Технология производства солнечных батарей. Технология производства солнечных панелей
Учёные разработали дешёвый способ производства солнечных панелей
Эффективное получение электрической энергии из солнечного света – это будущее энергетики. Но вот в чём проблема: производство солнечных панелей – дело довольно затратное. Британские учёные разработали альтернативную технологию производства, которая значительно удешевляет процесс.
Исследователи из Университета Шеффилда создали особые поглощающие солнечный свет клетки на основе вещества перовскита. Клетки эти можно наносить посредством распыления на поверхности любой площади, что позволит значительно упростить производство солнечных панелей. Несмотря на дешевизну производства, эффективность этих клеток – всего 11%, но учитывая, что крупномасштабное производство таких панелей будет стоить гораздо дешевле, на низкий КПД в данном случае можно закрыть глаза.
Распределительные солнечные панели высокой эффективности применяются в качестве источников энергии на различных космических аппаратах и спутниках. Но они очень сложны в производстве и изготавливаются из редких, очень дорогих материалов, что не позволяет им найти широкое применение.
Разработанные британскими исследователями светопоглощающие клетки можно будет применять на солнечных электростанциях, где во главе стола не показатели эффективности, а цена за ватт получаемой энергии. Придётся пожертвовать производительностью в обмен на значительную экономию средств.
Перовскит, который лежит в основе изобретения, является сравнительно редким для поверхности Земли кристаллическим минералом, который также называют титанатом кальция. Несмотря на то, что минерал довольно сложно найти в природе, искусственный перовскит можно легко и дёшево производить в лабораторных условиях. Эффективность применения перовскита в получении солнечной энергии постоянно растёт, и учёным уже удалось добиться в отдельных случаях КПД в 19%. Подобные показатели способны на равных конкурировать с традиционными элементами на основе кристаллического кремния.
Несколько лет назад эта же группа исследователей разработала технологию распыления органических светопоглощающих клеток по поверхности фотоэлемента. Но смена биологических веществ на перовскит привела к значительному скачку энергоэффективности. Распыление вещества производится по поверхности солнечных элементов с помощью специальных принтеров, так что процесс максимально автоматизирован.
В данный момент речь не идёт о массовом производстве солнечных панелей из перовскита, но когда учёным удастся достичь стабильного КПД, сравнимого с кремниевыми фотоэлементами, технология наверняка найдёт массовое применение в мировой энергетике. Пока же исследования продолжаются.
По материалам Gizmag.com
hi-news.ru
Производство солнечных батарей
Технологиям, использующим солнечные элементы, уже более 60 лет. Солнечные модули, обычно называемые фотоэлектрическими панелями, использовались для выработки электричества из света с тех пор, как были изобретены полупроводники на основе кремния. Не являясь более лабораторной диковиной, солнечные батареи сами по себе стали отраслью промышленности и таким же обыденным источником энергии, как прочие традиционные способы получения электроэнергии - паровая турбина, вращающая генератор, или атомная электростанция. На сегодняшний день известно много методов использования солнечной энергии. Мы рассмотрим наиболее распространенные устройства, производящие электричество из солнечной энергии: фотоэлектрические элементы и фотоэлектрические модули.
В производстве солнечных батарей, дающих чистую энергию, используется те же технологии, что и в производстве компьютеров.
Каким образом фотоэлектрический модуль производит электроэнергию из света?
Солнечная батарея
Элементы солнечных батарей сделаны из материалов, активируемых попаданием солнечного света на их поверхность. В них нет движущихся частей, они не подвержены износу. Соедините между собой большое количество этих элементов, и вы получите солнечную батарею или фотоэлектрический модуль. Чем больше элементов, тем выше мощность, отдаваемая модулем.
Слои, из которых состоит элемент
Верхний слой солнечного элемента содержит тонкую силиконовую пластину, в которой есть свободные электроны, являющиеся отрицательно заряженными частицами. Нижний слой, легированный бором, содержит "дырки", в которые могут перескочить электроны. Рабочий процесс создает дисбаланс между этими двумя слоями внутри полупроводникового материала. Этот дисбаланс и заставляет работать солнечные элементы, которые вырабатывают электрический ток и напряжение.
Солнце бомбардирует фотоэлемент
Солнечные фотоны врезаются в поверхность фотоэлектрического элемента. Эта активность возбуждает свободные электроны в обоих слоях кремния. Некоторые электроны с нижнего уровня переходят на верхний. Поток электронов проходит через металлические контакты, расположенные спереди и сзади солнечного элемента, что и создает электричество. Электроны текут по замкнутой электрической цепи. Объединение множества солнечных ячеек дает значительный выигрыш по току или напряжению в зависимости от того, каким способом они соединены между собой. Рассматривайте каждый элемент как батарейку. Последовательное соединение элементов (минус к плюсу) складывает напряжение, сохраняя ток таким же, как у одной ячейки. Параллельное соединение складывает токи всех элементов, не изменяя напряжения.
Питание от солнечных батарей
Солнечные батареи производят электрический ток, который подается на инвертор. Инвертор преобразует постоянный ток в переменный, соответствующий тому электричеству, которое производит ваша компания. Приборы и силовое оборудование работает на переменном токе. В Соединенных Штатах Америки частота переменного тока составляет 60 герц, в Европе нормой является частота 50 герц.
Солнечная электроэнергия поступает в электросеть дома, производства или электростанции, чтобы затем влиться в общую электросеть. Система, работающая самостоятельно, должна работать, как небольшая электростанция. Эта автономная система должна использовать аккумуляторы, накапливающие энергию, если солнечные батареи производят ее больше, чем требует нагрузка, и отдающие энергию, когда солнечные модули не получают от солнца достаточно энергии, чтобы покрыть энергозатраты на производстве или дома.
Получение фотоэлектрических элементов из кремниевых пластин.
Индустрия производства компьютерных чипов сделала возможным производство недорогих солнечных элементов. Успехи в производительности, обработке и качестве сделали процесс производства фотоэлектрических элементов ультрасовременным и масштабируемым. Пока не научились производить элементы из кремниевых пластин, производственный процесс требовал много времени и усилий для достижений нужного результата. Кремниевую пластину получают из кремниевого слитка, распиливая на характерные круглые пластины, которые мы можем видеть в модулях солнечных батарей.
Травление пластины
Эта часть процесса производства солнечных элементов, требующая чистого помещения, включает в себя химическую и термическую обработку, которая превращает сероватые пластины в ярко-синие переливающиеся ячейки. Химическое травление снимает тонкий слой кремния. Обнажая подложку, травление выявляет кристаллическую структуру пирамидальной формы, в результате поверхность может поглощать больше света.
Диффузия
Далее кремниевые пластины помещают в гермокамеру, где фосфор проникает в поверхность пластины. На этом этапе осаждается покрытие молекулярного размера - поверхность пластины подвергается воздействию фосфорного газа при высокой температуре. Этот шаг придает поверхностному слою отрицательный электрический потенциал. Этот слой и легированная бором подложка создают положительно-отрицательный, или p-n переход, который и является основой фотоэлектрического элемента. По такой же технологии делают полупроводниковые чипы.
Просветление и нанесение проводников
Элементы помещаются в вакуумную камеру, где производится напыление нитрида кремния на ту сторону пластины, которую будет освещать солнце, чтобы уменьшить отражение. Это покрытие придает ячейкам темно-синий цвет. Элемент готов производить электричество, но все еще нуждается в сборе и передачи энергии на нагрузку. С двух сторон элемента наносятся металлические дорожки, чтобы можно было собирать электрический заряд и создать контактные площадки для присоединения проводов. По завершении этих процедур, элемент полностью готов к работе.
Сборка элементов в солнечные батареи
Элементы располагаются так, чтобы создать нужные характеристики по току и напряжению готовой солнечной батареи. Если посмотреть на разные типы солнечных батарей, представленных на рынке, то очевидно, что расположение солнечных элементов определяется обоими атрибутами как для домашних, так и для промышленных солнечных батарей. Следовательно, физический размер рамки фотоэлектрического модуля определяется расположением солнечных элементов.
Пайка солнечных батарей
Чтобы сформировать модуль солнечных батарей, элементы объединяются в последовательные цепочки, в том числе и электрически. Несколько цепочек образуют прямоугольную матрицу элементов. Каждая матрица защищается стеклом, приклеиваемым надежным способом, обеспечивая окончательно собранной солнечной батареи живучесть в условиях нормальной нагрузки.
Изготовление каркаса солнечных батарей
Внешний каркас солнечного модуля защищает его от непогоды и ударных нагрузок, а также обеспечивает электрическое соединение в виде монтажной коробки или стандартного разъема электрического кабеля, которые обычно используются в подобных устройствах.
Местоположение и монтаж солнечных батарей
Располагать солнечные модули нужно так, чтобы они могли собрать как можно больше солнечного света, особенно во время сезонных изменений яркости солнца.
Системы солнечных батарей, устанавливаемые на крышу, представляют собой готовую конструкцию, тем более что поверхность крыши часто имеет наклон в сторону солнца и не подходит ни подо что другое.
Наземные системы солнечных батарей - неплохой выход, если крыша недоступна или мала по площади. Модули монтируются на стеллажах, закрепленных прямо на земле, что делает их доступными для обслуживания или добавления дополнительных модулей.
Тентообразные системы солнечных батарей неплохо работают на крышах сооружений типа парковок и эллингов.
Системы солнечных батарей промышленного масштаба обычно представляют собой мощные энергоблоки, размер которых зависит от нагрузки и которые не стеснены по площади.
Следящие системы солнечных батарей оптимизируют выработку электроэнергии, поворачиваясь вслед за солнцем.
Итоги обсуждения солнечных батарей
Солнечные модули появились благодаря объединению солнечных элементов и технологий, которые сделали компьютерные чипы дешевле, чем всего десять лет назад. Надежность, присущая солнечным модулям, используемым в домашних солнечных батареях, достигается благодаря отсутствию движущихся частей и высокой надежности деталей и процессов, образующих солнечный модуль. Нет практически никаких ограничений на типы солнечных электрических систем, которые могут быть разработаны, и очень мало ограничений на расположение до тех пор, пока щедро светит солнце.
www.todbot.ru
Технология производства солнечных батарей
Солнечные батареи можно выпускать серийно с затратами в десять раз более низкими, чем это происходит сейчас. О проверке оригинальной технологии сообщила группа физиков и химиков, ведомая Брайаном Коргелем из университета Техаса в Остине.
Чтобы уменьшить стоимость солнечных ячеек, исследователи совместили оптимальный полупроводниковый материал с более простой и недорогой технологией его обработки.
Вместо традиционного осаждения состава из газовой фазы в вакуумной камере учёные разработали метод распыления на подложку краски, состоящей из армии фоточувствительных наночастиц.В роли воспринимающего свет состава был применён селенид меди-индия-галлия CIGS.
Нанесение генерирующих электричество наночернил на подложку. Коргель и его коллеги разработали и отшлифовали метод синтеза частиц CIGS, которые по размеру в 10 тысяч раз тоньше человеческого волоса. Взвесь таких частиц превращается в краску, которую легко нанести на основу будущей батареи при комнатной температуре.
Если будет создан ещё и способ аналогичного распыления подложки и других необходимых батарее элементов, откроется путь к нанесению солнечных батарей прямо на крыши домов в виде нескольких слоёв краски.
Но пока даже простая окраска готовой полимерной подложки демонстрирует путь получения недорогих солнечных преобразователей. Брайан и его коллеги изготовили несколько таких фотоэлектрических ячеек. Их КПД, увы, был невелик всего 1%, но американские учёные считают, что смогут поднять его до 10% оптимизацией технологии.
В сочетании со стоимостью, в десять раз более скромной, чем у классических панелей, это откроет дорогу к коммерческому успеху новации. Технология может добраться до рынка в течение 3-5 лет, считает Коргель. Он также добавляет, что новые чернила полупрозрачны, что позволит поэкспериментировать и с созданием генерирующих ток оконных стёкол.
Технология производства сверхдешёвых солнечных батарей
Солнечные батареи можно выпускать серийно в десять раз дешевле, чем сейчас. О проверке оригинальной технологии сообщила группа физиков и химиков под руководством Брайана Коргеля из университета Техаса в Остине.
Чтобы уменьшить стоимость солнечных ячеек, исследователи совместили оптимальный полупроводниковый материал с более простой и недорогой технологией его обработки.
Вместо традиционного осаждения состава из газовой фазы в вакуумной камере учёные разработали метод распыления на подложку краски, состоящей из фоточувствительных наночастиц.
В роли воспринимающего свет состава был применён селенид меди-индия-галлия CIGS.
Коргель и его коллеги разработали и отшлифовали метод синтеза частиц CIGS, которые по размеру в 10 тысяч раз тоньше человеческого волоса. Взвесь таких частиц превращается в краску, которую легко нанести на основу будущей батареи при комнатной температуре.
Если будет создан ещё и способ аналогичного распыления подложки и других необходимых батарее элементов, откроется путь к нанесению солнечных батарей прямо на крыши домов в виде нескольких слоёв краски.
Но пока даже простая окраска готовой полимерной подложки демонстрирует путь получения недорогих солнечных преобразователей. Брайан и его коллеги изготовили несколько таких фотоэлектрических ячеек. Их КПД был невелик всего 1%, но американские учёные считают, что смогут поднять его до 10% оптимизацией технологии.
В сочетании со стоимостью, в десять раз более скромной, чем у классических панелей, это откроет дорогу к коммерческому успеху новации. Технология может добраться до рынка в течение 35 лет, считает Коргель. Он также добавляет, что новые чернила полупрозрачны, что позволит поэкспериментировать и с созданием генерирующих ток оконных стёкол.
Солнечные батареи в России
Прогнозы писателей-фантастов начинают сбываться – в мире пришли к пониманию экологически чистой неиссякаемой энергии Солнца – будущее человечества. Сегодня из всех возобновляемых источников энергии активнее всего развивается гелиоэнергетика. Именно в солнечном электричестве ученые видят альтернативу нефти и газу, запасы, которых не безграничны. Фотоэлектрические преобразователи для солнечных батарей начали производить на заводе металлокерамических приборов в Рязани.
Новая производственная линия на рязанском заводе будет делать модули для солнечных батарей мощностью 230 ват для крупных сетевых электростанций. Комплектующие – пластины с антибликовым покрытием синего и черного цвета. Сырьем для них служит один из самых распространенных природных элементов кремний, всем известный песок. Но чтобы стать полупроводником ему нужно пройти 4 стадии очистки. Основные производители поликристаллического кремния Япония США и Германия – мировые лидеры внедрения солнечной энергетики.
Строительство солнечных домой и станций стало одним из приоритетных направлений энергетики и в последние годы мир испытывает дефицит поликремния. На рынке биоэнергетики развернулась борьба за этот материал, у России есть шанс оказаться в аутсайдерах. Необходимые средства для строительства завода в Рязани удалось найти благодаря тому, что холдинг Российская электроника и Рязанский завод металлокерамических приборов вошли в корпорацию «Ростехнология». В перспективе создать полномасштабное производство от начала и до конца. От производства кремния до производства тех или иных элементов солнечных батарей, сборка панелей и дальше сборка электростанций на солнечной энергии.
Это предприятие электронной отрасли не случайно выбрано базовым для создания производства солнечных батарей. Еще 10 лет назад здесь впервые занялись выпуском солнечных модулей и применили новый способ их герметизации – пластиковый. Это ноу-хау, запатентованные технологии.
Хотя наша страна располагается не в самых солнечных широтах, планируется, что через 10 лет в России производство электроэнергии из возобновляемых источников увеличится в несколько раз.
Какая технология производства солнечных батарей?
Технология производства солнечных батарей слишком сложна, чтобы ее можно было подробно описать на данном ресурсе. Но в общем она не отличается от производства других полупроводниковых приборов: из монокристаллов особо-чистого кремния, как правило, p-типа, то есть легированный бором или алюминием, режутся тонкие пластины, после чего они полируются, травятся и на них формируются полупроводниковые структуры -- p-n переход с одной стороны, p-p+ переход с обратной стороны . Затем формируются контактная решетка из слоев титана, палладия и серебра с лицевой стороны и слой серебра-палладия с обратной, и наконец, на поверхность напыляется просветляющий слой.
Таким образом получается простейший солнечный элемент, типа тех, что серийно производились в 1980-е годы в СССР. С тех пор структура солнечных элементов значительно усложнилась -- применяется многослойное просветление и текстурирование поверхности кремния , заметно увеличивающее эффективность светосбора, более сложная полупроводниковая структура, более совершенные системы токосъема.
Источники: www.membrana.ru, www.megawt.ru, sunbat.narod.ru, alternativenergy.ru, www.bolshoyvopros.ru
Это интересно
Эней и Дидона - царица Карфагена
Тепло и гостеприимно встретила царица Дидона странствующих путников. Особенно поразил внимание царицы герой Эней. Своей мужественной красотой он ...
Образование в европе в средние века
При формировании политического и правового сознания в Западной Европе сыграли средневековые города, некоторые из которых вели ...
Муза Талия
Одна из девяти дочерей, появившихся в результате союза титаниды Мнемосины и Зевса. По Диодору, происхождение имени связано ...
Интернет-галереи - преимущества
Во все времена интерес к живописи был на высоком уровне. Людям всегда привлекали произведения искусства, коллекционеры ...
Замоскворечье - сердце Москвы
Замки Бретани можно назвать настоящими шедеврами, в которых оживают история и легендарное прошлое этой провинции. Ведь именно в их залах...
Орангпендек – лесной человек
Так как Гера лишила ее сна, Ламия неустанно бродила по ночам. Сжалившийся над ней Зевс даровал ей возможность...
objective-news.ru
Новая технология производства солнечных батарей
Исследователям из Университета Северной Каролины удалось разработать совершенно новую технику, улучшающую соединения между солнечными панелями. Она увеличивает эффективность, а также снижает цену производимой энергии. Стековые батареи с новыми соединениями могут работать при концентрации энергии, которая эквивалентна 70 тысяч наших Солнца. При этом полностью исключаются любые потери энергии или перегрев батарей.
В составе стековых солнечных панелей есть несколько солнечных элементов, размещенных друг над другом. На текущий момент, это самый эффективный вариант из представленных на рынке. В электричество переходит до 45% всей полученной солнечной энергии.
Но для поднятия эффективности проектировщикам необходимо разработать способ, чтобы соединения между элементами перестали поглощать солнечную энергию, а также не теряли электричество при нагреве.
По словам главного автора статьи, посвященной новой разработке, профессора электротехники Университета Северной Каролины Салаха Бедера, им удалось обнаружить, что при добавлении тонкой пленки арсенида галлия в соединения стековых элементов практически полностью исчезают потери электричества. При этом полезная энергия не блокируется.
Это очень важное открытие, так как компании, работающие в сфере выработки фотоэлектрической энергии, крайне заинтересованы в линзах, позволяющих концентрировать энергию одной звезды в энергию 4000 и более солнц. Но если происходит значительное усиление энергии, примерно до 700 солнц и более, то в соединениях между стековыми элементами начинаются потери электричества. Чем больше усиление, тем сильнее потери, что напрямую сказывается на эффективности конверсии.
По словам Бедера, им удалось создать соединения с практически нулевыми потерями электричества, даже в случае работы с эквивалентом энергии 70 000 солнц. Этого вполне достаточно для практических целей, так как существующие концентрирующие линзы создают эквивалент не более 4000-5000 солнц.
Новая разработка позволит снизить цены в энергетической области, так как вместо создания крупных и дорогих элементов, можно ограничиться миниатюрными блоками, вырабатывающими аналогичное количество энергии посредством абсорбции усиленного света, создаваемого концентрирующими линзами, стоимость которых относительно невелика.
No related links foundtainy.net
