Produção de baterias solares: tecnologia e equipamentos

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Última modificação: 2023-12-17 10:38

A Humanidade busca mudar para fontes alternativas de fornecimento de energia elétrica que ajudem a manter o meio ambiente limpo e reduzir o custo da geração de energia. A produção de baterias solares é um método industrial moderno. O sistema de fornecimento de energia inclui receptores solares, baterias, controladores, inversores e outros dispositivos projetados para funções específicas.

A bateria solar é o principal elemento a partir do qual se inicia a acumulação e conversão da energia dos raios. No mundo moderno, existem muitas armadilhas para o consumidor na hora de escolher um painel, pois a indústria oferece um grande número de produtos combinados sob um nome.

Células Solares de Silício

Esses produtos são populares entre os consumidores de hoje. O silício é a base para sua fabricação. Suas reservas nas profundezas são amplas e a produção é relativamente barata. As células de silício se comparam favoravelmente em níveis de desempenho com outras células solares.

Tipos de elementos

As células solares de silício são fabricadas nos seguintes tipos:

• monocristalino;
• policristalino;
• amorfo.

As formas de dispositivos acima diferem em como os átomos de silício estão dispostos no cristal. A principal diferença entre os elementos é o diferente indicador da eficiência da conversão de energia luminosa, que para os dois primeiros tipos está aproximadamente no mesmo nível e supera os valores para dispositivos feitos de silício amorfo.

A indústria atual oferece diversos modelos de captadores de luz solar. Sua diferença está nos equipamentos utilizados para a produção de painéis solares. A tecnologia de fabricação e o tipo de material inicial desempenham um papel importante.

Tipo de cristal único

Estes elementos consistem em células de silicone unidas. De acordo com o método do cientista Czochralski, é produzido silício absolutamente puro, do qual são feitos cristais únicos. O próximo processo é cortar o produto semi-acabado congelado e endurecido em placas com espessura de 250 a 300 mícrons. Camadas finas são saturadas com uma grade metálica de eletrodos. Apesar do alto custo de produção, tais elementos são amplamente utilizados devido à alta taxa de conversão (17-22%).

Produção de elementos policristalinos

A tecnologia para a produção de células solares a partir de policristais é que a massa de silício fundido é resfriada gradualmente. A produção não requer equipamentos caros, portanto, o custo de obtenção do silício é reduzido. Os acumuladores solares policristalinos têm um fator de eficiência mais baixo (11-18%), ao contrário dos monocristalinos. Isso é explicado pelo fato de que durante o processo de resfriamento, a massa de silício é saturada com pequenas bolhas granulares, o que leva à refração adicional dos raios.

Elementos de silício amorfo

Os produtos são classificados como um tipo especial, uma vez que a sua pertença ao tipo de silício vem do nome do material utilizado, e a produção de células solares é realizada utilizando a tecnologia de dispositivo de filme. O cristal no processo de fabricação dá lugar ao hidrogênio de silício ou silon, cuja fina camada cobre o substrato. As baterias têm o menor valor de eficiência, apenas até 6%. Os elementos, apesar de uma desvantagem significativa, têm uma série de vantagens inegáveis que lhes dão o direito de se alinhar com os tipos acima:

• o valor de absorção óptica é duas dúzias de vezes maior que o de unidades monocristalinas e policristalinas;
• tem uma espessura mínima de camada de apenas 1 mícron;
• tempo nublado não afeta o trabalho de conversão de luz, ao contrário de outras espécies;
• devido à sua alta resistência à flexão, pode ser usado sem problemas em locais difíceis.

Os três tipos de conversores solares descritos acima são complementados por produtos híbridos feitos de materiais com propriedades duplas. Tais características são alcançadas se microelementos ou nanopartículas forem incluídos no silício amorfo. O material resultante é semelhante ao silício policristalino, mas se compara favoravelmente com ele por novos recursos técnicos.indicadores.

Matéria-prima para a produção de células solares tipo filme de CdTe

A escolha do material é ditada pela necessidade de reduzir o custo de produção e melhorar o desempenho no trabalho. O telureto de cádmio de absorção de luz mais comumente usado. Nos anos 70 do século passado, o CdTe era considerado o principal concorrente para uso do espaço, na indústria moderna encontrou ampla aplicação em energia solar.

Este material é classificado como um veneno cumulativo, então o debate sobre sua nocividade não diminui. Pesquisas feitas por cientistas estabeleceram o fato de que o nível de substâncias nocivas que entram na atmosfera é aceitável e não prejudica o meio ambiente. O nível de eficiência é de apenas 11%, mas o custo da eletricidade convertida dessas células é 20-30% menor do que dos dispositivos do tipo silício.

Acumuladores de raios feitos de selênio, cobre e índio

Os semicondutores do dispositivo são cobre, selênio e índio, às vezes é permitido substituir este último por gálio. Isso se deve à alta demanda de índio para a produção de monitores planos. Portanto, optou-se por esta opção de substituição, uma vez que os materiais possuem propriedades semelhantes. Mas para o indicador de eficiência, a substituição desempenha um papel significativo, a produção de uma bateria solar sem gálio aumenta a eficiência do dispositivo em 14%.

Coletores solares à base de polímeros

Esses elementos são classificados como tecnologias jovens, pois surgiram recentemente no mercado. Os semicondutores orgânicos absorvem a luzpara convertê-la em energia elétrica. Para a produção, são utilizados fulerenos do grupo carbono, polifenileno, ftalocianina de cobre, etc. Como resultado, são obtidos filmes finos (100 nm) e flexíveis, que no trabalho fornecem um coeficiente de eficiência de 5-7%. O valor é pequeno, mas a produção de células solares flexíveis tem vários pontos positivos:

• Não custa muito fazer;
• a capacidade de instalar baterias flexíveis em curvas onde a elasticidade é de suma importância;
• facilidade relativa e acessibilidade de instalação;
• baterias flexíveis são ecologicamente corretas.

Decapagem química durante a produção

A bateria solar mais cara é uma pastilha de silício multicristalino ou monocristalino. Para o uso mais racional do silício, são cortadas figuras pseudo-quadradas, a mesma forma permite que você coloque firmemente as placas no módulo futuro. Após o processo de corte, camadas microscópicas de superfície danificada permanecem na superfície, que são removidas por ataque e texturização para melhorar a recepção dos raios incidentes.

A superfície tratada desta forma é uma micropirâmide localizada aleatoriamente, refletida a partir da borda da qual a luz incide nas superfícies laterais de outras saliências. O procedimento de afrouxamento reduz a refletividade do material em aproximadamente 25%. O processo de decapagem adota uma série de ácidos e alcalinosprocessamento, mas é inaceitável reduzir muito a espessura da camada, pois a placa não suporta o seguinte processamento.

Semicondutores em células solares

A tecnologia de produção de células solares assume que o conceito principal da eletrônica sólida é a junção p-n. Se a condutividade eletrônica do tipo n e a condutividade do furo do tipo p forem combinadas em uma placa, ocorrerá uma junção p-n no ponto de contato entre elas. A principal propriedade física desta definição é a capacidade de servir como barreira e passar eletricidade em uma direção. É este efeito que permite estabelecer o pleno funcionamento das células solares.

Como resultado da difusão do fósforo, uma camada do tipo n é formada nas extremidades da placa, que se baseia na superfície do elemento a uma profundidade de apenas 0,5 mícron. A produção de uma bateria solar prevê uma penetração rasa de portadores de sinais opostos, que surgem sob a ação da luz. Seu caminho para a zona de influência da junção p-n deve ser curto, caso contrário, eles podem se extinguir quando se encontram, sem gerar nenhuma quantidade de eletricidade.

Uso de ataque químico a plasma

O design da bateria solar tem uma superfície frontal com uma grade instalada para captura de corrente e uma parte traseira, que é um contato sólido. Durante o fenômeno de difusão, ocorre um curto elétrico entre os dois planos e é transmitido até o final.

Para remover o curto-circuito, o equipamento é usado parabaterias solares, o que permite que você faça isso com a ajuda de plasma químico, gravura química ou mecânica, laser. O método de influência química do plasma é frequentemente usado. A gravação é realizada simultaneamente para uma pilha de pastilhas de silício empilhadas juntas. O resultado do processo depende da duração do tratamento, da composição do agente, do tamanho dos quadrados do material, da direção dos jatos de fluxo iônico e de outros fatores.

Aplicação de revestimento antirreflexo

Ao aplicar uma textura na superfície de um elemento, a reflexão é reduzida para 11%. Isso significa que um décimo dos raios são simplesmente refletidos da superfície e não participam da formação de eletricidade. Para reduzir tais perdas, um revestimento com penetração profunda de pulsos de luz é aplicado na parte frontal do elemento, que não os reflete de volta. Os cientistas, levando em consideração as leis da óptica, determinam a composição e a espessura da camada, de modo que a produção e instalação de painéis solares com esse revestimento reduz a reflexão em até 2%.

Placa de contato na parte frontal

A superfície do elemento é projetada para absorver a maior quantidade de radiação, é este requisito que determina as características dimensionais e técnicas da malha metálica aplicada. Ao escolher o design da parte frontal, os engenheiros resolvem dois problemas opostos. A diminuição das perdas ópticas ocorre com linhas mais finas e sua localização a grande distância umas das outras. A produção de uma bateria solar com um tamanho de rede aumentado leva ao fato de que algumas das cargas não têm tempo para entrar em contato e são perdidas.

Portanto, os cientistas padronizaram o valor da distância e da espessura da linha para cada metal. Tiras muito finas abrem espaço na superfície do elemento para absorver os raios, mas não conduzem uma corrente forte. Os métodos modernos de aplicação de metalização consistem em serigrafia. Como material, a pasta contendo prata mais se justifica. Devido ao seu uso, a eficiência do elemento aumenta em 15-17%.

Metalização na parte traseira do aparelho

A deposição de metal na parte traseira do aparelho ocorre de duas maneiras, cada uma delas realizando seu próprio trabalho. Uma camada fina contínua sobre toda a superfície, exceto os orifícios individuais, é pulverizada com alumínio e os orifícios são preenchidos com pasta contendo prata, que desempenha um papel de contato. A camada de alumínio sólido serve como uma espécie de dispositivo de espelho na parte de trás para cargas livres que podem ser perdidas nas ligações de cristal pendentes da rede. Com esse revestimento, os painéis solares funcionam 2% a mais em energia. As avaliações dos clientes dizem que esses elementos são mais duráveis e não são tão afetados pelo tempo nublado.

Fazendo painéis solares com suas próprias mãos

Fontes de energia do sol, nem todos podem encomendar e instalar em casa, pois seu custo hoje é bastante alto. Portanto, muitos artesãos e artesãos estão dominando a produção de painéis solares em casa.

Você pode comprar conjuntos de fotocélulas para automontagem na Internet em vários sites. Seu custodepende do número de placas usadas e da potência. Por exemplo, kits de baixa potência, de 63 a 76 W com 36 placas, custam 2350-2560 rublos. respectivamente. Itens de trabalho rejeitados das linhas de produção por qualquer motivo também são comprados aqui.

Ao escolher o tipo de conversor fotovoltaico, leve em consideração o fato de que as células policristalinas são mais resistentes ao tempo nublado e funcionam com mais eficiência do que as monocristalinas, mas têm uma vida útil menor. Os monocristalinos são mais eficientes em dias ensolarados e duram muito mais tempo.

Para organizar a produção de painéis solares em casa, você precisa calcular a carga total de todos os dispositivos que serão alimentados pelo futuro conversor e determinar a potência do dispositivo. A partir daqui segue o número de fotocélulas, tendo em conta o ângulo de inclinação do painel. Alguns artesãos prevêem a possibilidade de mudar a posição do plano de acumulação dependendo da altura do solstício e no inverno - na espessura da neve que caiu.

Diferentes materiais são usados para fazer a caixa. Na maioria das vezes eles colocam cantos de alumínio ou inox, usam madeira compensada, aglomerado, etc. A parte transparente é feita de vidro orgânico ou comum. À venda existem fotocélulas com condutores já soldados, é preferível comprar tais, pois a tarefa de montagem é simplificada. As placas não são empilhadas uma sobre a outra - as inferiores podem causar microfissuras. A solda e o fluxo são pré-aplicados. É mais conveniente soldar os elementos colocando-os imediatamente no lado de trabalho. No final, as placas extremas são soldadas aos pneus (condutores mais largos), após o que o "menos" e o "mais" são emitidos.

Após o trabalho realizado, o painel é testado e selado. Artesãos estrangeiros usam compostos para isso, mas para nossos artesãos são bastante caros. Os transdutores caseiros são selados com silicone e o verso é revestido com verniz à base de acrílico.

Em conclusão, deve-se dizer que as críticas dos mestres que fizeram painéis solares com as próprias mãos são sempre positivas. Depois de gastar dinheiro na fabricação e instalação do conversor, a família paga rapidamente por eles e começa a economizar usando energia gratuita.