Produksi baterai surya: teknologi dan peralatan

2024 Pengarang: Howard Calhoun | [email protected]. Terakhir diubah: 2023-12-17 10:31

Manusia berusaha untuk beralih ke sumber pasokan listrik alternatif yang akan membantu menjaga lingkungan tetap bersih dan mengurangi biaya pembangkitan energi. Produksi baterai surya adalah metode industri modern. Sistem catu daya mencakup penerima surya, baterai, pengontrol, inverter, dan perangkat lain yang dirancang untuk fungsi tertentu.

Baterai surya adalah elemen utama dari mana akumulasi dan konversi energi sinar dimulai. Di dunia modern, ada banyak jebakan bagi konsumen saat memilih panel, karena industri menawarkan sejumlah besar produk yang digabungkan dalam satu nama.

Sel Surya Silikon

Produk ini populer di kalangan konsumen saat ini. Silikon adalah dasar pembuatannya. Cadangannya di kedalaman tersebar luas, dan produksinya relatif murah. Sel silikon memiliki kinerja yang lebih baik dibandingkan dengan sel surya lainnya.

Jenis elemen

Sel surya silikon diproduksi dalam tipe berikut:

• monokristalin;
• polikristalin;
• amorf.

Bentuk perangkat di atas berbeda dalam cara atom silikon diatur dalam kristal. Perbedaan utama antara elemen adalah perbedaan indikator efisiensi konversi energi cahaya, yang untuk dua jenis pertama kira-kira pada tingkat yang sama dan melebihi nilai untuk perangkat yang terbuat dari silikon amorf.

Industri saat ini menawarkan beberapa model penangkap cahaya matahari. Perbedaannya terletak pada peralatan yang digunakan untuk produksi panel surya. Teknologi manufaktur dan jenis bahan awal berperan.

Tipe kristal tunggal

Elemen ini terdiri dari sel silikon yang diikat menjadi satu. Menurut metode ilmuwan Czochralski, silikon yang benar-benar murni diproduksi, dari mana kristal tunggal dibuat. Proses selanjutnya adalah pemotongan produk setengah jadi yang dibekukan dan dikeraskan menjadi pelat dengan ketebalan 250 hingga 300 mikron. Lapisan tipis jenuh dengan kisi-kisi logam elektroda. Meskipun biaya produksinya tinggi, elemen tersebut digunakan cukup luas karena tingkat konversi yang tinggi (17-22%).

Produksi elemen polikristalin

Teknologi untuk produksi sel surya dari polikristal adalah massa silikon cair didinginkan secara bertahap. Produksinya tidak memerlukan peralatan yang mahal, oleh karena itu, biaya untuk mendapatkan silikon berkurang. Penyimpanan surya polikristalin memiliki faktor efisiensi yang lebih rendah (11-18%), tidak seperti yang monokristalin. Hal ini dijelaskan oleh fakta bahwa selama proses pendinginan, massa silikon jenuh dengan gelembung granular kecil, yang menyebabkan pembiasan sinar tambahan.

Elemen silikon amorf

Produk diklasifikasikan sebagai tipe khusus, karena yang termasuk dalam tipe silikon berasal dari nama bahan yang digunakan, dan produksi sel surya dilakukan dengan menggunakan teknologi perangkat film. Kristal dalam proses pembuatannya memberi jalan kepada silikon hidrogen atau silon, lapisan tipis yang menutupi substrat. Baterai memiliki nilai efisiensi paling rendah, hanya sampai 6%. Elemen, meskipun memiliki kelemahan yang signifikan, memiliki sejumlah keunggulan yang tidak dapat disangkal yang memberi mereka hak untuk berdiri sesuai dengan tipe di atas:

• nilai penyerapan optik dua lusin kali lebih tinggi daripada drive monokristalin dan polikristalin;
• memiliki ketebalan lapisan minimal hanya 1 mikron;
• cuaca mendung tidak mempengaruhi kerja konversi cahaya, tidak seperti spesies lain;
• karena kekuatan lenturnya yang tinggi, dapat digunakan tanpa masalah di tempat yang sulit.

Tiga jenis konverter surya yang dijelaskan di atas dilengkapi dengan produk hibrida yang terbuat dari bahan dengan sifat ganda. Karakteristik tersebut dicapai jika mikro atau nanopartikel termasuk dalam silikon amorf. Bahan yang dihasilkan mirip dengan silikon polikristalin, tetapi lebih baik dibandingkan dengan fitur teknis baru.indikator.

Bahan baku untuk produksi sel surya tipe film CdTe

Pilihan bahan ditentukan oleh kebutuhan untuk mengurangi biaya produksi dan meningkatkan kinerja dalam pekerjaan. Kadmium telluride penyerap cahaya yang paling umum digunakan. Pada tahun 70-an abad terakhir, CdTe dianggap sebagai pesaing utama untuk penggunaan ruang, dalam industri modern telah ditemukan aplikasi luas dalam energi surya.

Bahan ini tergolong racun kumulatif, sehingga perdebatan tentang bahayanya tidak mereda. Penelitian oleh para ilmuwan telah menetapkan fakta bahwa tingkat zat berbahaya yang memasuki atmosfer dapat diterima dan tidak membahayakan lingkungan. Tingkat efisiensi hanya 11%, tetapi biaya konversi listrik dari sel tersebut 20-30% lebih rendah daripada dari perangkat tipe silikon.

Akumulator sinar terbuat dari selenium, tembaga, dan indium

Semikonduktor dalam perangkat adalah tembaga, selenium dan indium, kadang-kadang diperbolehkan untuk mengganti yang terakhir dengan galium. Hal ini disebabkan tingginya permintaan indium untuk produksi monitor tipe flat. Oleh karena itu, opsi substitusi ini dipilih, karena bahan memiliki sifat yang serupa. Namun untuk indikator efisiensi, penggantian memainkan peran penting, produksi baterai surya tanpa galium meningkatkan efisiensi perangkat sebesar 14%.

Kolektor surya berbasis polimer

Elemen ini diklasifikasikan sebagai teknologi muda, karena baru-baru ini muncul di pasar. Semikonduktor organik menyerap cahayauntuk mengubahnya menjadi energi listrik. Untuk produksi, digunakan fullerene dari gugus karbon, polifenilena, tembaga ftalosianin, dll. Sebagai hasilnya, film tipis (100 nm) dan fleksibel diperoleh, yang dalam pekerjaan memberikan koefisien efisiensi 5-7%. Nilainya kecil, tetapi produksi sel surya fleksibel memiliki beberapa poin positif:

• Tidak membutuhkan banyak biaya untuk membuatnya;
• kemampuan memasang baterai fleksibel di tikungan di mana elastisitas sangat penting;
• kemudahan relatif dan keterjangkauan instalasi;
• baterai fleksibel ramah lingkungan.

Acar kimia selama produksi

Baterai surya yang paling mahal adalah wafer silikon multikristalin atau monokristalin. Untuk penggunaan silikon yang paling rasional, angka pseudo-persegi dipotong, bentuk yang sama memungkinkan Anda untuk meletakkan pelat dengan erat di modul mendatang. Setelah proses pemotongan, lapisan mikroskopis dari permukaan yang rusak tetap ada di permukaan, yang dihilangkan dengan etsa dan tekstur untuk meningkatkan penerimaan sinar datang.

Permukaan yang diperlakukan dengan cara ini adalah mikropiramida yang terletak secara acak, yang dipantulkan dari tepinya, cahaya jatuh pada permukaan sisi tonjolan lainnya. Prosedur pelonggaran mengurangi reflektifitas material sekitar 25%. Proses pengawetan mengadopsi serangkaian asam dan basapemrosesan, tetapi tidak dapat diterima untuk sangat mengurangi ketebalan lapisan, karena pelat tidak tahan terhadap pemrosesan berikut.

Semikonduktor dalam sel surya

Teknologi produksi sel surya mengasumsikan bahwa konsep utama elektronik padat adalah p-n-junction. Jika konduktivitas elektronik tipe-n dan konduktivitas lubang tipe-p digabungkan dalam satu pelat, maka sambungan p-n terjadi pada titik kontak di antara keduanya. Sifat fisik utama dari definisi ini adalah kemampuan untuk berfungsi sebagai penghalang dan melewatkan listrik dalam satu arah. Efek inilah yang memungkinkan Anda untuk membangun operasi penuh sel surya.

Sebagai hasil difusi fosfor, lapisan tipe-n terbentuk di ujung pelat, yang didasarkan pada permukaan elemen pada kedalaman hanya 0,5 mikron. Produksi baterai surya menyediakan penetrasi dangkal pembawa tanda-tanda yang berlawanan, yang muncul di bawah aksi cahaya. Jalur mereka ke zona pengaruh persimpangan p-n harus pendek, jika tidak, mereka dapat memadamkan satu sama lain ketika mereka bertemu, tanpa menghasilkan listrik dalam jumlah apa pun.

Penggunaan etsa plasma-kimia

Desain baterai surya memiliki permukaan depan dengan kisi terpasang untuk menangkap arus dan sisi belakang, yang merupakan kontak padat. Selama fenomena difusi, korsleting listrik terjadi antara dua bidang dan diteruskan ke ujung.

Untuk menghilangkan korsleting, peralatan digunakan untukbaterai surya, yang memungkinkan Anda melakukan ini dengan bantuan plasma-kimia, etsa kimia atau mekanis, laser. Metode pengaruh plasma-kimia sering digunakan. Etsa dilakukan secara bersamaan untuk tumpukan wafer silikon yang ditumpuk bersama-sama. Hasil dari proses tergantung pada durasi perawatan, komposisi agen, ukuran kotak material, arah pancaran aliran ion, dan faktor lainnya.

Aplikasi lapisan anti-reflektif

Dengan menerapkan tekstur ke permukaan elemen, pantulan berkurang menjadi 11%. Ini berarti bahwa sepersepuluh sinar hanya dipantulkan dari permukaan dan tidak mengambil bagian dalam pembentukan listrik. Untuk mengurangi kerugian seperti itu, lapisan dengan penetrasi pulsa cahaya yang dalam diterapkan ke sisi depan elemen, yang tidak memantulkannya kembali. Para ilmuwan, dengan mempertimbangkan hukum optik, menentukan komposisi dan ketebalan lapisan, sehingga produksi dan pemasangan panel surya dengan lapisan seperti itu mengurangi pantulan hingga 2%.

Pelapis kontak di sisi depan

Permukaan elemen dirancang untuk menyerap radiasi dalam jumlah terbesar, persyaratan inilah yang menentukan karakteristik dimensi dan teknis dari jaring logam yang diterapkan. Dengan memilih desain sisi depan, para insinyur memecahkan dua masalah yang berlawanan. Penurunan kerugian optik terjadi dengan garis tipis dan lokasi mereka pada jarak yang jauh dari satu sama lain. Produksi baterai surya dengan ukuran grid yang lebih besar mengarah pada fakta bahwa beberapa muatan tidak memiliki waktu untuk mencapai kontak dan hilang.

Oleh karena itu, para ilmuwan telah menstandarisasi nilai jarak dan ketebalan garis untuk setiap logam. Strip yang terlalu tipis membuka ruang pada permukaan elemen untuk menyerap sinar, tetapi tidak menghantarkan arus yang kuat. Metode modern menerapkan metalisasi terdiri dari sablon. Sebagai bahan, pasta yang mengandung perak paling membenarkan dirinya sendiri. Karena penggunaannya, efisiensi elemen meningkat 15-17%.

Metalisasi di bagian belakang perangkat

Deposisi logam di bagian belakang perangkat terjadi dalam dua cara, yang masing-masing melakukan pekerjaannya sendiri. Lapisan tipis terus menerus di seluruh permukaan, kecuali lubang individu, disemprot dengan aluminium, dan lubang diisi dengan pasta yang mengandung perak, yang memainkan peran kontak. Lapisan aluminium padat berfungsi sebagai semacam perangkat cermin di sisi belakang untuk biaya gratis yang dapat hilang dalam ikatan kristal yang menjuntai dari kisi. Dengan lapisan seperti itu, panel surya bekerja 2% lebih banyak daya. Ulasan pelanggan mengatakan bahwa elemen tersebut lebih tahan lama dan tidak terlalu terpengaruh oleh cuaca mendung.

Membuat panel surya dengan tangan Anda sendiri

Sumber listrik dari matahari, tidak semua orang dapat memesan dan memasang di rumah, karena biayanya saat ini cukup tinggi. Oleh karena itu, banyak pengrajin dan pengrajin yang menguasai produksi panel surya di rumah.

Anda dapat membeli set fotosel untuk dirakit sendiri di Internet di berbagai situs. biaya merekatergantung pada jumlah pelat yang digunakan dan daya. Misalnya, kit daya rendah, dari 63 hingga 76 W dengan 36 pelat, berharga 2.350-2560 rubel. masing-masing. Item pekerjaan yang ditolak dari jalur produksi karena alasan apa pun juga dibeli di sini.

Saat memilih jenis konverter fotovoltaik, pertimbangkan fakta bahwa sel polikristalin lebih tahan terhadap cuaca mendung dan bekerja lebih efisien daripada sel monokristalin, tetapi memiliki masa pakai yang lebih pendek. Yang monokristalin lebih efisien dalam cuaca cerah dan akan bertahan lebih lama.

Untuk mengatur produksi panel surya di rumah, Anda perlu menghitung total beban semua perangkat yang akan ditenagai oleh konverter masa depan, dan menentukan kekuatan perangkat. Dari sini mengikuti jumlah fotosel, dengan mempertimbangkan sudut kemiringan panel. Beberapa pengrajin menyediakan kemungkinan untuk mengubah posisi bidang akumulasi tergantung pada ketinggian titik balik matahari, dan di musim dingin - pada ketebalan salju yang turun.

Bahan yang berbeda digunakan untuk membuat kasing. Paling sering mereka meletakkan sudut aluminium atau stainless, menggunakan kayu lapis, chipboard, dll. Bagian transparan terbuat dari kaca organik atau biasa. Dijual ada fotosel dengan konduktor yang sudah disolder, lebih baik membeli yang seperti itu, karena tugas perakitan disederhanakan. Pelat tidak ditumpuk satu di atas yang lain - yang lebih rendah dapat memberikan microcracks. Solder dan fluks sudah diterapkan sebelumnya. Lebih mudah untuk menyolder elemen dengan menempatkannya segera di sisi kerja. Pada akhirnya, pelat ekstrem dilas ke ban (konduktor yang lebih lebar), setelah itu "minus" dan "plus" dikeluarkan.

Setelah pekerjaan selesai, panel diuji dan disegel. Pengrajin asing menggunakan senyawa untuk ini, tetapi untuk pengrajin kami harganya cukup mahal. Transduser buatan sendiri disegel dengan silikon, dan sisi belakang dilapisi dengan pernis berbasis akrilik.

Sebagai kesimpulan, harus dikatakan bahwa ulasan para master yang membuat panel surya dengan tangan mereka sendiri selalu positif. Setelah menghabiskan uang untuk pembuatan dan pemasangan konverter, keluarga dengan cepat membayarnya dan mulai menghemat menggunakan energi gratis.