การผลิตแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์: เทคโนโลยีและอุปกรณ์

2024 ผู้เขียน: Howard Calhoun | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2023-12-17 10:42

มนุษยชาติพยายามที่จะเปลี่ยนไปใช้แหล่งจ่ายไฟฟ้าทางเลือกที่จะช่วยให้สิ่งแวดล้อมสะอาดและลดต้นทุนการผลิตพลังงาน การผลิตแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์เป็นวิธีการทางอุตสาหกรรมที่ทันสมัย ระบบจ่ายไฟประกอบด้วยเครื่องรับพลังงานแสงอาทิตย์ แบตเตอรี่ ตัวควบคุม อินเวอร์เตอร์ และอุปกรณ์อื่นๆ ที่ออกแบบมาสำหรับฟังก์ชันเฉพาะ

แบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์เป็นองค์ประกอบหลักในการสะสมและการแปลงพลังงานรังสี ในโลกสมัยใหม่ มีข้อผิดพลาดมากมายสำหรับผู้บริโภคในการเลือกแผงหน้าปัด เนื่องจากอุตสาหกรรมนำเสนอผลิตภัณฑ์จำนวนมากที่รวมกันเป็นชื่อเดียว

เซลล์แสงอาทิตย์ซิลิคอน

ผลิตภัณฑ์เหล่านี้กำลังเป็นที่นิยมของผู้บริโภคในปัจจุบัน ซิลิคอนเป็นพื้นฐานสำหรับการผลิต ปริมาณสำรองของมันในระดับความลึกแพร่หลายและการผลิตมีราคาไม่แพงนัก เซลล์ซิลิคอนเปรียบเทียบได้ดีในระดับประสิทธิภาพกับเซลล์แสงอาทิตย์อื่นๆ

ประเภทขององค์ประกอบ

เซลล์แสงอาทิตย์ชนิดซิลิคอนผลิตขึ้นในประเภทต่อไปนี้:

• monocrystalline;
• โพลีคริสตัลลีน;
• อสัณฐาน

อุปกรณ์ข้างบนนี้ต่างกันตรงที่อะตอมของซิลิกอนถูกจัดเรียงในคริสตัล ความแตกต่างหลักระหว่างองค์ประกอบคือตัวบ่งชี้ประสิทธิภาพของการแปลงพลังงานแสงที่แตกต่างกัน ซึ่งสำหรับสองประเภทแรกนั้นอยู่ในระดับใกล้เคียงกันโดยประมาณและเกินค่าสำหรับอุปกรณ์ที่ทำจากซิลิคอนอสัณฐาน

อุตสาหกรรมปัจจุบันมีเครื่องดักจับแสงพลังงานแสงอาทิตย์หลายรุ่น ความแตกต่างอยู่ในอุปกรณ์ที่ใช้ในการผลิตแผงโซลาร์เซลล์ เทคโนโลยีการผลิตและประเภทของวัสดุเริ่มต้นมีบทบาท

แบบคริสตัลเดี่ยว

องค์ประกอบเหล่านี้ประกอบด้วยเซลล์ซิลิโคนที่ยึดเข้าด้วยกัน ตามวิธีการของนักวิทยาศาสตร์ Czochralski ผลิตซิลิกอนบริสุทธิ์อย่างแท้จริงซึ่งทำจากผลึกเดี่ยว กระบวนการต่อไปคือการตัดผลิตภัณฑ์กึ่งสำเร็จรูปแช่แข็งและชุบแข็งเป็นแผ่นที่มีความหนา 250 ถึง 300 ไมครอน ชั้นบาง ๆ อิ่มตัวด้วยกริดโลหะของอิเล็กโทรด แม้จะมีต้นทุนการผลิตสูง แต่องค์ประกอบดังกล่าวก็ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายเนื่องจากมีอัตราการแปลงสูง (17-22%)

การผลิตองค์ประกอบโพลีคริสตัลไลน์

เทคโนโลยีสำหรับการผลิตเซลล์แสงอาทิตย์จากโพลีคริสตัลคือมวลซิลิกอนที่หลอมละลายจะค่อยๆ เย็นลง การผลิตไม่จำเป็นต้องใช้อุปกรณ์ราคาแพง ดังนั้น ค่าใช้จ่ายในการรับซิลิกอนจึงลดลงการจัดเก็บพลังงานแสงอาทิตย์แบบคริสตัลไลน์มีปัจจัยด้านประสิทธิภาพที่ต่ำกว่า (11-18%) ซึ่งแตกต่างจากแบบโมโนคริสตัลไลน์ สิ่งนี้อธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าในระหว่างกระบวนการทำความเย็น มวลของซิลิกอนจะอิ่มตัวด้วยฟองอากาศเม็ดเล็กๆ ซึ่งจะทำให้เกิดการหักเหของแสงเพิ่มเติม

ธาตุซิลิกอนอสัณฐาน

สินค้าจัดอยู่ในประเภทพิเศษ เนื่องจากเป็นประเภทซิลิกอนมาจากชื่อวัสดุที่ใช้ และการผลิตเซลล์แสงอาทิตย์จะดำเนินการโดยใช้เทคโนโลยีอุปกรณ์ฟิล์ม คริสตัลในกระบวนการผลิตทำให้เกิดซิลิคอนไฮโดรเจนหรือไซลอน ซึ่งมีชั้นบางๆ ปกคลุมพื้นผิว แบตเตอรี่มีค่าประสิทธิภาพต่ำสุดเพียง 6% เท่านั้น องค์ประกอบ แม้จะมีข้อเสียที่สำคัญ แต่ก็มีข้อดีที่ปฏิเสธไม่ได้หลายประการที่ให้สิทธิ์ในการยืนหยัดในแนวเดียวกันกับประเภทข้างต้น:

• ค่าการดูดกลืนแสงของออปติกสูงกว่าไดรฟ์โมโนคริสตัลไลน์และโพลีคริสตัลไลน์สองเท่าโหล
• มีความหนาของชั้นขั้นต่ำเพียง 1 ไมครอน
• เมฆครึ้มไม่มีผลต่องานแปลงแสง ไม่เหมือนสายพันธุ์อื่น
• ด้วยแรงดัดงอสูง ใช้งานในที่ยากๆ ได้โดยไม่มีปัญหา

เครื่องแปลงพลังงานแสงอาทิตย์สามประเภทที่อธิบายข้างต้นเสริมด้วยผลิตภัณฑ์ไฮบริดที่ทำจากวัสดุที่มีคุณสมบัติสองประการ ลักษณะดังกล่าวจะเกิดขึ้นได้หากองค์ประกอบไมโครหรืออนุภาคนาโนรวมอยู่ในซิลิคอนอสัณฐาน วัสดุที่ได้จะคล้ายกับโพลีคริสตัลลีนซิลิกอน แต่เปรียบเทียบได้ดีกับคุณสมบัติทางเทคนิคใหม่อินดิเคเตอร์

วัตถุดิบสำหรับการผลิตเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดฟิล์ม CdTe

การเลือกใช้วัสดุขึ้นอยู่กับความจำเป็นในการลดต้นทุนการผลิตและปรับปรุงประสิทธิภาพในการทำงาน แคดเมียมเทลลูไรด์ดูดซับแสงที่ใช้กันมากที่สุด ในยุค 70 ของศตวรรษที่ผ่านมา CdTe ถือเป็นคู่แข่งสำคัญสำหรับการใช้พื้นที่ ในอุตสาหกรรมสมัยใหม่พบว่ามีการใช้พลังงานแสงอาทิตย์อย่างกว้างขวาง

เนื้อหานี้จัดอยู่ในประเภทพิษสะสม ดังนั้นการถกเถียงเรื่องความเป็นอันตรายจึงไม่คลี่คลาย การวิจัยโดยนักวิทยาศาสตร์พบว่าระดับของสารอันตรายที่เข้าสู่บรรยากาศเป็นที่ยอมรับและไม่เป็นอันตรายต่อสิ่งแวดล้อม ระดับประสิทธิภาพเพียง 11% แต่ค่าไฟฟ้าที่แปลงจากเซลล์ดังกล่าวต่ำกว่าอุปกรณ์ประเภทซิลิกอน 20-30%

เรย์สะสมที่ทำจากซีลีเนียม ทองแดง และอินเดียม

สารกึ่งตัวนำในอุปกรณ์ได้แก่ ทองแดง ซีลีเนียม และอินเดียม บางครั้งอาจใช้แกลเลียมแทนสารกึ่งตัวนำในบางครั้ง เนื่องจากความต้องการอินเดียมสูงในการผลิตจอภาพแบบแบน ดังนั้นจึงเลือกตัวเลือกทดแทนนี้เนื่องจากวัสดุมีคุณสมบัติใกล้เคียงกัน แต่สำหรับตัวบ่งชี้ประสิทธิภาพ การเปลี่ยนมีบทบาทสำคัญ การผลิตแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์ที่ไม่มีแกลเลียมจะเพิ่มประสิทธิภาพของอุปกรณ์ขึ้น 14%

ตัวเก็บพลังงานแสงอาทิตย์แบบโพลีเมอร์

องค์ประกอบเหล่านี้จัดอยู่ในประเภทเทคโนโลยีรุ่นใหม่ เนื่องจากเพิ่งออกสู่ตลาดเมื่อเร็วๆ นี้ เซมิคอนดักเตอร์อินทรีย์ดูดซับแสงเพื่อแปลงเป็นพลังงานไฟฟ้า สำหรับการผลิตจะใช้ฟูลเลอรีนของกลุ่มคาร์บอนโพลิฟีนิลีนคอปเปอร์ phthalocyanine เป็นต้น เป็นผลให้ได้ฟิล์มบาง (100 นาโนเมตร) และยืดหยุ่นซึ่งในการทำงานให้ค่าสัมประสิทธิ์ประสิทธิภาพ 5-7% มูลค่ามีขนาดเล็ก แต่การผลิตเซลล์แสงอาทิตย์แบบยืดหยุ่นมีข้อดีหลายประการ:

• ทำไม่ยาก
• ความสามารถในการติดตั้งแบตเตอรี่แบบยืดหยุ่นในส่วนโค้งที่ความยืดหยุ่นมีความสำคัญสูงสุด
• ความง่ายในการติดตั้งและราคาประหยัด
• แบตเตอรี่แบบยืดหยุ่นเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม

การดองเคมีระหว่างการผลิต

แบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์ที่แพงที่สุดคือเวเฟอร์ซิลิคอนหลายผลึกหรือโมโนคริสตัลไลน์ เพื่อการใช้ซิลิคอนอย่างมีเหตุผลที่สุด ตัวเลขสี่เหลี่ยมหลอกจะถูกตัด รูปร่างเดียวกันทำให้คุณสามารถวางเพลตได้อย่างแน่นหนาในโมดูลในอนาคต หลังจากกระบวนการตัดแล้ว ชั้นของพื้นผิวที่เสียหายด้วยกล้องจุลทรรศน์จะยังคงอยู่บนพื้นผิว ซึ่งจะถูกลบออกโดยการกัดและแต่งพื้นผิวเพื่อปรับปรุงการรับรังสีตกกระทบ

พื้นผิวที่บำบัดด้วยวิธีนี้คือไมโครพีระมิดที่อยู่ในตำแหน่งสุ่ม ซึ่งสะท้อนจากขอบซึ่งแสงตกกระทบบนพื้นผิวด้านข้างของส่วนที่ยื่นออกมาอื่นๆ ขั้นตอนการคลายตัวจะลดการสะท้อนแสงของวัสดุได้ประมาณ 25% กระบวนการดองใช้ชุดกรดและด่างการประมวลผล แต่ไม่สามารถลดความหนาของชั้นได้อย่างมาก เนื่องจากเพลตไม่ทนต่อการประมวลผลต่อไปนี้

เซมิคอนดักเตอร์ในเซลล์แสงอาทิตย์

เทคโนโลยีการผลิตเซลล์แสงอาทิตย์ถือว่าแนวคิดหลักของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่เป็นของแข็งคือ p-n-junction หากค่าการนำไฟฟ้าของชนิด n และค่าการนำไฟฟ้าของรูของชนิด p รวมกันเป็นแผ่นเดียว จะเกิดจุดเชื่อมต่อ p-n ที่จุดสัมผัสระหว่างกัน คุณสมบัติทางกายภาพหลักของคำจำกัดความนี้คือความสามารถในการทำหน้าที่เป็นสิ่งกีดขวางและส่งไฟฟ้าไปในทิศทางเดียว เอฟเฟกต์นี้ช่วยให้คุณสร้างการทำงานของเซลล์แสงอาทิตย์ได้อย่างเต็มที่

ผลจากการแพร่กระจายของฟอสฟอรัส ทำให้ชั้น n-type เกิดที่ปลายเพลต ซึ่งอยู่ที่พื้นผิวของธาตุที่ความลึกเพียง 0.5 ไมครอน การผลิตแบตเตอรีพลังงานแสงอาทิตย์ช่วยให้สามารถเจาะพาหะของสัญญาณตรงข้ามได้ตื้น ๆ ซึ่งเกิดขึ้นภายใต้การกระทำของแสง เส้นทางของพวกเขาไปยังโซนอิทธิพลของทางแยก p-n-junction จะต้องสั้น มิฉะนั้นพวกเขาสามารถดับไฟซึ่งกันและกันเมื่อพบกันโดยไม่ต้องผลิตไฟฟ้าจำนวนใด ๆ

การใช้การกัดด้วยพลาสมาเคมี

การออกแบบแบตเตอรี่โซลาร์เซลล์มีพื้นผิวด้านหน้าพร้อมตะแกรงสำหรับจับกระแสไฟและด้านหลังซึ่งเป็นหน้าสัมผัสที่มั่นคง ระหว่างปรากฏการณ์การแพร่กระจาย จะเกิดไฟฟ้าลัดวงจรระหว่างระนาบทั้งสองและส่งไปยังจุดสิ้นสุด

การถอดอุปกรณ์ไฟฟ้าลัดวงจรมาใช้แบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์ ซึ่งช่วยให้คุณทำสิ่งนี้ได้ด้วยความช่วยเหลือของพลาสมาเคมี การกัดด้วยสารเคมี หรือเครื่องกล, เลเซอร์ มักใช้วิธีอิทธิพลของพลาสมาเคมี การแกะสลักจะดำเนินการพร้อมกันสำหรับกองแผ่นเวเฟอร์ซิลิกอนที่ซ้อนกัน ผลลัพธ์ของกระบวนการขึ้นอยู่กับระยะเวลาในการรักษา องค์ประกอบของสาร ขนาดของสี่เหลี่ยมจัตุรัสของวัสดุ ทิศทางของการไหลของไอออน และปัจจัยอื่นๆ

การเคลือบสารกันแสงสะท้อน

โดยการใช้พื้นผิวกับพื้นผิวขององค์ประกอบ การสะท้อนจะลดลงเหลือ 11% ซึ่งหมายความว่าหนึ่งในสิบของรังสีสะท้อนจากพื้นผิวเพียงอย่างเดียวและไม่มีส่วนร่วมในการก่อตัวของกระแสไฟฟ้า เพื่อลดการสูญเสียดังกล่าว การเคลือบที่มีการแทรกซึมลึกของพัลส์แสงจะถูกนำไปใช้กับด้านหน้าขององค์ประกอบซึ่งจะไม่สะท้อนกลับ นักวิทยาศาสตร์ได้พิจารณาถึงกฎของเลนส์แล้ว กำหนดองค์ประกอบและความหนาของชั้น ดังนั้นการผลิตและการติดตั้งแผงโซลาร์เซลล์ที่มีสารเคลือบดังกล่าวช่วยลดการสะท้อนแสงได้ถึง 2%

ชุบหน้าสัมผัส

พื้นผิวขององค์ประกอบได้รับการออกแบบให้ดูดซับรังสีได้มากที่สุด ซึ่งเป็นข้อกำหนดที่กำหนดลักษณะมิติและทางเทคนิคของตาข่ายโลหะที่ใช้ โดยการเลือกการออกแบบด้านหน้า วิศวกรสามารถแก้ปัญหาสองประการที่ตรงกันข้าม การสูญเสียทางแสงที่ลดลงเกิดขึ้นกับเส้นที่บางกว่าและตำแหน่งที่อยู่ห่างจากกันมาก การผลิตแบตเตอรี่โซลาร์เซลล์ที่มีขนาดกริดเพิ่มขึ้น ส่งผลให้ค่าใช้จ่ายบางส่วนไม่มีเวลาติดต่อและสูญเสียไป

ดังนั้น นักวิทยาศาสตร์จึงได้กำหนดค่าของระยะทางและความหนาของเส้นโลหะแต่ละชนิดให้เป็นมาตรฐาน แถบบางเกินไปเปิดช่องว่างบนพื้นผิวขององค์ประกอบเพื่อดูดซับรังสี แต่อย่านำกระแสที่แรง วิธีการที่ทันสมัยของการใช้การเคลือบโลหะประกอบด้วยการพิมพ์สกรีน ในฐานะที่เป็นวัสดุ เนื่องจากการใช้งาน ประสิทธิภาพขององค์ประกอบจึงเพิ่มขึ้น 15-17%

โลหะที่ด้านหลังเครื่อง

การสะสมของโลหะที่ด้านหลังของอุปกรณ์นั้นเกิดขึ้นได้สองวิธี ซึ่งแต่ละวิธีจะทำงานของมันเอง ฉีดพ่นอลูมิเนียมเป็นชั้นบาง ๆ อย่างต่อเนื่องบนพื้นผิวทั้งหมด ยกเว้นรูแต่ละรู และรูจะเต็มไปด้วยแป้งที่มีส่วนผสมของเงิน ซึ่งมีบทบาทในการสัมผัส ชั้นอลูมิเนียมที่เป็นของแข็งทำหน้าที่เป็นอุปกรณ์กระจกที่ด้านหลังสำหรับค่าใช้จ่ายฟรีที่อาจสูญหายไปในพันธะคริสตัลที่ห้อยต่องแต่งของตาข่าย การเคลือบดังกล่าวทำให้แผงโซลาร์เซลล์มีพลังงานเพิ่มขึ้น 2% ความคิดเห็นของลูกค้าบอกว่าองค์ประกอบดังกล่าวมีความทนทานมากกว่าและไม่ได้รับผลกระทบจากสภาพอากาศที่มีเมฆมาก

ทำแผงโซลาร์เซลล์ด้วยมือคุณเอง

พลังงานจากแสงอาทิตย์ ทุกคนไม่สามารถสั่งซื้อและติดตั้งที่บ้านได้ เนื่องจากวันนี้ราคาค่อนข้างสูง ดังนั้นช่างฝีมือและช่างฝีมือจำนวนมากจึงเชี่ยวชาญในการผลิตแผงโซลาร์เซลล์ที่บ้าน

คุณสามารถซื้อชุดโฟโตเซลล์สำหรับประกอบตัวเองบนอินเทอร์เน็ตได้ที่ไซต์ต่างๆ ค่าใช้จ่ายของพวกเขาขึ้นอยู่กับจำนวนเพลทที่ใช้และกำลัง ตัวอย่างเช่นชุดพลังงานต่ำจาก 63 ถึง 76 W พร้อม 36 แผ่นราคา 2350-2560 รูเบิล ตามลำดับ มีการซื้อรายการงานที่ถูกปฏิเสธจากสายการผลิตด้วยเหตุผลใดก็ตามที่นี่

เมื่อเลือกประเภทของตัวแปลงโฟโตโวลตาอิก ให้คำนึงถึงความจริงที่ว่าเซลล์โพลีคริสตัลไลน์มีความทนทานต่อสภาพอากาศที่มีเมฆมาก และทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพมากกว่าเซลล์โมโนคริสตัลไลน์ แต่มีอายุการใช้งานที่สั้นกว่า ผลึกโมโนคริสตัลไลน์จะมีประสิทธิภาพมากกว่าในสภาพอากาศที่มีแดดจ้าและจะมีอายุการใช้งานยาวนานกว่ามาก

ในการจัดระเบียบการผลิตแผงโซลาร์เซลล์ที่บ้าน คุณต้องคำนวณโหลดรวมของอุปกรณ์ทั้งหมดที่จะใช้พลังงานจากตัวแปลงในอนาคต และกำหนดกำลังของอุปกรณ์ จากนี้ไปติดตามจำนวนโฟโต้เซลล์ โดยคำนึงถึงมุมเอียงของแผงด้วย ช่างฝีมือบางคนจัดให้มีความเป็นไปได้ในการเปลี่ยนตำแหน่งของระนาบการสะสมขึ้นอยู่กับความสูงของอายัน และในฤดูหนาว - ขึ้นอยู่กับความหนาของหิมะที่ตกลงมา

ใช้วัสดุทำเคสต่างกัน ส่วนใหญ่มักจะใส่มุมอลูมิเนียมหรือสแตนเลสใช้ไม้อัดแผ่นไม้อัด ฯลฯ ส่วนโปร่งใสทำจากแก้วออร์แกนิกหรือธรรมดา ลดราคามีโฟโตเซลล์ที่มีตัวนำที่บัดกรีแล้วควรซื้อตัวดังกล่าวเนื่องจากงานประกอบง่ายขึ้น แผ่นเปลือกโลกไม่เรียงซ้อนกัน - แผ่นด้านล่างสามารถให้ microcracks ได้ ใช้บัดกรีและฟลักซ์ล่วงหน้าสะดวกกว่าในการประสานองค์ประกอบโดยวางไว้ที่ด้านการทำงานทันที ในตอนท้าย เพลทสุดขั้วจะเชื่อมกับยาง (ตัวนำที่กว้างกว่า) จากนั้นจึงเอา "ลบ" และ "บวก" ออก

หลังจากเสร็จงานแผงจะถูกทดสอบและปิดผนึก ช่างฝีมือต่างชาติใช้ส่วนผสมสำหรับสิ่งนี้ แต่สำหรับช่างฝีมือของเรานั้นค่อนข้างแพง ทรานสดิวเซอร์แบบโฮมเมดถูกปิดผนึกด้วยซิลิโคน และด้านหลังเคลือบด้วยน้ำยาเคลือบเงาแบบอะคริลิก

สรุปได้ว่าบทวิจารณ์ของผู้เชี่ยวชาญที่ทำแผงโซลาร์เซลล์ด้วยมือของพวกเขาเองนั้นเป็นแง่บวกเสมอ เมื่อได้ใช้เงินไปกับการผลิตและติดตั้งคอนเวอร์เตอร์แล้ว ทางครอบครัวก็จ่ายเงินอย่างรวดเร็วและเริ่มประหยัดพลังงานฟรีๆ