Изготовление солнечных батарей: Страница не найдена • Солнечная энергия

Содержание

Солнечная батарея своими руками

Если говорить об экономической целесообразности, то для изготовления небольшой солнечной батареи своими руками в домашних условиях выгодней купить фабричную панель, а не несколько десятков новых диодов или транзисторов. При одинаковой производительности (мощности) такая самоделка будет дешевле, а ее изготовление займет меньше времени. Единственное условие, оправдывающее потраченное время — это возможность дешево купить старые комплектующие, которые были списаны как «неликвиды».

Устройство и принцип работы

Есть два основных способа использования солнечной энергии:

  • Прямое использование для нагрева воды и аккумулирования тепла в гелио системах отопления и горячего водоснабжения.
  • Преобразование света в электроэнергию.

Справка. Основные законы преобразования света в электроэнергию были сформулированы в конце XIX века российским ученым Александром Столетовым.

Первые солнечные панели появились еще в семидесятые годы прошлого столетия, но несовершенные технологии и низкая эффективность делали производство батарей дорогим и низкорентабельным. И только последние разработки в этой области сделали производство «солнечной» электроэнергии технически и экономически доступными.

Есть несколько типов панелей, использующих разные материалы. Но все они построены на полупроводниках. Преобразование света основано на внутреннем фотоэффекте p-n перехода — возникновении дополнительных «дырок» и свободных электронов под воздействием света. Электроны «стремятся» в n-область, дырки — в p-область. Как результат перераспределения заряда между областями, возникает разность потенциалов и через переход протекает ток.

Каждый модуль заводской солнечной батареи имеет собственный несущий каркас, с расположенной на нем клеммной коробкой.

Это делает возможным объединять модули в единую систему, с подключением к общему оборудованию, которое позволяет контролировать работу, накапливать электроэнергию, преобразовывать ее и распределять между потребителями. А для защиты фотоэлементов используют специальное покрытие из закаленного стекла.

Стационарные солнечные батареи дополнительно оборудуют инверторами, преобразующими постоянный ток в переменный. Компактным модулям для питания устройств, работающих от аккумуляторов, инвертор не нужен.
Аналогичный компактный модуль можно сделать своими руками из диодов или транзисторов и подключить его к «промежуточному» аккумулятору. А уже от него заряжать мобильный телефон (как от Power Box) или использовать для питания LED светильника.

Солнечная панель из диодов

Для изготовления панели можно использовать диоды в металлических и стеклянных корпусах. Первый вариант мощнее, но более трудоемкий. Второй — проще, хотя для достижения такой же мощности понадобится больше элементов.

Панель из диодов в металлическом корпусе

Диоды КД203

Если говорить о максимальной мощности, которую можно получить с одного кристалла полупроводника, то лучшими в этом отношении будут диоды серии КД203 (КД2010).

При ярком солнечном свете один кристалл способен выдать напряжение порядка 0.7 В при токе до 7 мА.

Но сложность заключается в том, что диоды этой серии изготовлены в металлокерамическом корпусе, который заодно выполняет роль теплоотвода при монтаже на металлическое шасси.

Чтобы вынуть кристалл кремниевого полупроводника и «открыть» его для освещения, надо:

  • аккуратно разбить керамику и освободить верхний контакт;
  • раскрыть корпус, сняв с основания «крышку»;
  • разогреть диод до температуры плавления олова, которым к кристаллу припаяны контакты;
  • освободить от верхнего жесткого контакта кристалл, а вместо него припаять гибкий проводник.

Диоды средней мощности в металлическом или металлостеклянном корпусе серии Д7, Д214, Д215, Д226, Д237, Д242-Д247 разбирать проще. Сначала бокорезами обрезают жесткий контакт и часть корпуса в виде трубки со стороны анода. А затем вставив нож в шов между основанием и крышкой, открывают корпус. Для облегчения процесса можно предварительно слегка сжать фланец корпуса в тисках, чтобы раскрылась щель между основанием и крышкой.

И эту процедуру надо выполнить с каждым диодом, а их должно быть несколько десятков. В реальных условиях напряжение на одном кристалле будет ниже максимума раза в полтора — около 0.5 В. Чтобы получить на выходе 5 В, надо последовательно соединить в блок 10 кристаллов.

Приблизительно такое же соотношение максимальной и реальной силы тока — рассчитывать надо на величину 4-5 мА. Чтобы «нарастить» силу тока и повысить мощность солнечной батареи, надо параллельно соединить на панели несколько таких блоков.

Сама панель должна иметь вид решетки из расположенных в несколько рядов ячеек двух разных диаметров, расположенных поочередно. Большое отверстие — для посадки корпуса, меньшее — для гибкого проводника, которым соединяют в цепь расположенные рядом диоды. Такая заготовка для диодов в металлическом корпусе без крышки глядит так:

Возможны и другие варианты конструкции панели, но принцип прежний — последовательно-параллельное соединение элементов. Принцип как сделать солнечную батарею из диодов был описан еще в советское время. Ниже приведено фото иллюстрации тех времен, на которой показаны способы разборки элементов и принципиальная схема соединения:

Панель из диодов в стеклянных корпусах

Эти элементы менее мощные и способны «генерировать» токи менее одного миллиампера, но их достоинство в том, что кристалл полупроводника не надо «открывать».

У некоторых серий корпус изначально прозрачный, а у тех элементов, корпуса которых окрашены, надо просто смыть краску растворителем.

К таким относятся диоды Д223Б, которые способны при оптимальной ориентации относительно яркого солнца выдавать напряжение около 0,3 В, что почти сопоставимо с более мощными аналогами.

Пошаговый процесс изготовления солнечной панели выглядит так:

  • помещают на некоторое время диоды в емкость с растворителем;
  • достают из растворителя элементы и счищают с них размягченную краску;
  • сгибают под 180° выводы анодов (это необходимо для правильного положения кристалла полупроводника относительно плоскости монтажной платы;
  • монтируют на монтажной плате элементы, объединяя их в последовательно параллельные группы согласно схеме соединения.

Вот так выглядит панель, состоящая из 9 параллельно соединенных блоков по 12 элементов в каждом:

Как видно, помещенная на солнце, она выдает напряжение в 2.5 В, а ее мощности хватает, чтобы полностью зарядить за 2 часа ионистор емкостью 0,47 Ф.

Панель из светодиодов

Любой светодиод обладает обратимостью: он не только излучает свет под напряжением, но и наоборот — генерирует электричество под воздействием света. Максимальная ЭДС у сверхярких элементов — до 1.65 В, но ток при этом получается очень маленьким — до 20 мкА. Зеленые индикаторные светодиоды с линзой диаметром 3 или 5 мм при освещении выдают почти 1.6 В. Совсем немного уступают им красные и оранжевые светодиоды с линзой 5 мм.

Но изготовить из них солнечную панель, способную работать как эффективное зарядное устройство, не получится из-за крайне маленького тока.

Панель солнечной батареи из транзисторов

Так же как и у диодов, открытый полупроводниковый кристалл транзистора при освещении образует разность потенциалов на p-n переходах. Если провести измерения, то в результате окажется, что всегда есть пара контактов, которая выдает максимально возможную мощность.

Но перед этим надо «открыть» корпус транзистора — аккуратно снять крышку. Вот так выглядит транзистор 2Т908А «внутри»:

Обычно наибольшая ЭДС возникает между коллектором и базой или эмиттером и базой. Перед сборкой домашней солнечной панели надо протестировать все заготовленные элементы и рассортировать их по группам (блокам) с наиболее близкими значениями суммарных напряжений.

Примечание: Один из основных недостатков мощных транзисторов отечественного производства — это «нестабильность» характеристик.

Например, чтобы подобрать приблизительно одинаковую пару для двухкаскадного усилителя, надо было «прозвонить» вручную несколько транзисторов.

Для увеличения общего напряжения и тока применяют смешанное соединение.

Схема сборки элементов солнечной батареи

Первый вариант. Соединяют параллельно группы (блоки) с одинаковым суммарным напряжением последовательно собранных элементов, и получают на выходе сумму токов от каждого блока. Схема приведена ниже:

Второй вариант. Элементы с приблизительно одинаковыми напряжениями соединяют в группе параллельно (выходной ток будет равен сумме токов). А чтобы нарастить напряжение, несколько таких групп соединяют последовательно.

В сравнении с диодной солнечной панелью собранный транзисторный блок при одинаковой мощности будет занимать большую площадь.

Сборка корпуса

Самый простой корпус для панели домашней солнечной батареи изготавливают из фанеры или листового пластика:

  • Вырезают по размеру лист, к которому крепят панель.
  • По периметру листа крепят саморезами или на клей небольшие бортики высотой чуть больше толщины панели.
  • Сверлят отверстия под выходной кабель с клеммами для подключения аккумулятора.
  • Подключают к панели кабель через диод Шотки (это надо, чтобы обезопасить аккумулятор от короткого замыкания).
  • Сверху накрывают лист светопрозрачным листом — оргстеклом или монолитным поликарбонатом. Крепят его к бортам саморезами.

В качестве средства повышения эффективности панели из одного блока иногда используют алюминиевые банки. Такая солнечная батарея своими руками выглядит так:

В этой конструкции донышко от алюминиевой банки выполняет роль вогнутого зеркала, которое «собирает» в фокусе отраженные лучи света.

Даже если кристалл полупроводника не лежит в главном фокусе, он все равно расположен на главной оптической оси, а это уже увеличивает концентрацию светового потока. Но такая конструкция оправдана в случае, если размеры панели не имеют значения, а количество диодов или транзисторов ограничено.

Описанные выше схемы не могут служить в качестве источника альтернативной энергии для подключения сколь значимого по мощности потребителя.

Их достоинство в том, что можно использовать элементную базу, которая морально устарела и досталась практически даром как «наследство» от советской промышленности. Изготовление подобной батареи можно рассматривать как хобби или приобретение полезных навыков у новичка. А практическая польза, хоть небольшая, но будет.

Устройство солнечной батареи. Теория

Состав и устройство солнечной батареи, ее элементов определяют эффективность выработки энергии готовым изделием. В настоящее время, для генерации электрической энергии используются солнечные панели на основе кремния (с-Si, mc-Si & кремниевые тонкопленочные батареи), теллурида кадмия CdTe, соединения медь-индий (галлий)-селен Cu(InGa)Se2, а также концентраторные батареи на основе арсенида галлия (GaAs). Ниже будут даны краткие описания каждой из них.

Солнечные батареи основе кремния

Солнечные батареи (СБ) на основе кремния составляют на сегодняшний день порядка 85% всех выпускаемых солнечных панелей. Исторически это обусловлено тем, что при производстве СБ на основе кремния использовался обширный технологический задел и инфраструктура микроэлектронной промышленности, основной «рабочей лошадкой» которой также является кремний. В результате, многие ключевые технологии микроэлектронной промышленности такие как выращивания кремния, нанесения покрытий, легирования, удалось адаптировать для производства кремниевых батарей с минимальными изменениями и инвестициями. Кроме того, кремний – один из самых распространенных элементов земной коры и составляет по разным данным 27-29% по массе. Таким образом, нет никаких физических ограничений для производства значительной доли электроэнергии Земли с имеющимися запасами Si.

Различают два основных типа кремниевых СБ – на основе монокристаллического кремния (crystalline-Si, c-Si) и на основе мультикристаллического (multicrystalline-Si, mc-Si) или поликристаллического. В первом случае используется высококачественный (и, соответственно, более дорогой) кремний выращенный по методу Чохральского, который является стандартным методом для получения кремниевых пластин-заготовок для производства микропроцессоров и микросхем. Эффективность СБ изготовленных из монокристаллического кремния составляет обычно 19-22%. Не так давно, фирма Panasonic заявила о начале промышленного выпуска СБ с эффективностью 24,5% (что вплотную приближается к максимально возможному теоретически значению ~30%).

Во втором случае для производства СБ используется более дешевый кремний произведенный по методу направленной кристаллизации в тигле (block-cast), специально разработанного для производства СБ. Получаемые в результате кремниевые пластины состоят из множества мелких разнонаправленных кристаллитов (типичные размеры 1-10мм) разделенных границами зерен. Подобные неидеальности кристаллической структуры (дефекты) приводят к снижению эффективности – типичные значения эффективности СБ из mc-Si составляют 14-18%. Снижение эффективности данных СБ компенсируется их меньшей ценой, так что цена за один ватт произведенной электроэнергии оказывается примерно одинаковой для солнечных панелей как на основе c-Siтак и mc-Si.

Тонкопленочные солнечные панели

Возникает вопрос – зачем разрабатывать другие типы модулей, если солнечные панели на основе моно- и мультикристаллического кремния уже созданы и показывают неплохие результаты? Очевидный ответ — чтобы добиться еще большего снижения стоимости и улучшения технологичности и эффективности, по сравнению с обычными c-Si и mc-Siсолнечными батареями.

Дело в том, что обычные кремниевые фотоэлектрические модули наряду с преимуществами, перечисленными выше, обладают и рядом недостатков. Кемний из-за своих особых электрофизических свойств (непрямозонный полупроводник) обладает довольно низким коэффициентом поглощения, особенно в области инфракрасных длин волн. Таким образом, толщина кремниевой пластины для эффективного поглощения солнечного излучения должна составлять довольно внушительные 100-300 мкм. Более толстые пластины означают больший расход материала, что ведет к удорожанию СБ.

В то же время, прямозонные полупроводники на вроде GaAs, CdTe, Cu(InGa)Se2, и даже некоторые модифицированные формы Si, способны поглощать требуемое количество солнечной энергии при толщине всего в несколько микрон. Открывается заманчивая перспектива сэкономить на расходных материалах, а также на электроэнергии, которой требуется значительно меньше для изготовления более тонкого слоя полупроводника. Еще одной положительной чертой СБ на основе вышеназванных полупроводников – в отличие от СБ на основе c-Si и mc-Si– является их способность не снижать эффективность преобразования солнечной энергии в электрическую даже в условиях рассеянного излучения (облачный день или в тени).

Исследования СБ на основе теллурида кадмия (CdTe) начались еще в 1970х годах ввиду их потенциального использования в качестве перспективных для космических аппаратов. А первое широкое применение «на земле» подобные СБ нашли в качестве элементов питания карманных микрокалькуляторов.

Данные элементы представляют собой гетероструктуру из тонких слоев p-CdTe / n-CdS (суммарная толщина 2-8 мкм) напыленных на стеклянную подложку (основу). Эффективность современных фотоэлектрических элементов данного типа равняется 15-17%. Основным (и фактически единственным) производителем СБ на основе теллурида кадмия является американская фирма FirstSolar, которая занимает 4-5% всего рынка.

К сожалению, есть проблемы с обоими элементами входящими в состав соединения CdTe. Кадмий – это экологически вредный тяжелый метал, который требует особых методов обращения и ставит сложный вопросутилизации старых изделий. В виду этого, законодательство многих стран ограничивает свободную продажу гражданам СБ этого типа (строятся только масштабных солнечных электростанций под гарантии утилизации от фирмы производителя). Второй элемент – теллур, довольно редко встречается в земной коре. Уже в настоящее время более половины всего добываемого теллура идет на изготовление солнечных панелей, а перспективы нарастить добычу – довольно призрачны.

Солнечные батареи на основе соединения медь-индий (галлий)-селен Cu(InGa)Se2 (иногда обозначаются как CIGS) являются новичками на рынке солнечной энергетики. Несмотря на то, что начало исследований элементов этого типа было положено еще в середине 70х, в настоящее время коммерческий выпуск в боле-менее солидных масштабах ведет всего лишь фирма SolarFrontierKKиз Японии. Отчасти это связано с технически сложным и дорогим процессом изготовления, хотя в некоторых (удачных!) случаях их эффективность может достигать 20%.

Несмотря на отсутствие экологически вредных элементов в составе этого соединения, значительному расширению производства данных солнечных модулей в будущем угрожает дефицит индия. Ведутся исследования с целью заменить дорогой In на более дешевые элементы и может быть скоро появятся новые изделия на основе соединения Cu2ZnSn(S,Se)4.

Фотоэлектрические модули на основе аморфного кремния a-Si:H. Тонкопленочные солнечные батареи могут быть построены также и на основе хорошо известного кремния, если удастся каким-либо образом улучшить его способности к поглощению солнечного света. Применяются две основные методики:

— увеличить путь прохождения фотонов посредством многократного внутреннего переотражения;

— использовать аморфный кремний (a-Si), обладающий гораздо большим коэффициентом поглощения чем обычный кристаллический кремний (с-Si).

По первому пути пошла австралийская фирма CSGSolarLtd, разработавшая СБ с эффективностью 10-13% при толщине слоя кремния всего 1,5 мкм. По второму – швейцарская OerlikonSolar (которую сейчас перекупили японцы), создавшая комбинированные солнечные панели на основе слоев аморфного и кристаллического кремния a-Si / с-Si эффективность которых также составляет 11-13%. Своеобразной особенностью СБ из аморфного кремния является снижение эффективности их работы при понижении температуры окружающего воздуха (у всех остальных — наоборот). Так, фирма производитель рекомендует устанавливать данные модули в странах с жарким климатом.

Концентраторные солнечные модули

Наиболее совершенные и самые дорогие на сегодняшний день солнечные модули обладают эффективностью фотоэлектрического преобразования до 44%. Они представляют собой многослойные структуры из разных полупроводников последовательно выращенных друг на друге слой за слоем. Наиболее успешной является структура состоящая из трех слоев:  Ge (нижний полупроводник и подложка), GaAsи GaInP. Благодаря тому, что в подобной комбинации каждый отдельный полупроводниковый слой поглощает наиболее эффективно свой определенный диапазон солнечного спектра (определяемый шириной запрещенной зоны полупроводника), достигается наиболее полное поглощение солнечного света во всем диапазоне длин волн, недостижимое для СБ состоящих из одного типа полупроводника. К сожалению, процесс изготовления подобных многослойных полупроводниковых слоев очень сложен технически и, как следствие, весьма дорог.  

Если солнечные батареи стоят очень дорого, фокусировка солнечного излучения на меньшей площади СБ может применяться как эффективный способ снижения финансовых затрат. Например, собрав при помощи линзы солнечный свет с 10 см2 и сфокусировав его на 1 см2 солнечной батареи, можно получить тоже количество электроэнергии, что и от элемента площадью 10 см2 без концентратора, но экономя при этом целых 90% площади! Но при этом, набор подобных ячеек (солнечная батарея + линза) должен быть смонтирован на подвижной механической системе, которая будет ориентировать оптику в направлении солнца в то время как оно движется по небу в течении дня, что увеличивает стоимость системы.

В настоящее время экономически оправдано использовать подобные дорогие концентраторные солнечные модули только в тех странах и регионах земного шара, где круглый год имеется в достатке прямое солнечное излучение (рассеянное излучение не может быть сфокусировано линзой). Так, французская фирма-производитель концентраторных СБ SOITEC устанавливает свои СБ в Калифорнии, ЮАР, на юге Франции (Прованс), в Испании.  

Органические солнечные батареи и модули фотосенсибилизованные красителем

Но есть и новый тип тонкопленочных солнечных батарей, такой как сенсибилизированные красителем солнечные элементы, которые работают на совершенно ином принципе, чем все модули рассмотренные выше, на принципе больше напоминающем фотосинтез у растений. Но их пока нет в коммерческой продаже.

 

Трушин М.В. Ph.D

 

 

 

 

Изготовление солнечных панелей | Karbon CNS

Изготовление солнечных панелей в промышленных условиях

Фотоэлектрическая ячейка, вырабатывающая электричество под воздействием солнечного света, — это по своей сути полупроводник. Практика показала, что максимальной эффективностью обладают модули из кремния.

Фотоэлектрическая ячейка, вырабатывающая электричество под воздействием солнечного света, — это по своей сути полупроводник. Практика показала, что максимальной эффективностью обладают модули из кремния.

В природе этот химический элемент распространен повсеместно и в больших количествах. Но для изготовления фотопластин исходный материал в первоначальном виде не пригоден. Огромное количество примесей снизит КПД до нуля.

Для производства фотоэлектрических модулей кремниевое сырье следует очистить. Для этого разработаны две базовые технологии:

  • выращивание монокристаллов;
  • осаждение поликристаллической пленки.
    Обе технологии получили коммерческое развитие.

    Солнечные панели из монокристаллического кремния

    Исходное сырье расплавляется при температуре порядка 1450°С. В расплав помещается затравочный кристалл, который и становится центром монолитной структуры. Когда цельный кристалл достигает достаточных технологических размеров, он распускается на тонкие пластины. Они и становятся основой будущей солнечной батареи.

Таким образом получают наиболее однородные и чистые заготовки. Их коэффициент полезного действия в готовом модуле максимален. Но и стоимость производства в этом случае также максимальна.
Панели из монокристаллов обладают черным цветом и скругленными краями ячеек.

Солнечные панели из поликристаллического кремния

Эта технология проще, поэтому ощутимо дешевле. Сырье также расплавляют, но используются уже пары. Они охлаждаются, вследствие чего конденсируются и осаждаются в виде тонких пластин. Структура получается неоднородной и содержит некоторое количество примесей.

Достаточно чистые поликристаллические солнечные панели показывают вполне приличные эксплуатационные характеристики при низкой цене. Основная проблема в том, что низкокачественные изделия быстро деградируют. Если вы решили выбрать этот вариант, внимательно изучайте послужной список производителя.
Внешне солнечные панели из поликристаллов отличаются синим цветом и четкими углами отдельных ячеек.

Способы повышения КПД кремниевых солнечных панелей

Для улучшения функций на кремниевую основу наносят пленки из других элементов — арсения, галлия, меди, кадмия, селена, теллурия. Многослойная структура повышает срок службы и устойчивость к погодным условиям, при этом эффективность батарей остается на прежнем уровне. Тыльная сторона пластин защищается аморфным кремнием.

Солнечный модуль изготавливается из матрицы элементов, которые соединяются последовательно и параллельно через диоды Шоттки. Назначение диодов — отсечка затененных модулей при сохранении общей работоспособности солнечной батареи.

Специалисты «Карбон КНС» помогут подобрать солнечные батареи проверенных производителей с разумным сочетанием цены и качества. Планируете строительство солнечной электростанции — у нас будут лучшие условия.

Как своими руками сделать солнечную батарею для дома

Самодельная солнечная батарея – полноценная замена выпущенных солнечных панелей, ведь по мощности она ничем не уступает.

Основные этапы изготовления

  1. Сборка рамы.
  2. Изготовление подложки.
  3. Подготовка светочувствительных элементов и их пайка.
  4. Закрепление пластин на подложке.
  5. Подключение диодов и всех проводов.
  6. Герметизация.

Выбор светочувствительных пластин

Они являются главным элементом будущей устанавливаемой на крыше дачи или частного дома солнечной панели. Именно от их особенностей будет зависеть мощность всей сделанной в домашних условиях установки. Можно установить:

  1. Монокристаллические пластины.
  2. Поликристаллические пластины.
  3. Аморфный кристалл.

Первые способны создать наибольшее количество электрического тока. Такая их производительность проявляется в условиях отличного освещения. Если  интенсивность освещения становится меньше, их эффективность падает. Более продуктивной в таких условиях становится панель с поликристаллическими пластинами. Она при плохом освещении сохраняет привычный для себя небольшой КПД 7-9%. Монокристаллические радуют КПД, равным 13%.

Аморфный кремний отстает в производительности, однако из-за того, что является гибким и неуязвимым к ударам, он самый дорогой.

Самые хорошие светочувствительные элементы  стоят дорого. Это касается тех пластин, в которых нет ни одного дефекта. Дефектные же изделия имеют чуть меньшую мощность и стоят значительно дешевле. Именно такие фотоэлементы стоит использовать для своего, создаваемого в домашних условиях, источника тока.

В наиболее популярных мировых интернет-магазинах (именно там есть наибольшее количество предложений по основным элементам солнечной панели) продают разные по размерам фотопластинки. Для своей батареи нужно покупать светочувствительные элементы с одинаковыми размерами. При покупке, а еще лучше, при разработке проекта стоит учитывать такие нюансы:

  1. Фотоэлементы различных размеров генерируют ток с разной силой. Чем больше размер, тем больше сила тока. При этом она будет ограниченной силой тока наименьшего элемента. Неважно, что на панели размещается пластина с вдвое большими размерами. Панель будет выдавать электрический ток с той силой, которую имеет ток, созданный наименьшим элементом. Поэтому крупные элементы будут немного «отдыхать».
  2. Напряжение от размеров не зависит. Оно зависит от типа элементов. Его можно нарастить, подключив пластины последовательно.
  3. Мощность всей установки для частного дома или дачи является произведением напряжения и силы тока.

Расчет характеристик панели

Солнечная панель должна генерировать такой электрический ток, который может легко заряжать 12-вольтные батареи. Для их подзарядки необходим ток с большим напряжением. Очень хорошо, когда ток, созданный солнечной батарей, имеет напряжение 18 В.

Ни один из небольших светочувствительных элементов не выдает такого напряжения. Нужно узнать характеристики тока, который может создать один фотоэлемент. Часто продавцы указывают эти цифры.

Например, одна пластина дает ток с напряжением 0,5 В. Чтобы получить на выходе солнечной панели 18 В, нужно выполнить последовательное подключение 36 фотоэлементов. В таком случае общее напряжение является равным сумме напряжений токов, полученных на всех светочувствительных пластинах. Сила тока при последовательном подключении не изменится. Поэтому она будет равна показателю, который дает наименьший по размерам фотоэлемент.

Если нужно увеличить силу тока, то придется устанавливать дополнительное количество пластин и подключать их параллельно. Общая сила тока будет суммой сил токов, созданных каждой параллельно подключенной пластиной.

Расчет солнечных батарей, которые будут стоять на крыше дачи или частного дома, делают так:

  1. Рассчитывают мощность устройств, которые будет заряжать солнечная батарея.
  2. Определяют возможности наименьшего по размерам фотоэлемента. Это можно узнать как у продавцов, так и самостоятельно, поставив его на свет и, измерив напряжение и силу тока.
  3. Определяют напряжение и силу тока самой панели. Например, 18 В и 3 А. Эти величины дадут возможность узнать мощность панелей. Она будет составлять 18х3 = 54 Вт. Для несколько часовой работы светодиодных ламп этого хватит.
  4. Сравнивают мощность источника света с мощностью электроприборов. При необходимости вносят коррективы в основные параметры тока. Меняют мощность, а вместе с ней напряжение или силу тока. Высчитывают нужное количество панелей.
  5. Рассчитывают нужное для одной панели число фотоэлементов. Оно должно быть таким, чтобы дать электроэнергию с необходимыми характеристиками. При этом определяют количество пластин в одном ряду и учитывают способ их подключения.

Большинство проектов, которые касаются того, как сделать солнечную батарею, предусматривают изготовление изделия с площадью 1 м². Часто мощность такой батареи составляет около 120 Вт. 10 панелей дадут более 1 кВт. Если планируется полностью обеспечивать свой дом бесплатной электрической энергией, то следует разрабатывать проект, предусматривающий столько панелей, общая площадь которых превышает 20 кв. м. При размещении их на солнечной стороне и в местах, где интенсивность освещения очень высока, они способы перекрыть месячную потребность в электроэнергии величиной 300 кВт. Даже для среднего дома эта цифра является большой.

Изготовление каркаса солнечной панели

Его можно собрать из любых подручных материалов, среди которых могут быть алюминиевые пивные банки или рулоны фольги.  Выбрасывать такие банки не стоит, ведь из них можно собрать хороший воздушный солнечный коллектор. Он будет накапливать тепло солнца и передавать его из пивных банок в середину дома.

Материалами для изготовления каркаса могут быть:

  1. Дерево и фанера, а также ДВП.
  2. Алюминиевые уголки.
  3. Стекло.
  4. Оргстекло.
  5. Поликарбонат.
  6. Плексиглас.
  7. Минеральное стекло.

Из материалов, представленных в первых двух пунктах, изготавливают раму.

Деревянный каркас

Если проект предусматривает использование дерева и ДСП, то процесс изготовления рамы в домашних условиях включает следующие этапы:

  1. Разрезание деревянных реек толщиной 2 см на отрезки. Их длина зависит от того, какие размеры будет иметь рама. Их определяют, смотря на длину и ширину рядов, расположенных на расстоянии 5 мм фотопластин.
  2. Сборка реек в рамку и скрепление их шурупами. Посередине рамки можно сделать 1-2 перекладины. В таком случае придется разбивать светочувствительные пластины на 2-3 группы.
  3. Вырезание одного большого или нескольких малых листов фанеры толщиной 10 мм.
  4. Закрепление на рамке вырезанных кусков фанеры.
  5. Сверление в нижнем и среднем бортике каркаса малых отверстий. На одном бортике делают до 5 отверстий. Они необходимы для выравнивания давления во время нагревания будущей солнечной панели, а также для удаления влаги.
  6. Вырезание из ДСП подложки для фотопластин. Она должна размещаться в середине каркаса. Поэтому ее размеры должны быть меньше ширины и длины каркаса на величину, равную толщине бортиков, умноженной на 2. Подложку в каркасе еще не фиксируют.
  7. Покраска всех элементов светлой краской. Ее нужно наносить несколькими слоями. Краска должна быть специальной. Она не должна выгорать на солнце. Ее цвет должен быть светлым потому, что он отражает лучи, часть из которых смогут уловить полупроводниковые пластины.

Прозрачная часть в виде стекла или аналогов фиксируется в самом конце.

Для того, чтобы сделать солнечную батарею своими руками, лучше всего использовать минеральное стекло. Оно прекрасно поглощает инфракрасные лучи, защищая этим панель от нагревания, и способно противостоять ударам. Оно дорогое. Худший вариант – поликарбонат и стекло. Последнее является тяжелым и не выдерживает ударов, как и пивные банки.

Алюминиевый каркас

Если проект предусматривает использование алюминиевых уголков 35 мм, то раму в домашних условиях делают так:

  1. Разрезают уголки на отрезки нужной длины. При этом противоположные края одной стороны срезают под углом 45°.
  2. Возле концов несрезанных сторон сверлят отверстия. Аналогичные делают по середине и возле концов сторон со срезанными углами.
  3. Складывают четыре уголка так, чтобы они создали раму.
  4. Прикладывают уголки длиной 35 мм и размерами 50х50 мм к углам рамы, фиксируют их метизами.
  5. На внутреннюю поверхность алюминиевых уголков наносят силиконовый герметик.
  6. Размещают стекло на герметике и слегка прижимают. Ждут полного высыхания герметика.
  7. Фиксируют стекло метизами, которые могут лежать возле стеклянных банок. Их надо установить по углам стекла и по середине каждой стороны.
  8. Очищают стекло от пыли.

Пайка светочувствительных пластин

Эта работа требует максимальной осторожности, поскольку светочувствительные элементы являются очень хрупкими. Небольшая нагрузка приводит к их разрушению.

Пластины могут иметь припаянные проводники, а могут и не иметь их. Первый вариант является лучшим, поскольку нужно будет только делать пайку элементов. Второй вариант требует пайки проводников в домашних условиях к пластинам из полупроводника. Он проводится так:

  1. Нарезают плоский проводник на тоненькие полоски. Их длина должна быть немного меньше двойной величины ширины пластины.
  2. Промазывают безкислотным флюсом ту часть лицевой стороны пластины, которая будет контактировать с проводником.
  3. Прикладывают проводник и выступающий его конец фиксируют тяжелым предметом. Другой конец паяют. Паяльник должен иметь мощность 60-80 Вт. Припой используют оловянный. Лудить контакт надо только тогда, когда шина плохо припаивается.

Спайка элементов в единую систему предусматривает:

  1. Переворачивание пластин так, чтобы тыльная сторона оказалась вверху.
  2. Размещение на подложке фотоэлементов. Их ставят в нужной последовательности на одинаковом расстоянии (5 мм) друг от друга. Лучше всего это делать по ранее нарисованной разметке.
  3. Далее к контактам на нижней стороне припаивают провода соседней пластины. Так происходит последовательное соединение фотоэлементов.
  4. На центр тыльной стороны каждой пластины наносят герметик. Спаянный ряд переворачивают, снова выкладывают по разметке и слегка прижимают.
  5. Чтобы обеспечить последовательное соединение рядов, четные ряды разворачивают на 180°.
  6. Ряды припаивают к двум шинам, размещенным на их концах. При этом к одной шине припаивают контакты «+» нечетных рядов и контакты «-» четных. Контакт «-» находится на лицевой стороне, контакт «+» – на тыльной. К другой шине паяют контакты «-» нечетных рядов и контакты «+» четных.
  7. К шине с положительным зарядом припаивают диод Шоттки.
  8. К шинам припаивают кабель, который потом нужно будет вывести через тыльную сторону каркаса.

Образовавшуюся систему проверяют. Выносят подложку с фотоэлементами из дома на солнце и подключают вольтметр. Если показатели отклоняются от плановых, проверяют качество пайки контактов.

После подложку со светочувствительными элементами ставят в каркас и фиксируют шурупами. Если он деревянный, то на рамки наносят герметик, дают ему высохнуть, ставят стекло и закрепляют шурупами. Если каркас алюминиевой, подложку прикрепляют к раме со стеклом.

пошаговые инструкции по сборке в домашних условиях из разных материалов с фото и видео

Наверное, нет такого человека, который не хотел бы стать более независимым. Возможность полностью распоряжаться собственным временем, путешествовать, не зная границ и расстояний, не задумываться о жилищных и финансовых проблемах — вот что даёт ощущение настоящей свободы. Сегодня мы расскажем о том, как, используя солнечное излучение, снять с себя бремя энергетической зависимости. Как вы догадались, речь пойдёт о солнечных батареях. А если быть точнее, то о том, можно ли своими руками построить настоящую солнечную электростанцию.

История создания и перспективы использования

Идею превращения энергии Солнца в электричество человечество вынашивало давно. Первыми появились гелиотермальные установки, в которых перегретый сконцентрированными солнечными лучами пар вращал турбины генератора. Прямое преобразование стало возможным лишь в середине XIX века, после того, как француз Александр Эдмон Баккарель открыл фотоэлектрический эффект. Попытки создать на основании этого явления действующую солнечную ячейку увенчались успехом лишь полвека спустя, в лаборатории выдающегося русского учёного Александра Столетова. Полностью описать механизм фотоэлектрического эффекта удалось ещё позже — человечество обязано этим Альберту Энштейну. К слову, именно за эту работу он получил Нобелевскую премию.

Баккарель, Столетов и Энштейн — вот те учёные, которые заложили фундамент современной солнечной энергетики

О создании первого солнечного фотоэлемента на основе кристаллического кремния возвестили мир сотрудники компании Bell Laboratories в далёком апреле 1954 года. Эта дата, по сути, и является отправной точкой технологии, которая в скором времени сможет стать полноценной заменой углеводородному топливу.

Поскольку ток одной фотоэлектрической ячейки составляет миллиамперы, то для получения электроэнергии достаточной мощности их приходится соединять в модульные конструкции. Защищённые от внешнего воздействия массивы солнечных фотоэлементов и являются солнечной батареей (из-за плоской формы устройство нередко называют солнечной панелью).

Преобразование солнечного излучения в электричество имеет огромные перспективы, ведь на каждый квадратный метр земной поверхности приходится в среднем 4.2 кВт/час энергии в день, а это экономия практически одного барреля нефти в год. Изначально используемая лишь для космической отрасли технология уже в 80-х годах прошлого века стала настолько обыденной, что фотоэлементы стали использовать в бытовых целях — в качестве источника питания калькуляторов, фотоаппаратов, светильников и т. д. Параллельно создавались и «серьёзные» гелиоэлектрические установки. Закреплённые на крышах домов, они позволяли полностью отказаться от проводного электричества. Сегодня можно наблюдать рождение электростанций, представляющих собой многокилометровые поля из кремниевых панелей. Вырабатываемая ими мощность позволяет питать целые города, поэтому можно с уверенностью говорить о том, что будущее — за солнечной энергетикой.

Современные солнечные электростанции представляют собой многокилометровые поля фотоэлементов, способные снабжать электричеством десятки тысяч домов

Солнечная батарея: как это работает

После того как Энштейн описал фотоэлектрический эффект, миру открылась вся простота такого, казалось бы, сложного физического явления. В его основе лежит вещество, отдельные атомы которого находятся в неустойчивом состоянии. При «бомбардировке» фотонами света из их орбит выбиваются электроны — вот они-то и являются источниками тока.

Практически полвека фотоэффект не имел практического применения по одной простой причине — отсутствовала технология получения материалов с неустойчивой атомной структурой. Перспективы дальнейших исследований появились лишь с открытием полупроводников. Атомы этих материалов имеют либо избыток электронов (n-проводимость), или же испытывают в них нехватку (p-проводимость). При использовании двухслойной структуры со слоем n-типа (катод) и p-типа (анод), «обстрел» фотонами света выбивает электроны из атомов n-слоя. Покидая свои места, они устремляются на свободные орбиты атомов p-слоя и далее через подключённую нагрузку возвращаются на исходные позиции. Наверное, каждый из вас знает, что движение электронов в замкнутом контуре представляет собой электрический ток. Вот только заставить электроны перемещаться удаётся не благодаря магнитному полю, как в электрических генераторах, а за счёт потока частиц солнечного излучения.

Солнечная панель работает благодаря фотоэлектрическому эффекту, который был открыт ещё в начале XIX века

Поскольку мощность одного фотоэлектрического модуля недостаточна для питания электронных устройств, то для получения требуемого напряжения используется последовательное подключение множества ячеек. Что же касается силы тока, то её наращивают параллельным соединением определённого количества таких сборок.

Генерация электричества в полупроводниках напрямую зависит от количества солнечной энергии, поэтому фотоэлементы не только устанавливают под открытым небом, но и стараются сориентировать их поверхность перпендикулярно падающим лучам. А чтобы защитить ячейки от механических повреждений и атмосферного воздействия, их монтируют на жёстком основании и сверху защищают стеклом.

Классификация и особенности современных фотоэлементов

Первую солнечную ячейку изготовили на основе селена (Se), однако низкий КПД (менее 1%), быстрое старение и высокая химическая активность селеновых фотоэлементов вынуждали искать другие, более дешёвые и эффективные материалы. И они нашлись в лице кристаллического кремния (Si). Поскольку этот элемент периодической таблицы является диэлектриком, его проводимость обеспечили за счёт включений из различных редкоземельных металлов. В зависимости от технологии изготовления существует несколько типов кремниевых фотоэлементов:

  • монокристаллические;
  • поликристаллические;
  • из аморфного Si.

Первые изготавливаются методом срезания тончайших слоёв от слитков кремния самой высокой степени очистки. Внешне фотоэлементы монокристаллического типа выглядят как однотонные тёмно-синие стеклянные пластины с выраженной электродной сеткой. Их КПД достигает 19%, а срок службы составляет до 50 лет. И хоть производительность изготовленных на основе монокристаллов панелей постепенно падает, есть данные, что изготовленные более 40 лет назад батареи и сегодня сохраняют работоспособность, выдавая до 80% своей первоначальной мощности.

Монокристаллические солнечные ячейки имеют однородный тёмный цвет и срезанные углы — эти признаки не позволяют спутать их с другими фотоэлементами

В производстве поликристаллических фотоэлементов используют не такой чистый, но зато более дешёвый кремний. Упрощение технологии сказывается на внешнем виде пластин — они имеют не однородный оттенок, а более светлый узор, который образуют границы множества кристаллов. КПД таких солнечных ячеек немного ниже, чем у монокристаллических — не более 15%, а срок службы составляет до 25 лет. Надо сказать, что снижение основных эксплуатационных показателей абсолютно не сказалось на популярности поликристаллических фотоэлементов. Они выигрывают за счёт более низкой цены и не такой сильной зависимости от внешней загрязнённости, низкой облачности и ориентации на Солнце.

Поликристаллические фотоэлементы имеют более светлый синий оттенок и неоднородный рисунок — следствие того, что их структура состоит из множества кристаллов

Для солнечных батарей из аморфного Si используется не кристаллическая структура, а тончайший слой кремния, который напыляют на стекло или полимер. Хоть подобный метод производства и является самым дешёвым, такие панели имеют самый короткий срок жизни, причиной чему является выгорание и деградация аморфного слоя на солнце. Не радует этот тип фотоэлементов и производительностью — их КПД составляет не более 9% и во время эксплуатации существенно снижается. Использование солнечных батарей из аморфного кремния оправдано в пустынях — высокая солнечная активность нивелирует падение производительности, а бескрайние просторы позволяют размещать гелиоэлекростанции любой площади.

Возможность напылять кремниевую структуру на любую поверхность позволяет создавать гибкие солнечные панели

Дальнейшее развитие технологии производства фотоэлектрических элементов вызвано необходимостью в снижении цены и улучшении эксплуатационных характеристик. Максимальной производительностью и долговечностью сегодня обладают плёночные фотоэлементы:

  • на основе теллурида кадмия;
  • из тонких полимеров;
  • с использованием индия и селенида меди.

О возможности применения в самодельных устройствах тонкоплёночных фотоэлементов говорить пока ещё рано. Сегодня их выпуском занимается только несколько наиболее «продвинутых» в технологическом плане компаний, поэтому чаще всего гибкие фотоэлементы можно увидеть в составе готовых солнечных панелей.

Какие фотоэлементы лучше всего подходят для солнечной батареи и где их можно найти

Изготовленные кустарным способом солнечные панели всегда будут находиться на шаг позади своих заводских собратьев, и на то есть несколько причин. Во-первых, известные производители тщательно отбирают фотоэлементы, отсеивая ячейки с нестабильными или сниженными параметрами. Во-вторых, при изготовлении гелиоэлектрических батарей используется специальное стекло с повышенным светопропусканием и сниженной отражающей способностью — найти такое в продаже практически невозможно. И в-третьих, прежде чем приступать к серийному выпуску, все параметры промышленных образцов обкатывают с использованием математических моделей. В итоге минимизируется влияние нагрева ячеек на КПД батареи, улучшается система отвода тепла, находится оптимальное сечение соединяющих шин, исследуются пути снижения скорости деградации фотоэлементов и т. д. Решать подобные задачи, не имея оборудованной лаборатории и соответствующей квалификации, невозможно.

Низкая стоимость самодельных солнечных батарей позволяет построить установку, позволяющую полностью отказаться от услуг энергокомпаний

Тем не менее сделанные своими руками солнечные батареи показывают неплохие результаты производительности и не так уж и сильно отстают от промышленных аналогов. Что же касается цены, то здесь мы имеем выигрыш более чем в два раза, то есть при одинаковых затратах самоделки дадут в два раза больше электроэнергии.

Учитывая всё вышесказанное, вырисовывается картина того, какие фотоэлементы подходят под наши условия. Плёночные отпадают по причине отсутствия в продаже, а аморфные — из-за короткого срока службы и низкого КПД. Остаются ячейки из кристаллического кремния. Надо сказать, что в первом самодельном устройстве лучше использовать более дешёвые «поликристаллы». И только обкатав технологию и «набив руку», следует переходить на монокристаллические ячейки.

Для обкатки технологий подойдут дешёвые некондиционные фотоэлементы — как и качественные устройства, их можно купить на зарубежных торговых площадках

Что касается вопроса, где взять недорогие солнечные элементы, то их можно найти на зарубежных торговых площадках типа Taobao, Ebay, Aliexpress, Amazon и др. Там они продаются как в виде отдельных фотоэлементов различных размеров и производительности, так и готовыми наборами для сборки солнечных панелей любой мощности.

Продавцы нередко предлагают фотоэлементы так называемого класса «B», которые представляют собой повреждённые солнечные батареи моно- или поликристаллического типа. Небольшие сколы, трещины или отсутствие уголков практически не сказывается на производительности ячеек, зато позволяет приобрести их по гораздо меньшей стоимости. Именно по этой причине их выгоднее всего использовать в самодельных гелиоэнергетических устройствах.

Можно ли заменить фотоэлектрические пластины чем-то другим

Редко у какого домашнего мастера не найдётся заветной коробочки со старыми радиодеталями. А ведь диоды и транзисторы от старых приёмников и телевизоров являются всё теми же полупроводниками с p-n-переходами, которые при освещении солнечным светом вырабатывают ток. Воспользовавшись этими их свойствами и соединив несколько полупроводниковых приборов, можно сделать самую настоящую солнечную батарею.

Для изготовления маломощной солнечной батареи можно использовать старую элементную базу полупроводниковых приборов

Внимательный читатель сразу же спросит, в чём подвох. Зачем платить за фабричные моно- или поликристаллические ячейки, если можно использовать то, что лежит буквально под ногами. Как всегда, дьявол скрывается в деталях. Дело в том, что самые мощные германиевые транзисторы позволяют получить на ярком солнце напряжение не более 0.2 В при силе тока, измеряемой микроамперами. Для того чтобы достичь параметров, которые выдаёт плоский кремниевый фотоэлемент, понадобится несколько десятков, а то и сотен полупроводников. Сделанная из старых радиодеталей батарея сгодится разве что для зарядки кемпингового светодиодного фонаря или небольшого аккумулятора мобильного телефона. Для реализации более масштабных проектов, без покупных солнечных ячеек не обойтись.

На какую мощность солнечных батарей можно рассчитывать

Задумываясь о строительстве собственной солнечной электростанции, каждый мечтает о том, чтобы полностью отказаться от проводного электричества. Для того чтобы проанализировать реальность этой затеи, сделаем небольшие расчёты.

Узнать суточное потребление электроэнергии несложно. Для этого достаточно заглянуть в присланный энергосбывающей организацией счёт и разделить количество указанных там киловатт на число дней в месяце. К примеру, если вам предлагают оплатить 330 кВт×час, то это значит, что суточное потребление составляет 330/30=11 кВт×час.

График зависимости мощности солнечной батареи в зависимости от освещённости

В расчётах следует обязательно учитывать тот факт, что солнечная панель будет вырабатывать электричество только в светлое время суток, причём до 70% генерации осуществляется в период с 9 до 16 часов. Кроме того, эффективность работы устройства напрямую зависит от угла падения солнечных лучей и состояния атмосферы.

Небольшая облачность или дымка снизят эффективность токоотдачи гелиоустановки в 2–3 раза, тогда как затянутое сплошными облаками небо спровоцирует падение производительности в 15–20 раз. В идеальных условиях для генерации 11 кВт×час энергии было бы достаточно солнечной батареи мощностью 11/7 = 1.6 кВт. Учитывая влияние природных факторов, этот параметр следует увеличить примерно на 40–50%.

Кроме того, есть ещё один фактор, заставляющий увеличить площадь используемых фотоэлементов. Во-первых, не следует забывать о том, что ночью батарея работать не будет, а значит, понадобятся мощные аккумуляторы. Во-вторых, для питания бытовых приборов нужен ток напряжением 220 В, поэтому понадобится мощный преобразователь напряжения (инвертор). Специалисты утверждают, что потери на накопление и трансформацию электроэнергии забирают до 20–30% от её общего количества. Поэтому реальная мощность солнечной батареи должна быть увеличена на 60–80% от расчётной величины. Принимая значение неэффективности в 70%, получаем номинальную мощность нашей гелиопанели, равную 1.6 + (1.6×0.7) =2.7 кВт.

Использование сборок из высокотоковых литиевых аккумуляторов является одним из наиболее изящных, но отнюдь не самым дешёвым способом хранения солнечной электроэнергии

Для хранения электроэнергии понадобятся низковольтные аккумуляторы, рассчитанные на напряжение 12, 24 или 48 В. Их ёмкость должна быть рассчитана на суточное потребление энергии плюс потери на трансформацию и преобразование. В нашем случае понадобится массив батарей, рассчитанных на хранение 11 + (11×0.3) = 14.3 кВт×час энергии. Если использовать обычные 12-вольтовые автомобильные аккумуляторы, то понадобится сборка на 14300 Вт×ч / 12 В = 1200 А×ч, то есть шесть аккумуляторов, рассчитанных на 200 ампер-часов каждый.

Как видите, даже для того, чтобы обеспечить электричеством бытовые потребности средней семьи, понадобится серьёзная гелиоэлектрическая установка. Что касается использования самодельных солнечных батарей для отопления, то на данном этапе такая затея не выйдет даже на границы самоокупаемости, не говоря уж о том, чтобы можно было что-то сэкономить.

Расчёт размера батареи

Размер батареи зависит от требуемой мощности и габаритов источников тока. При выборе последних вы обязательно обратите внимание на предлагаемое разнообразие фотоэлементов. Для использования в самодельных устройствах удобнее всего выбирать солнечные ячейки среднего размера. Например, рассчитанные на выходное напряжение 0.5 В и силу тока до 3 А поликристаллические панели размером 3×6 дюймов.

При изготовлении солнечной батареи они будут последовательно соединяться в блоки по 30 шт, что позволит получить требуемое для зарядки автомобильной батареи напряжение 13–14 В (учитывая потери). Максимальная мощность одного такого блока составляет 15 В × 3 А = 45 Вт. Исходя из этого значения, будет нетрудно подсчитать, сколько элементов понадобится для постройки солнечной панели заданной мощности и определить её размеры. Например, для постройки 180-ваттного солнечного электрического коллектора понадобится 120 фотоэлементов общей площадью 2160 кв. дюймов (1.4 кв.м).

Постройка самодельной солнечной батареи

Прежде чем приступать к изготовлению солнечной панели, следует решить задачи по её размещению, рассчитать габариты и подготовить необходимые материалы и инструмент.

Правильный выбор места установки — это важно

Поскольку солнечная панель будет изготавливаться своими руками, соотношение её сторон может быть любым. Это очень удобно, поскольку самодельное устройство можно более удачно вписать в экстерьер кровли или дизайн загородного участка. По этой же причине выбирать место для монтажа батареи следует ещё до начала проектировочных мероприятий, не забывая учитывать несколько факторов:

  • открытость места для солнечных лучей в течение светового дня;
  • отсутствие затеняющих построек и высоких деревьев;
  • минимальное расстояние до помещения, в котором установлены аккумулирующие мощности и преобразователи.

Конечно, установленная на крыше батарея выглядит более органично, однако размещение устройства на земле имеет больше преимуществ. В этом случае исключается возможность повреждения кровельных материалов при установке поддерживающего каркаса, снижается трудоёмкость монтажа устройства и появляется возможность своевременного изменения «угла атаки солнечных лучей». И что самое главное — при нижнем размещении будет намного проще поддерживать чистоту поверхности солнечной панели. А это является залогом того, что установка будет работать в полную силу.

Монтаж солнечной панели на крыше вызвана скорее нехваткой места, чем необходимостью или удобством эксплуатации

Что понадобится в процессе работы

Приступая к изготовлению самодельной солнечной панели, следует запастись:

  • фотоэлементами;
  • многожильным медным проводом или специальными шинами для соединения солнечных ячеек;
  • припоем;
  • диодами Шоттки, рассчитанными на токоотдачу одного фотоэлемента;
  • качественным антибликовым стеклом или плексигласом;
  • рейками и фанерой для изготовления каркаса;
  • силиконовым герметиком;
  • метизами;
  • краской и защитным составом для обработки деревянных поверхностей.

В работе понадобится самый простой инструмент, который всегда есть под рукой у домовитого хозяина — паяльник, стеклорез, пила, отвёртка, малярная кисть и др.

Инструкция по изготовлению

Для изготовления первой солнечной батареи лучше всего использовать фотоэлементы с уже припаянными выводами — в этом случае уменьшается риск повреждения ячеек при сборке. Тем не менее, если вы имеете навыки обращения с паяльником, то сможете немного сэкономить, купив солнечные элементы с нераспаянными контактами. Для постройки панели, которую мы рассматривали в приведённых выше примерах, понадобится 120 пластин. Используя соотношение сторон примерно 1:1, потребуется укладка 15 рядов фотоэлементов по 8 штук в каждом. При этом мы сможем каждые два «столбика» соединить последовательно, а четыре таких блока подключить параллельно. Таким образом можно избежать путаницы в проводах и получить ровный, красивый монтаж.

Схема электрических соединений домашней солнечной электростанции

Корпус

Сборку солнечной панели всегда следует начинать с изготовления корпуса. Для этого нам понадобятся алюминиевые уголки или деревянные рейки высотой не более 25 мм — в этом случае они не будут бросать тень на крайние ряды фотоэлементов. Исходя из размеров наших кремниевых ячеек размером 3х6 дюймов (7.62х15.24 см), размер рамы должен составлять не менее 125х 125 см. Если вы решите использовать другое соотношение сторон (например, 1:2), то каркас можно дополнительно усилить поперечиной из рейки такого же сечения.

Обратную сторону корпуса следует зашить панелью из фанеры или OSB, а в нижнем торце рамы просверлить вентиляционные отверстия. Соединение внутренней полости панели с атмосферой понадобится для выравнивания влажности — в противном случае не избежать запотевания стёкол.

Для изготовления корпуса солнечной панели подойдут самые простые материалы — деревянные рейки и фанера

По внешнему размеру каркаса вырезают панель из плексигласа или высококачественного стекла высокой степени прозрачности. В крайнем случае можно использовать оконное стекло толщиной до 4 мм. Для его крепления подготавливают уголковые кронштейны, в которых выполняют сверления для крепления к раме. При использовании оргстекла можно проделать отверстия непосредственно в прозрачной панели — это упростит сборку.

Чтобы защитить деревянный корпус солнечной батареи от влаги и грибка, его пропитывают антибактериальным составом и окрашивают масляной краской.

Для удобства сборки электрической части, из ДВП или другого диэлектрического материала вырезают подложку по внутреннему размеру рамы. В дальнейшем на ней будет выполняться монтаж фотоэлементов.

Пайка пластин

Перед тем как начать пайку, следует «прикинуть» укладку фотоэлементов. В нашем случае понадобится 4 массива ячеек по 30 пластин в каждом, причём располагаться в корпусе они будут пятнадцатью рядами. С такой длинной цепочкой будет неудобно работать, к тому же возрастает риск повреждения хрупких стеклянных пластин. Рационально будет соединять по 5 деталей, а окончательную сборку выполнять после того, как фотоэлементы будут смонтированы на подложке.

Для удобства, фотоэлементы можно смонтировать на непроводящей подложкке из текстолита, оргстекла или ДВП

После соединения каждой цепочки, следует проверить её работоспособность. Для этого каждую сборку помещают под настольную лампу. Записывая значения силы тока и напряжения, можно не только контролировать работоспособность модулей, но и сравнивать их параметры.

Для пайки используем маломощный паяльник (максимум 40 Вт) и хороший, легкоплавкий припой. Его в небольшом количестве наносим на выводные части пластин, после чего, соблюдая полярность подключения, соединяем детали друг с другом.

При пайке фотоэлементов следует проявлять максимальную аккуратность, поскольку эти детали отличаются повышенной хрупкостью

Собрав отдельные цепочки, разворачиваем их тыльной частью к подложке и при помощи силиконового герметика приклеиваем к поверхности. Каждый 15-вольтовый блок фотоэлементов снабжаем диодом Шоттки. Этот прибор позволяет току протекать только в одном направлении, поэтому не позволит аккумуляторам разряжаться при низком напряжении солнечной панели.

Окончательное соединение отдельных цепочек фотоэлементов выполняют согласно представленной выше электрической схеме. В этих целях можно использовать специальную шину или многожильный медный провод.

Навесные элементы солнечной батареи следует закрепить термоклеем или саморезами

Сборка панели

Подложки с расположенными на них фотоэлементами укладывают в корпус и крепят саморезами. Если рама усиливалась поперечиной, то в ней выполняют несколько сверлений под монтажные провода. Кабель, который выводят наружу, надёжно фиксируют на раме и припаивают к выводам сборки. Чтобы не путаться с полярностью, лучше всего использовать двухцветные провода, подключая красный вывод к «плюсу» батареи, а синий — к её «минусу». По верхнему контуру рамы наносят сплошной слой силиконового герметика, поверх которого укладывают стекло. После окончательной фиксации сборку солнечной батареи считают законченной.

После того, как на герметик будет установлено защитное стекло, панель можно транспортировать к месту установки

Установка и подключение солнечной батареи к потребителям

В силу ряда причин самодельная солнечная панель является достаточно хрупким устройством, поэтому требует обустройства надёжного поддерживающего каркаса. Идеальным вариантом будет конструкция, которая позволит ориентировать источник бесплатной электроэнергии в обеих плоскостях, однако сложность такой системы чаще всего является весомым доводом в пользу простой наклонной системы. Она представляет собой подвижную раму, которую можно выставить под любым углом к светилу. Один из вариантов каркаса, сбитого из деревянного бруса, представлен ниже. Вы же можете использовать для его изготовления металлические уголки, трубы, шины и т. д. – всё, что есть под руками.

Чертёж каркаса солнечной батареи

Чтобы подключить солнечную батарею к аккумуляторам, понадобится контроллер заряда. Этот прибор будет следить за степенью заряда и разряда батарей, контролировать токоотдачу и выполнять переключение на сетевое питание при значительной просадке напряжения. Прибор необходимой мощности и требуемого функционала можно купить в тех же торговых точках, где продаются фотоэлементы. Что касается питания бытовых потребителей, то для этого потребуется трансформировать низковольтное напряжение в 220 В. С этим успешно справляется другое устройство — инвертор. Надо сказать, что отечественная промышленность выпускает надёжные приборы с хорошими ТТХ, поэтому преобразователь можно купить на месте — бонусом в этом случае будет «настоящая» гарантия.

Одной солнечной батареи для полноценного электроснабжения дома будет недостаточно — понадобятся еще и аккумуляторы, контроллер заряда и инвертор

В продаже можно найти инверторы одной и той же мощности, отличающиеся по цене в разы. Подобный разброс объясняется «чистотой» выходного напряжения, что является необходимым условием питания отдельных электрических устройств. Преобразователи с так называемой чистой синусоидой имеют усложнённую конструкцию, и как следствие, более высокую стоимость.

Видео: изготовление солнечной панели своими руками

Постройка домашней солнечной электростанции является нетривиальной задачей и требует как финансовых и временных затрат, так и минимальных знаний основ электротехники. Приступая к сборке солнечной панели, следует соблюдать максимальное внимание и аккуратность — только в этом случае можно рассчитывать на удачное решение вопроса. Напоследок хотелось бы напомнить о том, что загрязнение стекла является одним из факторов падения производительности. Не забывайте своевременно чистить поверхность солнечной панели, иначе она не сможет работать на полную мощность.

Кто и как производит солнечные панели?

Неизменный рост потребления энергии солнечного света способствует увеличению спроса на оборудование, с помощью которого эту энергию можно накапливать и использовать для дальнейших нужд. Наиболее популярным способом получения электроэнергии является солнечная фотовольтаика. В первую очередь объясняется это тем, что производство солнечных батарей основано на использовании кремния – химического элемента, занимающего второе место по содержанию в земной коре.

Рынок солнечных батарей на сегодняшний день представляют крупнейшие мировые компании с многомиллионными оборотами и многолетним опытом. В основе производства солнечных панелей лежат различные технологии, которые постоянно совершенствуются. В зависимости от ваших нужд вы можете найти солнечные батареи, размеры которых позволяют встроить их в микрокалькулятор, или панели, которые без проблем разместятся на крыше здания или автомобиля. Как правило, одиночные фотоэлементы вырабатывают очень небольшое количество мощности, поэтому используются технологии, позволяющие соединять их в так называемые солнечные модули. О том, кто и как это делает и пойдет речь дальше.

Технологический процесс изготовления солнечных панелей

1 этап

Первое с чего начинается любое производство, в том числе и производство солнечных батарей – это подготовка сырья. Как мы уже упоминали выше, основным сырьем в данном случае служит кремний, а точнее кварцевый песок определенных пород. Технология подготовки сырья состоит из 2 процессов:

  1. Этап высокотемпературного плавления.
  2. Этап синтеза, сопровождающийся добавлением различных химических веществ.

Путем этих процессов достигают максимальной степени очистки кремния до 99,99%. Для изготовления солнечных батарей чаще всего используют монокристаллический и поликристаллический кремний. Технологии их производства различны, но процесс получения поликристаллического кремния менее затратный. Поэтому солнечные батареи, изготовленные из этого вида кремния, обходятся потребителям дешевле.

После того, как кремний прошел очистку, его разрезают на тонкие пластины, которые, в свою очередь, тщательно тестируют, производя замер электрических параметров посредством световых вспышек ксеноновых ламп высокой мощности. После проведенных испытаний пластины сортируют и отправляют на следующий этап производства.

2 этап

Второй этап технологии представляет собой процесс пайки пластин в секции, с последующим формированием из этих секций блоков на стекле. Для переноса готовых секций на поверхность стекла используют вакуумные держатели. Это необходимо для того, чтобы исключить возможность механического воздействия на готовые солнечные элементы. Секции, как правило, формируют из 9 или 10 солнечных элементов, а блоки – из 4 или 6 секций.

3 этап

3 этап – это этап ламинирования. Спаянные блоки фотоэлектрических пластин ламинируют этиленвинилацетатной пленкой и специальным защитным покрытием. Использование компьютерного управления позволяет следить за уровнем температуры, вакуума и давления. А также программировать требуемые условия ламинирования в случае использования разных материалов.

4 этап

На последнем этапе изготовления блоков солнечных батарей монтируется алюминиевая рама и соединительная коробка. Для надежного соединения коробки и модуля используется специальный герметик-клей. После чего солнечные батареи проходят тестирование, где измеряют показатели тока короткого замыкания, тока и напряжения точки максимальной мощности и напряжения холостого хода. Для получения необходимых значений силы тока и напряжения возможно объединение не только солнечных элементов, но и готовых солнечных блоков между собой.

Какое оборудование необходимо?

При производстве солнечных панелей необходимо использовать только качественное оборудование. Это обеспечивает минимальные погрешности при измерении различных показателей в процессе тестирования солнечных элементов и состоящих из них блоков. Надежность оборудования предполагает более долгий срок эксплуатации, следовательно, минимизируются расходы на замену вышедшего из строя оборудования. При низком качестве возможны нарушения технологии изготовления.

Основное оборудование, используемое в процессе производства солнечных панелей:

  1. Стол для перемещения. Незаменим при осуществлении различных действий с солнечными модулями. Обрезка краев, укладка, установка соединительной коробки – эти и многие другие операции производят исключительно на данном столе. Закрепленные на столешнице неметаллические шарики позволяют без каких-либо усилий перемещать модуль, не повреждая его при этом.
  2. Ламинатор для солнечных батарей. Как понятно из названия, данное оборудование применяется при ламинации солнечных элементов. Все необходимые параметры поддерживаются специальными контроллерами. Имеется возможность выбора как полностью автоматизированного режима работы, так и ручного управления.
  3. Инструмент для резки ячеек (рисунок справа). Разрезание ячеек осуществляется волоконным лазером. Размеры задаются программно.
  4. Машина для очистки стекла. Оборудование используется для очистки стеклянных подложек. Процесс происходит в несколько этапов. Сначала стекло очищают с использованием моющего средства, для чего применяют нейлоновые щетки, а затем споласкивают деионизированной водой в 2 этапа. Затем стеклянные подложки сушат холодным и горячим воздухом.

Кто поставляет нам солнечные батареи?

Солнечные панели – дело очень перспективное, а главное прибыльное. Количество покупаемых солнечных батарей увеличивается с каждым годом. Что обеспечивает постоянный рост объемов продаж, в котором заинтересован любой завод по производству солнечных батарей, а их по всему миру немало.

На первом месте стоят, конечно, китайские компании. Низкая стоимость солнечных батарей, которые китайцы экспортируют по всему миру, привела к появлению множества проблем у других крупнейших компаний. За последние 2-3 года о закрытии производства солнечных панелей объявили, по меньшей мере, 4 немецких бренда. Началось все с банкротства компании Solon, после которой закрылись Solarhybrid, Q-Cells и Solar Millennium. Американская компания First Solar также заявила о закрытии своего завода во Франкфурте-на-Одере. Свое производство панелей свернули и такие гиганты как Siemens и Bosch. Хотя, учитывая, что китайские солнечные батареи стоят, к примеру, почти в 2 раза дешевле немецких аналогов, удивляться здесь нечему.

Первые места в топе компаний, производящих солнечные панели, занимают:

  • Yingli Green Energy (YGE) является ведущим производителем солнечных батарей. За 2012 год ее прибыль составила более 120 млн. $. Всего она установила солнечных модулей более чем на 2 ГВт. Среди ее продукции панели из монокристаллического кремния мощностью 245-265 Вт и поликристаллические кремниевые батареи мощностью 175-290 Вт.
  • First Solar. Хоть эта компания и закрыла свой завод в Германии, в числе крупнейших она все-таки осталась. Ее профиль – это тонкопленочные панели, мощность которых за 2012 год составила около 3,8 ГВт.
  • Suntech Power Ко. Производственные мощности этого китайского гиганта составляют примерно 1800 МВт в год. Около 13 млн солнечных батарей в 80 странах мира – это результат труда этой компании.

Среди российских заводов следует выделить:

  • «Солнечный ветер»
  • ООО «Хевел» в Новочебоксарске
  • «Телеком-СТВ» в Зеленограде
  • ОАО «Рязанский завод металлокерамических приборов»
  • ЗАО «Термотрон-завод» и другие.

Более полный перечень фирм, изготавливающих и поставляющих оборудование и изделия для солнечной энергетики, вы найдете в нашем Каталоге производителей и поставщиков.

Не отстают и страны СНГ. Так, например, завод по производству солнечных батарей еще в прошлом году был запущен в Астане. Это первое предприятия подобного рода в Казахстане. В качестве сырья планируется использовать 100% казахского кремния, а оборудование, установленное на заводе, отвечает всем последним требованиям и полностью автоматизировано. Запуск аналогичного завода есть и в планах у Узбекистана. Инициатором строительства выступила крупнейшая китайская компания Suntech Power Holdings Co, такое же предложение поступило и от российского нефтяного гиганта «ЛУКОЙЛ».

При таких темпах строительства, следует ожидать повсеместного использования солнечных модулей. Но это и неплохо. Экологичный энергетический источник, дающий бесплатную энергию, сможет решить множество проблем, связанных с загрязнением окружающей среды и истощением запасов природного топлива.

Статью подготовила Абдуллина Регина

Видео о процессе изготовления солнечных панелей:

Производство солнечных батарей может быть безвредным для природы

Солнечные батареи позволяют отказаться от сжигания ископаемого топлива и снизить выбросы угрожающих климату парниковых газов. Тем не менее, производство традиционных кремниевых фотоэлементов также связано с выбросами CO2. Сделать сектор по-настоящему углеродно-нейтральному могут солнечные панели на основе перовскитов.

Использование возобновляемой энергии, включая солнечную, считается одним из главных способов сократить выбросы парниковых газов и предотвратить климатическую катастрофу. Тем не менее, производство солнечных батарей также связано с эмиссией CO2, отмечает Inverse.

Доля сектора в общих глобальных выбросах углерода сегодня незначительна, но по мере того, как мир переходит на ВИЭ, она может заметно увеличиться. По данным международной команды исследователей, уже в ближайшие десять лет производство солнечных панелей на основе кремния будет генерировать больше парниковых газов, чем международная авиация.

Существует технология, способная сделать солнечную энергетику по-настоящему углеродно-нейтральной. Речь о перовскитных солнечных элементах с обратным переходом. Эксперименты неоднократно демонстрировали, что такие батареи дешевле и эффективнее традиционных кремниевых, однако их коммерческому успеху препятствует низкий срок службы.

Авторы работы предложили методику, которая позволит продлить жизнь перовскитным солнечным элементам. Воспользовавшись технологией герметизации стекла, которую применяют при изготовлении лобовых стекол автомобилей, они создали воздухонепроницаемую оболочку, способную предотвратить проникновение кислорода к перовскиту и деградацию последнего.

КПД получившегося элемента составил 9,3% — рекордный уровень для перовскита, заключенного в стекло.

По словам исследователей, хотя такая методика изготовления солнечных панелей не идеальна, она генерирует в 20 раз меньше выбросов, чем производство кремниевых элементов. Это важный шаг как к коммерциализации солнечной энергетики на основе перовскитов, так и к достижению углеродной нейтральности сектора.

Tesla планирует сделать солнечную энергию намного более популярной, запустив продажи солнечной черепицы Solarglass на рынках Европы и Китая. Между тем, конкурирующая компания Standard Industries уже принимает заказы.

ТОП-10 производителей солнечных батарей 2018 г.

Производство солнечных элементов в 2018 году означало изменения на многих фронтах, но это можно запомнить как год, в течение которого китайские компании предприняли дальнейшие стратегические шаги в рамках текущего мандата Пекина по позиционированию страны как глобального центра высокотехнологичного производства.

В этой статье объясняется, как это оказывает драматическое влияние на производство солнечных элементов, не контролируемых ведущими финансируемыми Китаем компаниями, и что это на самом деле означает с точки зрения технологий солнечных элементов и отраслевых дорожных карт технологий в течение 2019 года.

В содержании и объеме статьи также изложены темы, которые сформируют двухдневную повестку дня предстоящей конференции PV CellTech 2019 в Пенанге, Малайзия, 12-13 марта 2019 года.

Когда около десяти лет назад в Китае произошла первая волна расширения производственных мощностей, за ней последовали различные формы вертикальной интеграции, в ходе которой многие компании создали предприятия по производству ячеек и модулей в масштабе GW. В то время как это происходило, в других странах, таких как Тайвань, все еще было место для производства чистых клеток.

В результате этого мировое производство аккумуляторов попало в топ-10 списков, в которые вошли различные китайские и тайваньские компании, а также более известные производители, такие как SunPower, REC Solar и Q-CELLS (впоследствии южнокорейская компания Hanwha Q-CELLS). Некоторое время Япония также предоставляла представительства через такие компании, как Kyocera и Sharp Solar.

Примерно в то же время, когда производство клеток на Тайване росло, произошло резкое сокращение производства клеток в Японии, где затраты были просто слишком высоки, чтобы конкурировать с производственными эталонами Китая и Тайваня.

Со временем китайские компании стали больше лидировать, основываясь исключительно на капитальных затратах, для масштабирования с 1 ГВт до уровня 3-5 ГВт. За пределами Китая единственной компанией, которой удалось добиться такого расширения производственных мощностей, была Hanwha Q-CELLS, с амбициозным строительством новых заводов в Южной Корее.

Однако за последние пару лет произошел дальнейший сдвиг, во время которого производство тайваньских клеток было сокращено, что частично совпало с ростом новых специалистов в области чистых игр в Китае, в первую очередь Tongwei и Aiko. Эти новые участники вплетены в ткань производственных устремлений Китая, занимая центральное место в каналах поставок, которые простираются до поставок пластин из таких компаний, как LONGi и Zhonghuan, и предназначены для всех, кто производит модуль в Китае.

Примечательно, что Tongwei и Aiko не стремились изобретать велосипед: скорее, это был тот же моно и мульти-моно p-типа, но с тестом 1 ГВт, прежде чем он стал ошеломляющим, и планами расширения, кратными 5 ГВт, которые появляются. лучше игнорировать любые красные флажки с точки зрения предложения на рынке, торговых войн и опасений переизбытка производственных мощностей.

Фактически, без действующих тарифов, некитайские компании просто не могли бы конкурировать с такими, как Tongwei и Aiko, если бы бизнес сотовой связи p-типа был последней игрой.К счастью, это не так. Однако что было сделано, так это заставило производство клеток за пределами Китая сконцентрироваться на дифференциации добавленной стоимости, что, по сути, является еще одним способом введения n-типа в обсуждение здесь. Подробнее об этом ниже, так как в отношении ожидаемого ландшафта производства ячеек в 2019 году.

Прежде всего, следует отметить, что приведенный ниже список является предварительным и в него будут внесены некоторые незначительные изменения, когда мы узнаем больше о показателях использования клеточных линий всех основных производителей клеток за последние несколько месяцев 2018 года.

У нас есть группа из четырех компаний (JA Solar, Trina Solar, JinkoSolar и Canadian Solar), которые можно рассматривать как всемирно признанных производителей интегрированных элементов / модулей, которые производят несколько гигаваттных элементов (как в Китае, так и в Китае). и объекты в Юго-Восточной Азии), используя, например, внутренние китайские поставщики сотовых телефонов от таких компаний, как Tongwei и Aiko. JA Solar и JinkoSolar в значительной степени репозиционировались как производители p-моно элементов PERC, Trina Solar находится в процессе внесения изменений, а Canadian Solar по-прежнему сохраняет своего рода лояльность по многим параметрам.

Hanwha Q-CELLS — это в значительной степени единственные в своем роде, если смотреть на компании, и самый близкий объект в солнечной энергии на сегодняшний день, который позволяет нам проводить параллели с деятельностью корейского конгломерата в секторе плоских дисплеев. С точки зрения глобального бренда модулей, компания похожа на четырех основных игроков Silicon Module Super League (SMSL), указанных выше.

Производство

Cell отличается тем, что в него вносит основной вклад Южная Корея, которая в последние годы является приоритетной для капиталовложений, по сравнению с устаревшими площадками Solarfun в Китае и Q-CELLS в Малайзии.

LONGi Solar также уникальна в нашем топ-10 по многим параметрам, в первую очередь по размеру всей производственно-сбытовой цепочки (от слитка к модулю), но в частности по масштабу и позиционированию своего бизнеса по извлечению слитков в Китае. Более подробная информация о LONGi Solar будет представлена ​​в наших последующих обзорах производства поли / слитков / пластин и блогов о поставках модулей на PV-Tech в течение следующих нескольких недель.

Shunfeng (или с точки зрения производства ячеек Wuxi Suntech) является еще одним уникальным продуктом в указанной выше категории и ведущим примером устаревшего китайского центра производства ячеек / модулей (Suntech), которому удалось поддерживать уровень производства на значимых уровнях, поддержанный на внутреннем рынке и при отсутствии опций ячеек / модулей за рубежом или сильных глобальных уровнях модульного бизнеса.Ограничения капитальных вложений предотвратили какой-либо серьезный переход от многопрофильного производства р-типа.

Как упоминалось ранее, Тонгвэй и Айко должны быть сгруппированы вместе. Эти компании были одним из факторов упадка тайваньской индустрии ячеек, и их вклад в производство ячеек только увеличится в течение 2019 года. Еще неизвестно, вызовет ли мощность ячеек 20 ГВт на компанию с однозначной маржой просто эффект домино устранение еще большего числа сотовых конкурентов, или если они будут отвлечены от своего нынешнего смысла существования из-за иллюзий величия (например, попытки стать глобальными поставщиками модулей).

Наконец, на сегодняшний день у нас есть единственный значимый производитель тонкопленочных солнечных элементов в мире — First Solar, подробнее о котором ниже.

Обычно можно было бы ожидать, что объявления о расширении GW n-типа поступят от компаний, которые потратили годы на изучение НИОКР и опытно-конструкторских работ, или от компаний, доказавших свою успешность в производстве моноэлементов p-типа с несколькими ГВт. Или действительно от компаний, которые обладали знаниями о n-типе и стремились повысить уровень своего бизнеса.

Таким образом, нет ничего безумного в том, чтобы сомневаться в расширении мощностей n-типа в Китае, которое произошло в 2018 году и будет продолжаться в течение этого года.Я еще вернусь к этому в других блогах, поскольку попытка полностью объяснить заслуживает обсуждения сама по себе.

На данный момент, однако, следует отметить, что практически ничего из топ-10 компаний, показанных выше, не происходит от n-типа в 2018 году, и стратегии почти всех новичков n-типа в Китае за последние 12-18 месяцев полностью ориентированы на удовлетворение внутренних потребностей в выделении из вариантов Top Runner.

Но для производителей оборудования это сейчас период ажиотажа по капвложениям.И почему бы нет? Ставки очень высоки, и если несколько новых ГВ-станций n-типа покажут успех, это может в одночасье изменить всю солнечную промышленность и вынудить n-тип незамедлительно включиться в план действий каждого производителя солнечных элементов во всем мире.

Также в 2018 году многие лидеры ячеек p-типа сделали первые шаги на территорию n-типа, и в 2019 году здесь обязательно появятся новые мощности.

Последнее крупное расширение производства специального оборудования для осаждения в солнечной промышленности (PVD / PECVD) произошло около десяти лет назад в виде производственных линий «под ключ» на основе кремния-кремния.Несколько миллиардов долларов было потрачено на такие компании, как Applied Materials, Oerlikon и ULVAC, бесконечные ресурсы были предоставлены на маркетинговые кампании; сегодня а-си — не более чем символический жест и во всех смыслах мертв.

Текущий ландшафт n-типа, однако, сильно отличается, поскольку это все еще естественная эволюция дорожной карты всего p-типа, который составляет более 90% годового потребления солнечной энергии. И сегодня моно преобладает над мульти, и у нас есть недорогая вытяжка слитков в Китае, готовая перейти на поставку дополнительных мощностей n-типа.Это меняет все, предполагая, что это вопрос времени для n-типа, но, возможно, не из-за первой волны компаний, осуществивших крупные инвестиции в 2017/2018 годах.

Если бы существовали награды за наиболее впечатляющие достижения в области технологии ячеек в массовом производстве, можно было бы решить, что First Solar стала победителем здесь в 2018 году. Трудно передать, насколько впечатляющим был переход от Series 4 к Series 6, или даже просто Дело в том, что это произошло в первой инстанции.

В отличие от почти всех капвложений в Китае лидеров рынка ячеек c-Si, которые представляли собой крупномасштабное развертывание с низким уровнем риска и низким барьером для входа известных мульти- или монофонических устройств p-типа (Al-BSF или PERC), который изначально был внедрен в массовое производство западными компаниями — First Solar Series 4 — Series 6 возник благодаря 20-летним инвестициям в исследования и разработки, а также отношениям с поставщиками оборудования, которые сегодня являются уникальными в солнечной отрасли.

Добавьте к этому работающие линии Series 4, обычно с коэффициентом использования 95-99% и переносом эффективности модуля CdTe в неизведанные воды, и вы начнете видеть, как First Solar с точки зрения производства элементов не просто дифференцируется по технологии (тонкопленочные, а не c-Si), но с точки зрения производственного бизнеса.

2018 знаменует собой возвращение к тонкопленке, входящей в топ-10 рейтингов по производству ячеек, и, хотя Series 6 все еще находится в стадии наращивания, и затраты все еще необходимо полностью определить, вероятно, рейтинг First Solar улучшится. когда будет проведена сводка производства ячеек в 2019 году.

В четвертый год своего существования предстоящая конференция PV CellTech 2019 (Пенанг, Малайзия, 12-13 марта 2019 г.) снова станет основным событием года, на котором можно услышать от технических директоров 10 ведущих производителей ячеек, многие из которых новые компании n-типа, стремящиеся изменить основную технологию ячеек в ближайшие 12-18 месяцев, и все ведущие поставщики оборудования и материалов, которые играют ключевую роль в сокращении затрат и повышении эффективности.

PV CellTech теперь стал дорожной картой отрасли в области фотоэлектрических технологий, и для эксклюзивных участников предлагает аналитические обзоры рынка и создание сетей, которые стимулируют многие ведущие стратегии компании в будущем.В 2018 году билеты на мероприятие были распроданы, поэтому бронируйте место заранее, чтобы гарантировать участие.

Анализ затрат на производство солнечной энергии | Солнечные исследования

NREL анализирует производственные затраты, связанные с фотоэлектрическими (PV) технологиями,
в том числе кристаллический кремний, теллурид кадмия, диселенид галлия, меди, индия,
перовскит и солнечные элементы типа III-V.

Эти анализы часто основаны на восходящих моделях затрат для нескольких компонентов вдоль
цепочка поставок, предлагая подробный анализ факторов затрат.Ключевые результаты этих
анализы бывают:

  • Минимальные устойчивые цены (MSP)
  • Пошаговые и общие производственные затраты для данного процесса для определения факторов затрат
  • Дорожные карты, определяющие потенциальные пути снижения затрат.

Минимальная устойчивая цена

NREL регулярно использует расчеты MSP при анализе производственных затрат.MSP представляет
минимальная цена, которую необходимо будет взимать за фотоэлектрическую технологию в любой момент времени
покрыть все производственные и накладные расходы и вернуть инвесторам в срок
норма прибыли.

MSP не является рыночной ценой и не предназначен для обозначения минимально достижимой цены.
для данной технологии. Скорее, расчеты MSP позволяют проводить сравнения «яблоки с яблоками».
между различными технологиями и может показать, как рыночные цены соотносятся со стоимостью
производить технологию.

Восходящее моделирование производственных затрат

Во многих анализах производственных затрат NREL используется восходящее моделирование. Расходы
материалов, оборудования, средств, энергии и рабочей силы, связанных с каждым шагом в
производственный процесс моделируется индивидуально. Исходные данные для этого метода анализа
собираются путем первичных собеседований с производителями фотоэлектрических элементов, материалов и оборудования.
поставщики.

Этот подход позволяет NREL оценивать пошаговые затраты и определять факторы затрат.
для данного материала и производственного процесса.

Исследователи NREL рассматривают полный процесс производства солнечных элементов и модулей
при проведении моделирования затрат снизу вверх.

Моделирование затрат на прошлые и будущие периоды

С 2010 года NREL проводит восходящий анализ производственных затрат на определенную
технологии — с периодически добавляемыми новыми технологиями — чтобы получить представление о
факторы, которые со временем приводят к снижению затрат на фотоэлектрические системы

NREL также создает дорожные карты, которые иллюстрируют, как инновации, увеличение объема производства,
и другие факторы могут привести к сокращению затрат в будущем.

Эта дорожная карта, разработанная NREL, предлагает пути дальнейшего снижения стоимости кремния.
солнечные элементы и показывает, как каждая категория производственных затрат может со временем развиваться.

Публикации

Оптоэлектроника на основе III-V с недорогой динамической гидридной парофазной эпитаксией, кристаллов (2019)
Технико-экономический анализ и дорожная карта снижения затрат для солнечных элементов III-V , Технический отчет NREL (2018)

Найдите больше публикаций по анализу затрат на производство солнечной энергии.

Учебники

Посмотрите эти видеоролики, чтобы узнать о подходе NREL к технико-экономическому анализу (TEA) и
стоимостное моделирование фотоэлектрических технологий.Они являются частью серии видеоуроков NREL Solar TEA Tutorials.

Подход и методология технико-экономического анализа фотоэлектрических модулей

Моделирование затрат для конкретных фотоэлектрических технологий

от кремниевой пластины до элемента

В нашей предыдущей статье о цикле производства солнечных панелей мы представили общую схему стандартной процедуры изготовления солнечных фотоэлектрических модулей из второго по распространенности минерала на Земле — кварца .

С химической точки зрения кварц состоит из объединенных кристаллических структур кремнекислородных тетраэдров из диоксида кремния (SiO 2 ) , самого сырья, необходимого для производства солнечных элементов .

Процесс производства от сырого кварца до солнечных элементов включает в себя ряд этапов, начиная с выделения и очистки кремния , за которым следует его нарезка на пригодные для использования диски — кремниевые пластины , которые затем перерабатываются в готовые к эксплуатации. -собрать солнечные батареи.

Лишь немногие производители контролируют всю цепочку создания стоимости от кварца до солнечных элементов. В то время как большинство компаний, производящих солнечные фотоэлектрические модули, являются не чем иным, как сборщиками готовых солнечных элементов, закупленных у различных поставщиков, некоторые фабрики имеют, по крайней мере, собственную линию по производству солнечных элементов , на которой сырье в виде кремниевых пластин подвергается дальнейшей обработке и очистке.

В этой статье мы подробно объясним процесс изготовления солнечного элемента из кремниевой пластины.

Структура производства солнечных элементов

В фотоэлектрической отрасли производственная цепочка от кварца до солнечных элементов обычно включает 3 основных типа компаний, которые сосредоточены на всех или только частях производственно-сбытовой цепочки:

1.) Производители солнечные элементы из кварца , которые в основном контролируют всю производственно-сбытовую цепочку

2.) Производители кремниевых пластин из кварца — компании, которые осваивают производственную цепочку вплоть до нарезки кремниевых пластин, а затем продают эти пластины фабрикам с собственным оборудованием для производства солнечных батарей

3.) Производители солнечных элементов из кремниевых пластин , что в основном относится к ограниченному количеству производителей солнечных фотоэлектрических модулей, имеющих собственное оборудование для производства пластин-элементов для контроля качества и цены солнечных элементов.

В рамках данной статьи мы рассмотрим 3.) производство качественных солнечных элементов из кремниевых пластин.

Как изготавливаются кремниевые пластины?

Прежде чем даже изготавливать кремниевую пластину, необходим чистый кремний , который необходимо восстановить путем восстановления и очистки от нечистого диоксида кремния в кварце.

На этом первом этапе измельченный кварц помещается в специальную печь, а затем применяется угольный электрод для создания высокотемпературной электрической дуги между электродом и диоксидом кремния.

Этот процесс, называемый угольной дуговой сваркой (CAW) , снижает содержание кислорода в диоксиде кремния и производит диоксид углерода на электроде и расплавленный кремний.

Этот расплавленный кремний имеет чистоту 99% , что все еще недостаточно для использования в солнечных элементах, поэтому дальнейшая очистка проводится с применением метода плавающих зон (FTZ) .

Во время FTZ кремний с чистотой 99% многократно пропускается в одном и том же направлении через нагретую трубку . Этот процесс подталкивает 1% загрязненных частей к одному концу, а оставшиеся 100% чистые части остаются на другом конце. Тогда нечистая часть может быть легко отрезана.

Кристаллические зародыши кремния находятся в так называемом процессе Чохральского (CZ) помещаются в расплав поликристаллического кремния в установке для выращивания Чохральского. Путем извлечения затравок из расплава с помощью съемника они вращаются и образуют чистый цилиндрический слиток кремния , отлитый из расплава и используемый для изготовления монокристаллических кремниевых ячеек.

Для изготовления мультикристаллических кремниевых элементов существуют различные методы:

1.) метод теплообмена (HEM)
2.) электро-магнитное литье (EMC)
3.) система направленной кристаллизации (DSS)

DSS — наиболее распространенный метод, использующий оборудование известного производителя GT Advanced . С помощью этого метода кремний пропускают через печь для выращивания слитков DSS и перерабатывают в чистые квадратичные блоки кремния .

Во время литья слитков кремний часто уже предварительно легирован перед тем, как разрезать и продать вафельные диски производителям. Легирование — это в основном процесс добавления примесей в пластину кристаллического кремния, чтобы сделать ее электропроводящей .

Эти положительные (p-тип) и отрицательные (n-тип) легирующие материалы в основном состоят из бора , который имеет 3 электрона (3-валентный) и используется для легирования p-типа, и фосфор , который имеет 5 электронов (5-валентный) и используется для легирования n-типа.Кремниевые пластины часто предварительно легируют бором.

Когда наши слитки готовы, они могут — в зависимости от требований геометрической формы, для солнечных элементов, обычно компактных шестиугольных или прямоугольных форм — нарезать обычно 125 мм или 156 мм кремниевые пластины с помощью многопроволочная пила.

Обработка кремниевых пластин в солнечные элементы

Стандартный процесс производства солнечных элементов из кремниевых пластин включает 9 этапов от первой проверки качества кремниевых пластин до окончательного тестирования готового солнечного элемента.

Шаг 1: Предварительная проверка и предварительная обработка

Необработанные кремниевые пластинчатые диски сначала проходят предварительную проверку, во время которой проверяется их геометрическая форма , соответствие толщины и и повреждений , таких как трещины, поломки, царапины или другие аномалии.

После этой предварительной проверки пластины разделяются и очищаются промышленным мылом для удаления любых металлических остатков, жидкостей или других производственных остатков с поверхности, которые в противном случае повлияли бы на эффективность этой пластины.

Разница в отражении света между нетекстурированной плоской поверхностью кремниевой пластины и поверхностью кремниевой пластины со случайной текстурой пирамиды

Шаг 2: Текстурирование

После первоначальной предварительной проверки передняя поверхность кремниевых пластин имеет размер текстурированные для уменьшения потерь на отражение падающего света.

Для пластин монокристаллического кремния наиболее распространенным методом является случайное текстурирование пирамиды , которое включает покрытие поверхности выровненными пирамидальными структурами, направленными вверх.

Это достигается травлением , направленным вверх на от лицевой поверхности. Правильное расположение вытравленных пирамид является результатом правильной четкой атомной структуры монокристаллического кремния.

Регулярная аккуратная атомная структура монокристаллического кремния также способствует потоку электронов через ячейку, поскольку с меньшими границами электроны проходят намного лучше. Следовательно, монокристаллический кремний имеет преимущество в электрохимической структуре, предлагая большую эффективность по сравнению с зернистыми атомными структурами мультикристаллического кремния .

Теперь, с такой пирамидальной структурой, падающий свет не отражается назад и теряется в окружающем воздухе, а отражается назад на поверхность.

Другой, менее распространенный метод текстурирования — это текстурирование перевернутой пирамиды . Вместо того, чтобы направлять вверх от передней поверхности, пирамиды вытравлены на поверхности пластины, аналогичным образом достигая потерь отражения падающего света, захваченного в отверстиях перевернутой пирамиды.

Для текстурирования пластин мультикристаллического кремния требуется фотолитография — техника, включающая гравировку геометрической формы на подложке с помощью света — или механическую резку поверхности лазером или специальными пилами.

Этап 3. Кислотная очистка

После текстурирования пластины проходят кислотную промывку (или: кислотную очистку ). На этом этапе с поверхности удаляются любые остатки пост-текстурированных частиц.

Используя пар фтористого водорода (HF) , окисленные слои кремния на подложке могут быть вытравлены с поверхности пластины. В результате получается влажная поверхность, которую можно легко высушить.

При использовании хлористого водорода (HCl) металлические остатки на поверхности могут абсорбироваться хлоридом и, таким образом, удаляться с пластины.

Шаг 4: Диффузия

Диффузия — это в основном процесс добавления легирующего вещества к кремниевой пластине, чтобы сделать ее более электропроводной. Существует два основных метода диффузии: твердотельная диффузия и эмиттерная диффузия .

В то время как первый метод в основном включает уже упомянутое равномерное легирование пластин материалами p-типа и n-типа, диффузия эмиттера относится к нанесению на пластину тонкого покрытия , содержащего легирующий материал , путем пропускания пластины через печь для диффузионного покрытия .

Пластины, которые уже были предварительно легированы бором p-типа в процессе литья, в процессе диффузии получают отрицательную поверхность (n-типа) за счет их диффузии с источником фосфора при высокой температуре, создавая положительно-отрицательные (pn) переход .

Зачем же вафли распространять? Этот переход недостатка электронов в p-типе и высокой концентрации электронов в n-типе позволяет избыточным электронам n-типа переходить в p-тип, поток, создающий электронное поле на переходе.

Шаг 5: Травление и изоляция краев

Во время диффузии фосфор n-типа диффундирует не только в желаемую поверхность пластины, но также вокруг краев пластины, а также на задней стороне, создавая электрический ток . путь между передней и задней сторонами и, таким образом, также предотвращает электрическую изоляцию между двумя сторонами.

Целью процесса травления и изоляции краев является удаление этого электрического пути вокруг края пластины путем размещения ячеек друг над другом с помощью диска и последующего воздействия на них камеры плазменного травления с использованием тетрафторметана (CF 4 ) для протравливания открытых краев.

Шаг 6: Промывка после травления

После травления потенциал остатков частиц остается на пластине и ее краях. Поэтому пластины необходимо подвергнуть второй промывке, чтобы удалить остатки предыдущего процесса травления.

После этой второй промывки пластины можно дополнительно обработать для нанесения антибликового (AR) покрытия .

Niclas проверяет производство ячеек на машине PEVCD

Шаг 7: Нанесение антибликового покрытия

Помимо текстурирования поверхности, на поверхность часто наносят просветляющее покрытие, чтобы еще больше уменьшить отражение и увеличить количество свет поглощается клеткой.

Это антибликовое покрытие очень необходимо, так как отражение кремниевых солнечных элементов без покрытия составляет более 30%. Для тонкого просветляющего покрытия используется нитрид кремния (Si3N4) или оксид титана (TiO2) . Цвет солнечного элемента можно изменить, варьируя толщину антиотражающего покрытия.

В полупроводниковой промышленности существует три основных метода нанесения слоев на пластины, а именно:

1.) Химическое осаждение из паровой фазы при атмосферном давлении (APCVD) , который используется только для нескольких применений и требует высоких температур

2 .) Химическое осаждение из паровой фазы при низком давлении (LPCVD) , которое включает процесс осаждения, выполняемый в трубчатых печах, и, как и метод APCVD, требует высоких температур.

3.) Химическое осаждение из газовой фазы, усиленное плазмой (PECVD) , который является наиболее распространенным методом нанесения просветляющего покрытия на пластину.

В процессе PECVD тонкое покрытие существует в газообразном состоянии и в процессе химической реакции затвердевает на пластине .

Шаг 8: Контактная печать и сушка

В качестве следующего шага на пластине печатаются металлические вставки с целью создания омических контактов . Эти металлические вставки напечатаны на задней стороне пластины, которая называется , печать на обратной стороне .

Оборудование для контактной печати и сушки

Это достигается путем печати металлических паст с помощью специальных устройств для трафаретной печати, которые размещают эти металлические вставки на обратной стороне.После печати пластина проходит процесс сушки.

После высыхания этот процесс сопровождается печатью передних боковых контактов , затем пластина сушится еще раз.

После того, как все контакты напечатаны на задней и передней сторонах, пластины с трафаретной печатью пропускаются через печь для спекания для затвердевания сухой металлической пасты на пластинах. Тогда вафли охлаждаются и уже могут называться солнечными батареями.

Шаг 9: Тестирование и сортировка ячеек

В этом заключительном процессе уже готовые к сборке солнечные элементы тестируются в имитируемых условиях солнечного света, а затем классифицируются и сортируются в соответствии с их эффективностью.

Этим занимается прибор для тестирования солнечных элементов , который автоматически проверяет и сортирует элементы. Рабочим фабрики тогда нужно только вывести ячейки из соответствующего хранилища эффективности, в которое машина сортировала ячейки.

Затем солнечный элемент становится новым сырьем, которое затем используется при сборке солнечных фотоэлектрических модулей. В зависимости от плавности производственного процесса и качества основного материала кремниевой пластины конечный результат в виде солнечного элемента затем классифицируется по различным классам качества солнечных элементов.

НАШИМ ЧИТАТЕЛЯМ:

В этой статье мы рассмотрели стандартный процесс производства от кремниевой пластины до солнечных элементов. Однако есть много проблем с качеством, которые потенциально могут возникнуть на ранней стадии этого процесса. Какие потенциальные риски для качества вы знаете при переработке кремниевых пластин в солнечные элементы? Если вы знаете о потенциальных проблемах с качеством или имеете опыт производства солнечных элементов, мы приглашаем вас поделиться своими идеями с Сообществом Sinovoltaics!

Источники:

1) Crystec
2) PV Education

Как открыть компанию по производству солнечных батарей | Малый бизнес

Патрик Глисон, Ph.D., Обновлено 12 февраля 2019 г.

Если вы думаете о создании компании по производству солнечных элементов, это может быть связано с тем, что вы следили за отраслевыми новостями о стремительном росте числа пользователей солнечных элементов в коммерческих и жилых помещениях в этой стране. Однако, прежде чем продолжить, вы также должны знать о некоторых препятствиях, с которыми сталкивается любой предприниматель, занимающийся производством солнечных элементов в США.

Жесткая конкуренция: китайский импорт

В течение нескольких лет американские производители солнечных элементов подвергались критике из-за многих неудач компаний, некоторые из которых были связаны с импортом недорогих солнечных элементов из Китая.Чтобы противостоять этому преимуществу, в январе 2018 года администрация Трампа ввела значительные новые тарифы на солнечные элементы, импортируемые из Китая с заявленной целью восстановления разрушенной американской индустрии солнечных элементов.

Тарифы: выиграть или проиграть?

В крайне политизированной обстановке в США весной 2018 года вы найдете комментарий, поздравляющий администрацию Трампа с этим усилием, и столько же комментариев, в которых говорится, что это худшее, что когда-либо случалось с США.С. солнечная промышленность. Торговые и лоббистские организации американских компаний по производству солнечной энергии обычно выступают против новых тарифов, которые, как заявила американская ассоциация производителей солнечной энергии (SEIA), обойдутся солнечной отрасли США примерно в 23000 рабочих мест только в 2018 году.

Эту картину еще больше усложняют некоторые американские компании, работающие в сфере солнечной энергии, в том числе расположенная в Техасе Mission Solar Energy, которые считают, что тарифы помогут. Вероятно, наиболее разумным ответом на эти противоречивые сообщения является признание того, что У.Солнечные компании S. в течение многих лет были в беде, и текущие перспективы более многообещающие, но остаются неопределенными.

Экономия за счет масштаба

Другая проблема малых предприятий, стремящихся производить солнечные элементы, заключается в том, что производство солнечных элементов в значительной степени способствует экономии за счет масштаба. Многие отраслевые эксперты считают, что жалобы США на то, что Китай «сбрасывает» солнечные элементы в эту страну, не учитывают того, что восторженный широкомасштабный подход Китая к производству солнечных батарей дает им преимущество.Другими словами, у лучших конкурентов будет аналогичный подход, например у Tesla Gigafactory. Выручка крупнейшего китайского производителя, Hanwha Q Cells, превышает полмиллиарда долларов каждый квартал.

Sunny Forecast: нишевые рынки

Хорошая новость заключается в том, что, несмотря на различные экономические проблемы, в ближайшем будущем ожидается быстрое расширение индустрии солнечных элементов в США, при этом производственные мощности только в 2016 году увеличатся до 7 миллиардов долларов, что является поразительным показателем 50. процентное увеличение по сравнению с предыдущим годом.Хотя в истории отрасли было много проблем, когда в период с 2012 по 2016 год почти 30 американских производителей солнечных батарей прекратили свою деятельность, будущее может быть более светлым.

Лучшим шансом для небольших стартапов в солнечной отрасли сейчас могут стать специализированные панели или компоненты панелей, которые, по логике, будут продаваться в слишком ограниченном количестве, чтобы быть прямой целью крупномасштабного импорта из Китая. Панели Илона Маска «Солнечная крыша» представляют собой модель. Эти панели стоят намного дороже, чем обычные солнечные панели, но, в отличие от большинства существующих солнечных панелей, они хорошо смотрятся на крышах жилых домов.Американские потребители могут быть готовы платить больше за другие дорогостоящие варианты панелей и компонентов, которые повышают ценность за счет дизайна, и в этой области, по крайней мере, в 2018 году, США по-прежнему имеют преимущество перед Китаем.

Следуй за деньгами

Компания, задумывающаяся о создании такого стартапа, вряд ли будет финансировать себя, но достаточно инновационная компания вполне может получить финансирование от технологических инкубаторов, учитывающих потенциал роста солнечной энергетики. По мере развития отрасли руководители в такой компании будут специалистами в своей области, и, если их идеи будут достаточно хорошими, они будут привлекать финансирование.

Производство солнечных панелей

Для обработки

Industrial PERC также требуется лазер, который может поддерживать требуемые высокие скорости сканирования. Для этого компания MKS провела испытания мощного гибридного волоконно-оптического лазера Spectra-Physics Quasar 532-75 с технологией программируемых импульсов TimeShift®. Лазер предлагает как высокую мощность, так и высокую частоту повторения импульсов, а также короткие импульсы с длительностью менее 5 нс. Было показано, что для удаления тонкой пленки более короткие импульсы более энергоэффективны по сравнению с более длинными импульсами.В лазере Quasar наименьшая длительность импульса генерируется на самых высоких рабочих частотах, что идеально подходит для обработки PERC. Меньший нагрев и сниженный риск термического повреждения основной решетки c-Si являются дополнительными преимуществами обработки короткими импульсами. Дальнейшее улучшение пропускной способности также возможно за счет разделения луча. Когда лазер Quasar работает при частоте повторения импульсов 850 кГц, что соответствует пропускной способности одной пластины в секунду (WPS), доступная энергия импульса примерно в три раза больше, чем необходимо.Таким образом, трехлучевое расщепление может эффективно утроить производительность одного лазера, что позволяет достичь производительности трех WPS. Независимо от окончательной конфигурации системы, лазерная платформа Quasar и ее уникальная технология настройки импульсов TimeShift® обладают мощностью, скоростью и гибкостью, чтобы удовлетворить потребности промышленного производства солнечных элементов PERC.

Характеристики фотоэлектрических устройств

Определение характеристик фотоэлектрических элементов включает измерение соотношения тока и напряжения при стандартном освещении и температурных условиях.Коэффициент отражения поверхности, ловушки глубокого уровня, диффузия носителей, кристаллическая структура и границы, глубина и температура типа перехода, оптическое поглощение и рассеяние, последовательное и шунтирующее сопротивление и деградация фотонов — все это влияет на эффективность. Кривая спектральной чувствительности учитывает многие из этих фундаментальных эффектов, но для полноты должна регистрировать температуру, уровень интенсивности и другие условия измерения. Например, скорость развертки напряжения, направление и удельное сопротивление контактов также влияют на измерения I-V.Длительность импульса имитатора важна для некоторых гетеропереходов и электрохимических ячеек.

Производители ячеек — Процесс изготовления кристаллических панелей

4Power

Соединенные Штаты

А.R.E.

Египет

Aikeao Light Energy Technology

Китай

Монокристаллический, поликристаллический

Aiko Solar Energy

Китай

Монокристаллический, поликристаллический, PERC

Аллема

Китай

Монокристаллический, поликристаллический, PERC

Allesun New Energy

Вьетнам 108

Монокристаллический, поликристаллический, PERC

AmberWave

Соединенные Штаты

Монокристаллический

Ameena Solar Technologies

Индия

Монокристаллический, поликристаллический

Amso Solar

Китай

Монокристаллический, поликристаллический

Технология оптоэлектроники Aoxuan

Китай

Монокристаллический, поликристаллический, PERC

Фотоэлектрические и оптические устройства Arima

Тайвань

GaAs

Аша Элесис Ассоциированная

Индия

Монокристаллический, поликристаллический

Азия Уан Техникс

Гонконг

Монокристаллический, поликристаллический

Астронергия

Китай 1,600

Монокристаллический, поликристаллический

Атеком

Тайвань

Монокристаллический, PERC

ATI

Соединенные Штаты

Монокристаллический, поликристаллический

Atsun Solar

Китай

Монокристаллический, поликристаллический

Azur Space

Германия

GaAs

BBS Автоматизация

Германия 1,000

Монокристаллический, поликристаллический

Belltronic

Китай

Беня Солар

Китай 400

Монокристаллический, поликристаллический

Beyondsun Holding

Китай

Поликристаллический

Boviet Solar

Вьетнам 1,500

Монокристаллический, поликристаллический, PERC

BQ Solartech

Китай 150

Монокристаллический, поликристаллический, PERC, Bif…

Яркая солнечная энергия

Китай 400

Монокристаллический, поликристаллический, PERC

Технология солнечной энергии CECEP

Китай

Монокристаллический, поликристаллический

CEL

Индия

Монокристаллический

Centro Energy

Китай 800

Монокристаллический, поликристаллический

CESI

Италия 2 000

GaAs, HJT

CETC-E

Китай

Поликристаллический

Changelight

Китай

GaAs

CIE Power

Китай

МВт, HJT

Columbus Photovoltaics

Соединенные Штаты

CSG PVTech

Китай 1,000

Монокристаллический, поликристаллический

CXPV

Китай

Поликристаллический

Daqo Group

Китай 10 000

Монокристаллический, поликристаллический, PERC, IBC

DAS Solar

Китай

Монокристаллический, PERC, двусторонний

DeEast Photovoltaic

Китай

Монокристаллический, поликристаллический

Технология новой энергии DeSolar

Китай

Монокристаллический, поликристаллический

DH-солнечная энергия

Китай

Монокристаллический, поликристаллический

DINGCE

Китай

Монокристаллический, поликристаллический, PERC

DMEGC Solar Energy

Китай

Монокристаллический

Дмсолар

Соединенные Штаты

Монокристаллический, поликристаллический

DS New Energy

Китай

Монокристаллический, поликристаллический, PERC, IBC…

Dynamic Solar Systems AG

Германия

E-TON Solar

Тайвань 500

Монокристаллический, поликристаллический, PERC

EEPV

Тайвань 350

Монокристаллический, поликристаллический, PERC

Emcore

Соединенные Штаты

GaAs

EML

Индия

Монокристаллический, поликристаллический

Eni

Италия

Enipower

Италия

Поликристаллический

Eoplly

Китай

Монокристаллический, поликристаллический

Eyongpv

Китай

Монокристаллический, поликристаллический

FineEco

Корея

Первая энергия

Китай

Монокристаллический, поликристаллический

Flagsun Green Power

Китай

Монокристаллический, поликристаллический

Fuji Electric

Япония 27 960

Монокристаллический

Fujing Energy

Китай

Монокристаллический, поликристаллический

Fullstar

Китай

Поликристаллический, PERC

Genergy

Китай 210

Монокристаллический, поликристаллический

Джери Солар

Китай

Монокристаллический, поликристаллический, PERC

Glew

Соединенные Штаты

GPPV

Китай

Монокристаллический, поликристаллический

GPX

Соединенные Штаты

Greatcell Energy

Австралия

Солнечные материалы Greatcell

Австралия

Зеленое Солнце Солнечное

Китай

Монокристаллический, поликристаллический

Greenergy Power

Китай 150

Монокристаллический, поликристаллический

GS-Solar

Китай 500

HJT

Gsun мощность

Китай

Монокристаллический, поликристаллический

Гуандун Dejiu New Energy

Китай

Поликристаллический

Гуандун Golden Glass Technologies

Китай 1,000

Монокристаллический, поликристаллический

Guanglong Energy

Китай 500

Поликристаллический

Guofu Solar

Китай

Монокристаллический, поликристаллический

Счастливая новая энергия

Китай

Herme Energy

Китай

Поликристаллический

Hershey-Power

Китай 300

Монокристаллический, поликристаллический, PERC

Hevel

Россия

HJT

HN Solar

Вьетнам

Монокристаллический, поликристаллический

Holisolar

Китай

Монокристаллический, поликристаллический

Honsun PV

Китай 2 000

Монокристаллический, поликристаллический

Huanghe Solar

Китай 2 000

Монокристаллический, поликристаллический

Идеальная новая энергия

Китай

Монокристаллический, поликристаллический

Imperial Star Solar

Камбоджа

Поликристаллический, PERC

Индосолар

Индия 500

Монокристаллический, поликристаллический

бесконечностьPV

Дания

IREX

Вьетнам 300

Поликристаллический

ISEC

Тайвань

Монокристаллический, поликристаллический

Изола Новая Энергия

Китай 400

JA Solar

Китай 22 000

Монокристаллический, поликристаллический, MWT

Jaje Solar

Китай

Монокристаллический, поликристаллический

Jetion Solar (Китай)

Китай 3 200

Монокристаллический, поликристаллический

Цзянсу Eternal New Energy Engineering

Китай

Монокристаллический, поликристаллический

Цзянсу Ронгма Новая Энергия

Китай

Поликристаллический

Солнечное пространство Цзянсу

Китай 2 000

Монокристаллический, поликристаллический, PERC

Цзянси Жуйхуан Новая энергия и наука

Китай 160

Поликристаллический

Цзянси Zhanyu New Energy

Китай

Монокристаллический, поликристаллический

Jiangyin Julong Renewable Energy

Китай

Монокристаллический, поликристаллический

Jiangyin Shine Solar

Китай 400

Монокристаллический, поликристаллический

Фотоэлектрические технологии Jiaxing Jinrui

Китай 160

Монокристаллический, поликристаллический

Крупнейшие в мире производители солнечных фотоэлементов

Trina Solar — 5.74GW

Trina Solar сохранила свои позиции крупнейшего в мире производителя солнечных модулей в 2015 году с общим объемом поставок модулей 5,74 ГВт, что на 56,8% больше, чем в предыдущем году. Поставки состояли из 4,83 ГВт внешних поставок и 912 МВт отгрузок для энергетических проектов, расположенных ниже по течению.

Рост был вызван в первую очередь высоким спросом со стороны Китая, Японии и США. Компания расширила свой глобальный охват с 43 до 63 стран и вышла на новые рынки в развивающихся странах, таких как Индия, что также помогло добиться высоких результатов.Рост спроса на зарубежных рынках, таких как Вьетнам и Малайзия, еще больше усилил эти звездные результаты.

Trina Solar подключила 685,9 МВт фотоэлектрических (PV) энергетических проектов к глобальной сети в 2015 году, при этом на долю одного Китая приходилось 29,2%. На конец года у компании было 869,2 МВт солнечных проектов в области переработки и сбыта, в том числе 847 МВт в Китае, 4,2 МВт в США и 18 МВт в Европе.

Основанная в 1997 году, компания Trina Solar специализируется на производстве фотоэлектрических модулей из кристаллического кремния и системной интеграции. На сегодняшний день она получила более 980 патентов на солнечную энергию.

Canadian Solar — 4,7 ГВт

Валовые ежегодные поставки солнечных модулей Canadian Solar достигли рекордно высокого уровня в 4,70 ГВт в 2015 году, из которых 4,38 ГВт были признаны выручкой по сравнению с 2,8 ГВт в 2014 году. Валовая прибыль компании продемонстрировала последовательный рост в 2015 году из-за более низких производственных затрат.

Четвертый квартал был отмечен благоприятными валютными тенденциями в дополнение к сильному бизнесу. Наибольший вклад в чистую выручку получил регион Северной и Южной Америки (51,9%), за которым следует Азия (41,9%).1%), а также в Европе и других регионах (7%).

Прогноз

Canadian Solar на 2016 год включает в себя надежный трубопровод, включающий 10,3 ГВтп для проектов в области солнечной энергетики, в том числе 2,0 ГВт для проектов на поздних стадиях разработки и 8,3 ГВт для проектов на ранних и средних стадиях разработки. Компания планирует расширить свои производственные мощности по производству модулей до 5,73 ГВт к концу 2016 года с текущих 4,33 ГВт и ожидает, что общий объем поставок модулей будет в диапазоне 5,4–5,5 ГВт.

Компания Canadian Solar, основанная в 2001 году в Канаде, представлена ​​в 20 странах на шести континентах и ​​насчитывает 8600 сотрудников по всему миру.

JinkoSolar — 4,51 ГВт

Поставки солнечных модулей JinkoSolar выросли на 53,3% в 2015 году по сравнению с 2,94 ГВт в предыдущем году. На проекты по переработке солнечной энергии пришлось 304 МВт от общего объема поставок.

Компания зафиксировала рост выручки на 61,1% до 2,48 млрд долларов, в основном за счет увеличения поставок солнечных модулей из-за высокого мирового спроса, особенно в Китае, где ожидается дальнейший рост и спрос.

Предполагаемый общий объем отгрузки солнечных модулей в 2016 году находится в диапазоне от 6 до 6 ГВт.5 ГВт, включая поставки модулей от 5,4 до 5,7 ГВт третьим лицам.

Компания JinkoSolar со штаб-квартирой в Шанхае управляет пятью производственными предприятиями в Китае, Малайзии, Португалии и Южной Африке, распространяя солнечную продукцию по всему миру.

JA Solar — 3,93 ГВт

JA Solar отгрузила 3,67 ГВт модулей и толлинговых модулей и 265 МВт ячеек и ячеек по толлингу для внешних клиентов в 2015 году. Проекты по переработке и сбыту получили модули 53,5 МВт, в то время как внешние поставки продемонстрировали рост на 28.8% по сравнению с прошлым годом.

Этот рост был вызван высоким спросом, в частности, со стороны Азии и Китая, а также благодаря достижениям на рынке Северной Америки. Компания также расширила свое присутствие в Южной и Центральной Америке.

Для удовлетворения растущего спроса JA Solar планирует к концу 2016 года увеличить производственные мощности модулей до 5,5 ГВт. Ожидается, что поставки солнечных модулей в 2016 году составят от 5,2 ГВт до 5,5 ГВт и будут включать отгрузку от 250 до 300 МВт для последующей переработки. проекты.

Основанная в мае 2005 года со штаб-квартирой в Шанхае, Китай, компания JA Solar является поставщиком модулей первого уровня, предлагающим высокоэффективные продукты для солнечной энергии для жилых и коммерческих проектов, а также для наземных фотоэлектрических станций.

ЯЧЕЙКИ Hanwha Q — 3,3 ГВт

Hanwha Q Cells добилась рекордной отгрузки солнечных модулей в 2015 году, что на 60% больше, чем в прошлом году 2,06 ГВт. В 2015 году также произошло успешное слияние компаний Hanwha SolarOne и Hanwha Q Cells Investment.Поставки включают внешние поставки 2,72 МВт и 177 МВт для дочерних проектов компании.

Компания имеет производственные мощности в Южной Корее, Малайзии и Китае, что освобождает ее от высоких импортных пошлин в США и ЕС. Высокий спрос в США, Японии, ЕС, Индии и Турции также стимулировал общий объем поставок в 2015 году. Северная Америка сообщила о последовательном росте спроса и в четвертом квартале обеспечила 35,8% выручки от поставок внешних модулей.

Компания оценивает поставки модулей в 2016 году в диапазоне от 4,5 до 4,7 ГВт и ожидает, что в первом квартале отгрузка модулей достигнет от 850 до 900 МВт. Чтобы расширить свои возможности в качестве одного из крупнейших в мире производителей фотоэлектрических элементов, Hanwha Q Cells планирует увеличить мощность своих модулей на 21% до 5,2 ГВт.

Компания Hanwha Q Cells со штаб-квартирой в Сеуле является частью Hanwha Group, которая входит в десятку крупнейших коммерческих предприятий Южной Кореи.Дочерняя компания имеет производственные мощности в Китае, Малайзии и Южной Корее и продает свою продукцию по всему миру.

First Solar — 2,8 ГВт

First Solar стала свидетелем снижения продаж сторонних модулей и модулей плюс предложения в четвертом квартале 2015 года. Однако в 2015 году компания достигла важной вехи, установив примерно 10 ГВт модулей по всему миру.

Растущий спрос и нормативные изменения на развивающихся рынках, таких как Индия, открывают возможности для компании, поскольку она планирует к 2019 году разработать в стране проекты мощностью 5 ГВт.Северная Америка исторически была крупнейшим рынком для глобального поставщика фотоэлектрических систем как с точки зрения реализованных проектов, так и с точки зрения бронирования новых проектов.

Компания планирует достичь запланированных поставок от 2,9 ГВт до 3,0 ГВт в 2016 году и рассчитывает использовать свой мощный трубопровод.

Основанная в 1999 году, компания First Solar отличается тем, что первой производит 1 ГВт за один год и удерживает несколько рекордов по эффективности тонкопленочных солнечных модулей и элементов питания из CdTe.

Ренесола — 2.69GW

Renesola сообщила о 18,9% -ном снижении поставок солнечных модулей внешним клиентам, при этом в 2015 году внешние поставки составили 1,6 ГВт. В 2015 году выручка снизилась на 18%, в основном из-за сокращения поставок клиентам и увеличения поставок в проекты компании по переработке и сбыту продукции.

На поставку модулей повлияло осознанное решение компании сместить акцент на разработку проектов и диверсифицировать свой бизнес. В настоящее время Renesola разрабатывает проекты, в том числе проекты распределенной генерации в Европе, Северной Америке и Японии.

Компания планирует использовать свои запасы модулей, произведенных в четвертом квартале 2015 года, для развития проектов фотоэлектрических станций в 2016 году.

Основанная в 2005 году, Renesola имеет представительства в более чем 16 странах через 40 дочерних компаний, в которых работает 5600 человек.

Yingli Solar — от 2,35 ГВт до 2,40 ГВт

Yingli Solar продолжает оставаться одним из ведущих производителей фотоэлектрических модулей, несмотря на сокращение поставок модулей из-за снижения загрузки производственных мощностей для собственных фотоэлектрических модулей.Поставки модулей компании снизились в течение года, составив в третьем квартале 460,4 МВт по сравнению с 727,9 МВт во втором квартале.

Компания хорошо зарекомендовала себя в Японии: совокупные поставки превысили 1,5 ГВт и поставили 120 МВт в седьмой квартал подряд. США остаются одним из ключевых рынков благодаря конкурентоспособным ставкам торговых тарифов и хорошей узнаваемости бренда.

Yingli Solar расширила свое присутствие на польском рынке, добавив 30 МВт к своему портфелю проектов, а также приобрела новые проекты в Турции.В результате сейчас у нее есть портфель проектов по переработке и переработке за пределами Китая в размере 200 МВт.

Компания со штаб-квартирой в Баодине, Китай, продает свою продукцию более чем в 90 странах, в ней работает более 19 000 сотрудников. Основные рынки для компании включают в себя Германию, Испанию, Италию, Грецию, Францию, Южную Корею, Китай, Японию, Бразилию, Австралию, Южную Африку, Мексику и США.

SFCE — 2,28 ГВт

SFCE начала поставки большего количества солнечных модулей в 2015 году по сравнению с солнечными пластинами и смогла компенсировать снижение средних отпускных цен на солнечную продукцию.В 2015 году было объявлено об общей поставке солнечных модулей 2,28 ГВт, из которых 1,30 ГВт отправлено внешним клиентам. Продажи солнечных модулей независимым третьим сторонам увеличились на 90,9% с 682,9 МВт в 2014 году. На долю солнечных батарей приходилось 83,7% общей выручки компании, при этом только модули составляли 57,5%.

Высокие показатели компании стали результатом высокого спроса со стороны Китая, где продажи составили около 52,3% от общей выручки. Такие компании, как Wuxi Suntech и S.A.G. которые были приобретены в 2014 году, также помогли расширить присутствие SFCE на зарубежных рынках и помогли увеличить продажи в основном в Азии, Северной Америке и Европе.Самый крупный заказчик группы находится за пределами Индии и вносит значительный вклад в модульный бизнес.

Группа приобрела 63,13% акций американского производителя солнечных батарей и модулей Suniva в октябре 2015 года с целью расширения бизнеса в Северной Америке.

SFCE — крупнейший независимый крупный частный поставщик услуг наземной солнечной энергии в Китае. Группа занимается строительством и эксплуатацией солнечных электростанций, производством солнечных батарей и хранением солнечной энергии.

Risen Energy — 1,24 ГВт

Китайский интегрированный производитель высокоэффективных солнечных фотоэлектрических продуктов, Risen Energy произвел 1,24 ГВт поставок солнечной энергии в 2015 году, построив 547 МВт в проектах солнечных фотоэлектрических проектов EPC, BOT и BT. Компания сообщила о росте выручки на 78,15% и росте чистой прибыли на 381,56% за год.

Высокие показатели были отмечены во всем мире, включая Италию, Германию, Румынию, Мексику, Индию и другие, и стабильные показатели на внутреннем рынке, главным образом в Чжэцзяне, Цзянсу, Шаньдуне, Хубэй, Хэнань, Шаньси, Внутренней Монголии и других странах.

Компания планирует увеличить мощность производства модулей с нынешних 2,6 ГВт до 3,1 ГВт в 2016 году.

Основанная в 1986 году в Нинхае, Risen Energy занимается исследованиями и разработками, производством, продажей и обслуживанием фотоэлектрических солнечных модулей и продуктов. Он работает из Австралии, Китая, Чили, Германии, Мексики, Республики Бенин и Индии.

Связанные компании

ESI Eurosilo

Расширенные решения для хранения сыпучих материалов

28 августа 2020

Quartzelec Ltd

Услуги вращающихся машин (до 600 МВт) | Подрядные услуги по высоковольтному / низковольтному оборудованию

28 августа 2020

Азимут Марин BV

Судовое агентирование, исследования, техническое обслуживание и решения для управления проектами для энергетического сектора

28 августа 2020

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.