто ставиться питання: яка сонячна батарея краще – монокристалічна чи полікристалічна, а може аморфна? Адже вони найпоширеніші у наш час. Щоб знайти відповідь, було проведено багато досліджень. Розглянемо, що показали результати.
***ККД та термін служби

Монокристалічні елементи мають ККД близько 17-22%, терміни їхньої служби не менше 25 років. Ефективність полікристалічних може досягати 12-18%, служать вони також не менше 25 років. ККД аморфних становить 6-8% і знижується набагато швидше за кристалічні, працюють вони не більше 10 років.
***Температурний коефіцієнт

У реальних умовах використання сонячних батарей нагрівається, що призводить до зниження номінальної потужності на 15-25%. Середній температурний коефіцієнт для полі та моно становить -0,45%, аморфного -0,19%. Це означає, що при підвищенні температури на 1°C від стандартних умов кристалічні батареї будуть менш продуктивними, ніж аморфні.
Деградація сонячних монокристалічних та полікристалічних модулів залежить від якості вихідних елементів – чим більше в них бору та кисню, тим швидше знижується ККД. У полікремнієвих пластинах менше кисню, у монокремнієвих – бору. Тому за рівних якостей матеріалу та умов використання особливої різниці між ступенем деградації тих та інших модулів немає, в середньому вона становить близько 1% на рік. У виробництві аморфних батарей використовують гідрогенізований кремній. До водню обумовлена його швидша деградація. Так, кристалічні деградують на 20% через 25 років експлуатації, аморфні швидше у 2-3 рази. Проте, неякісні моделі можуть втратити ефективність на 20% вже в перший рік використання. Це варто врахувати при покупці.

***Вартість
Тут перевага повністю за аморфних модулів – їх вартість нижче, ніж кристалічних, через дешевшого виробництва. Друге місце займають полі, моно ж найдорожчі.

***Розміри та площа установки
Монокристалічні батареї компактніші. Для створення масиву необхідною потужністю знадобиться менше панелей в порівнянні з іншими видами. Так що при встановленні вони займуть трохи менше місця. Але прогрес не стоїть на місці, і за співвідношенням потужність/площа полікристалічні модулі вже наздоганяють моно. Аморфні поки відстають від них – для їх установки знадобиться в 2,5 рази більше місця.

***Світлочутливість
Тут лідирують аморфно-кремнієві модулі. Вони мають кращий коефіцієнт перетворення сонячної енергії через водню у складі елемента. Тому вони, порівняно з кристалічними, в умовах слабкого освітлення працюють ефективніше. Моно та полі, при поганому освітленні працюють приблизно однаково – значно реагують на зміну інтенсивності світла.

***Річний вироблення
В результаті тестування модулів різних виробників було встановлено, що монокристалічні протягом року виробляють більше електроенергії, ніж полікристалічні. А ті у свою чергу продуктивніші, ніж аморфні, незважаючи на те, що останні виробляють енергію і за слабкого освітлення.

Можна зробити висновок, що сонячні батареї моно та полі мають невеликі, але важливі відмінності. Хоча mono все-таки ефективніше і віддача від них більша, але poly все одно користуватимуться більшою популярністю. Щоправда, це залежить від якості продукції. Проте більшість великих сонячних електростанцій зібрані на базі полімодулів. Пов'язано це з тим, що інвестори дивляться на загальну вартість проекту та терміни окупності, а не на максимальну ефективність та довговічність.

Тепер про аморфні батареї. Почнемо з переваг: метод їх виготовлення найпростіший і малобюджетний, тому що не потрібне різання та обробка кремнію. Це відбивається у невисокій вартості кінцевої продукції. Вони невибагливі – їх можна встановити куди завгодно, і не вибагливі – пил та похмура погода їм не страшні.

Однак у аморфних модулів є й недоліки, що перекривають їх переваги: у порівнянні з вищеописаними видами, у них найнижчий ККД, вони швидше деградують - ефективність знижується на 40% менш ніж за 10 років, і вимагають багато місця для встановлення.

- виробляти сонячні батареї, такі батареї завжди матимуть попит, оскільки сонячна енергія невичерпна, і кремній, з якого в основному виготовляються сонячні батареї, є дуже поширеною речовиною.

Єдиний мінус цієї бізнес ідеї – це нерозвиненість технологічного процесу виготовлення сонячних батарей, яка поки що не дозволяє знизити вартість батареї.
Виробництво сонячних батарейвимагає наявності основної сировини - кварцового піску, що містить значну концентрацію двоокису кремнію і добре обробляється.

Далі залежно від виду кремнію: аморфного, монокристалічного та полікристалічного застосовується своя технологія виробництва. Для отримання монокристалічного кремнію з однорідною структурою кристала, його вирощують за допомогою монокристалу затравки. У спеціальній печі певним чином обертаючи.

Менш витратні за грошима технології застосовуються при виробництві полікристалічного кремнію, у якого структура неоднорідна. Для отримання полікристалічного кремнію виробляють осадження пари, що змушує молекули застигати вільно та невпорядковано.

Виготовлені батареї на полікристалічному кремнії мають порівняно невелику ціну.
Потім відбувається обрізання в результаті процесу виробництва дисків монокристалічного кремнію до квадратної форми. Далі алмазними дисками ріжуть квадратної форми монокристалічний кремній тонкими пластинками завтовшки 0,2 до 0,4 мм.

Потім їх піддають ретельному очищенню, обточування, шліфування та очищення. Потім проводиться тестування пластин монокристалічного кремнію. Далі пластинки кремнію з'єднують, утворюючи елементи сонячних батарей. Потім на поверхні кремнієвих частин батарей накладаються захисні покриття із міцного скла для попередження
негативного впливу довкілля. Далі поверхні металізують, потім накладають антирефлексійне покриття спеціальним ламінатом.

Для досягнення необхідних електричних параметрів, зокрема рівня напруги та сили струму, елементи сонячних батарей об'єднують послідовно. Цей процес відбувається у відповідність до скло-плівкової технології, вписаної бізнес-план виробництва сонячних батарей. Плівка кріпиться до зворотної сторони конструкції, що виходить з фотоелектричних пластин, потім герметизуються краї плівки, що гарантує якість сонячних батарей.

Під впливом енергії сонця відбувається генерування струму фотоелектричними елементами сонячних батарей. Потім відбувається акумуляція струму, і його можна використовувати для електроживлення інших електричних приладів.

Як зробити сонячну батарею – відео:

До речі, самі сонячні елементи можна замовити з відомих інтернет аукціонів.

Використання сонячної радіації для вироблення електрики – найперспективніший напрямок серед багатьох альтернативних джерел. З огляду на регулярно зростаючу ціну досить дорогу електроенергію, багато підприємств і жителі Росії зацікавлені у придбанні сонячних панелей і електростанцій, зокрема продуктів вітчизняного виробника, що випускає якісний і недорогий товар.

Сонячні батареї, зібрані на російських підприємствах, порівняно з аналогічною зарубіжною продукцією мають такі переваги:

Оснащені покриттям антивідблиску, що дозволяє мати підвищений ККД.
Працюють у широкому діапазоні температур – від -50 до 70°С.
Здатні витримати удар та механічний вплив великої сили.
Повноцінно працюють навіть у похмуру та дощову погоду.
Вартість продукції щодо зарубіжних аналогів значно нижча.

Недоліки російських сонячних панелей є наслідком відсутності державної підтримки даної галузі і не налагодженістю процесу виробництва, через що у ряді випадків проявляються недоліки як складання, кількість і асортимент продукції.

Російські модулі відрізняються підвищеною надійністю, що досягається застосуванням загартованого скла, а для запобігання деформації – металевих каркасів. Аморфним модулям механічні фактори не страшні, а завдяки своїм фізичним властивостям їх припустимо згортати в рулон і використовувати в ситуаціях підвищеної складності.

Докладніше про це

Російські виробники сонячних панелей

У Росії її основну частину всіх сонячних модулів виробляють такі заводы:

ТОВ Хевел, що у Новочеркаську. Виробляє тонкоплівкові гібридні та промислові потреби. Продукція, що випускається:

Модулі низької та високої напруги HEVEL Pramac P-серії (Р7, P7L, P7F, P7LF). Виготовляються за тонкоплівковою мікроморфною технологією, здатні перетворювати на електрику видимий та інфрачервоний спектр світла. Ціна 7500 руб.;
Тонкоплівкові модулі (110-135 Вт), виготовляються на основі технології аморфного кремнію, за рахунок чого підвищено ККД модулів у порівнянні з виробами попередніх поколінь. Ціна 7400-7600 руб.

Читайте також: Робимо сонячні батареї для дому своїми руками

ЗАТ Телеком-СТВ, розташований у Зеленограді, виробляє легкі невеликі побутові модулі на основі полі- та монокристалічних елементів та гібридні батареї наступних модифікацій:

Монокристалічні з потужністю 18-27 Вт;
Монокристалічні підвищеної ефективності 5-250 Вт;
Мультикристалічні 5-25 Вт;
Складні – 120 та 180 Вт;
Електростанції морського застосування 16-215 Вт;
Зарядні пристрої 12 Вт;
Міні модулі 0,019-0,215 Вт.

Ціна на панелі становить 1,3 $/Втпік, або від 280 руб. за модуль.

Відео з розповіддю про компанію та її можливості

ВАТ Сатурн, м. Краснодар випускає панелі та електростанції на основі арсеніду галію, які застосовуються в космічній промисловості. Серед моделей сонячних батарей, що випускаються, можна відзначити наступні:

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

з м. Рязань виробляє батареї, що відрізняються потужністю, надійністю, та високою якістю виконання, які підійдуть для енергозабезпечення будинку, заряджання портативних приладів та інших завдань. Асортимент сонячних панелей, що випускаються наступний:

Модуль RZMP-220 – застосовується в автономних зарядках. Асортименти моделей: RZMP-240 (250 – 275). Ціна від 14 500 руб.;
Тип RZMP-130 – використовується в автономних системах зі струмом 12 В та будь-яким контролером зарядки. Асортименти моделей: RZMP-130 (135 – 165). Ціна 14600-18400 руб.;
Тип RZMP «Фотоелемент Р» – використовується в мережевих та автономних пристроях з контролерами заряджання. Асортименти моделей: RZMP-280 (285, 290). Ціна від 19 тис. руб.

Сонячні батареї, виготовлені на основі технології аморфного кремнію, більш ефективні в порівнянні з монокристалічним, що помітно проявляється при нестачі освітлення, досягаючи різниці у продуктивності до 30%, але майже не реагують на зміну освітленості, виявляючи «інерційність» при відновленні освітлення, продовжуючи функціонувати з такою ж потужністю.

Зарубіжні фірми-виробники

Найбільшими фірмами, що випускають сонячні панелі та електростанції, виступають такі фірми:

Motech- Тайванська компанія, що має виробничі площі в США у вигляді дочірньої фірми AES Polysilicon. Почавши виробництво з осередків для батарей, поступово наростила види продукції до полікристалічного кремнію, пластин і готових панелей.
Yingli Green Energy- Стара, вертикально інтегрована китайська компанія, яка, завдяки наявності виробничих потужностей з вироблення полікристалічного кремнію, входить до фірм, що випускають весь асортимент панелей з найменшою собівартістю. Останньою серією батарей стали панелі «Panda».
Suntech- Велика китайська фірма, що впроваджує з 2010 р. вертикальну інтеграцію для скорочення витрат виробництва та скорочення собівартості продукції.
Trina Solar– китайська фірма, яка виробляє якісні панелі, та реалізує їх за мінімальною ціною завдяки невисокій собівартості продукції.
Hanwha Solar One- Корейський виробник. Виготовляє якісні сонячні електростанції на заводах у Китаї.
Canadian Solar- Фірма зі штаб-квартирою в Канаді, а виробництвом в Онтаріо та Китаї. Відрізняється великим асортиментом та обсягами виробленої продукції.
Solarworld- Великий німецький виробник, націлений на ринки Європи та США, і не має своїх заводів в азіатському регіоні.
First Solar– американський виробник тонкоплівкових панелей на основі телур-кадмієвої технології, яка відрізняється найнижчою собівартістю батарей щодо решти конкурентів.
Sunpower– виробляє на території США найефективніші сонячні електростанції, але під час кризи зазнає спаду виробництва через високі витрати.
Renewable Energy Corporation– норвезька компанія, що випускає модулі та полікристалічний кремній. Через кризу, що триває, перенесла виробничі потужності в Сінгапур.
Panasonic/Sanyoвиробляє високоефективну продукцію, орієнтовану на ринки Японії та США.

Оригінал взято у solar_front Виробництво електроенергії сонячними модулями зовсім не таке "зелене".

SF: Балаканина про екологічну небезпеку або безпеку виробництва сонячних панелей на рівні «чув» і «мені сказав експерт» дістала тому з радістю прочитав це:

Photo: Imaginechina/Corbis.
Контроль за якістю на китайському підприємстві.

Виробництво електроенергії сонячними модулями зовсім не таке «зелене», як багато хто думає.

Сонячні панелі мерехтять на сонці є іконою для всіх «зелених». Але чи є генерація електроенергії за допомогою сонячних батарей дійсно більш щадного для навколишнього середовища, ніж спалювання викопного палива? Декілька інцидентів забруднення навколишнього середовищапов'язані з виробництвом цих сяючих символів «зелених». І виявляється, що час, необхідний для компенсації енергії і парникових газів, що витрачається і панелей, що викидаються у виробництві, істотно варіюється в залежності від технології і географії.

Це була погана новина. Хорошою новиною є те, що промисловість може легко усунути багато побічних ефектів, які існують. Це можливо частково тому, що, починаючи з 2008 року, виробництво фотовольтаїки переїхало з Європи, Японії та Сполучених Штатів Америки до Китаю, Малайзії, Філіппін і Тайваню. Сьогодні майже половина сонячних модулів у світі виробляється у Китаї. В результаті, хоча в цілому послужний список у галузі хороший, ті країни, які сьогодні виробляють основну масу, як правило, найменше піклуються про захист навколишнього середовища та робітників на виробництві.

Щоб зрозуміти в чому саме проблеми, і як вони можуть бути вирішені, необхідно знати дещо про те, як виготовлені фотоелектричні панелі. У той час, як сонячна енергія може бути отримана за допомогою різних технологій, переважна більшість сонячних батарей сьогодні беруть початок з отримання кварцу, як найбільш поширеної форми кремнезему (діоксиду кремнію), яка переробляється в кремній. На цьому етапі виникає перша проблема: кварц видобувається із шахт, де шахтарі ризикують придбати силікоз легень.

На початку переробки кварц перетворюється на металургійний кремній, речовина, що використовується в основному для зміцнення сталі та інших металів. Це відбувається в гігантських печах, і тримати їх гарячими вимагають великої кількості енергії (подробиці - нижче). На щастя, на цьому етапі викиди, в основному діоксиду вуглецю та діоксиду сірки, не можу нашкодити людям, які працюють на таких заводах або знаходяться поблизу підприємств.

Наступним кроком є переробка металургійного кремнію в чистіший - полікремній. У ході процесу виробляється кремнієвий тетрахлорид – дуже токсична сполука кремнію. Процес очищення включає реакцію соляної кислоти з металургійним кремнієм, щоб одержати трихлорсилан. Трихлорсилан потім реагує з воднем, одержуючи полікремній разом із рідким кремнієвим тетрахлоридом - три або чотири тонни тетрахлориду на кожну тонну полікремнію.

Більшість виробників переробляють ці відходи, щоб зробити більше полікремнію. Одержання кремнію з тетрахлориду кремнію потрібно менше енергії, ніж його одержання з сирого діоксиду кремнію, утилізація цих відходів допомагає заощадити гроші виробникам. Але таке обладнання може коштувати десятки мільйонів доларів. Таким чином, побічний продукт часто просто викидається. При взаємодії з водою, а це важко запобігти, у навколишньому середовищі виявляються: соляна кислота та шкідливі випари.

Коли промисловість фотовольтаїки була меншою, виробники сонячних елементів набували кремнію у виробників мікроелектроніки, які відбраковували цей кремній через недостатню чистоту. Але бум у сонячній енергетиці зажадав більше кремнію, і велику кількість виробництва полікремнію було побудовано в Китаї. Небагато країн на той час мали суворе законодавство, яке потребує зберігання та утилізації тетрахлориду кремнію, і Китай не став винятком, як це виявили репортери Washington Post.