Producción de baterías solares: tecnología y equipamiento

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Última modificación: 2023-12-17 10:24

La humanidad busca cambiar a fuentes alternativas de suministro eléctrico que ayuden a mantener el medio ambiente limpio y reducir el costo de generación de energía. La producción de baterías solares es un método industrial moderno. El sistema de suministro de energía incluye receptores solares, baterías, controladores, inversores y otros dispositivos diseñados para funciones específicas.

La batería solar es el elemento principal a partir del cual se inicia la acumulación y conversión de la energía de los rayos. En el mundo moderno, existen muchos obstáculos para el consumidor al elegir un panel, ya que la industria ofrece una gran cantidad de productos combinados bajo un solo nombre.

Células solares de silicio

Estos productos son populares entre los consumidores de hoy. El silicio es la base para su fabricación. Sus reservas en las profundidades están muy extendidas y la producción es relativamente barata. Las celdas de silicio se comparan favorablemente en niveles de rendimiento con otras celdas solares.

Tipos de elementos

Las células solares de silicio se fabrican en los siguientes tipos:

• monocristalino;
• policristalino;
• amorfo.

Las formas anteriores de dispositivos difieren en cómo se organizan los átomos de silicio en el cristal. La principal diferencia entre los elementos es el diferente indicador de la eficiencia de la conversión de la energía luminosa, que para los dos primeros tipos está aproximadamente al mismo nivel y supera los valores de los dispositivos hechos de silicio amorfo.

La industria actual ofrece varios modelos de captadores de luz solar. Su diferencia radica en el equipo utilizado para la producción de paneles solares. La tecnología de fabricación y el tipo de material de partida juegan un papel.

Tipo monocristal

Estos elementos consisten en celdas de silicona unidas entre sí. Según el método del científico Czochralski, se produce silicio absolutamente puro, a partir del cual se fabrican monocristales. El siguiente proceso es el corte del producto semielaborado congelado y endurecido en placas con un espesor de 250 a 300 micras. Las capas delgadas están saturadas con una rejilla metálica de electrodos. A pesar del alto costo de producción, estos elementos se usan bastante debido a la alta tasa de conversión (17-22%).

Producción de elementos policristalinos

La tecnología para la producción de células solares a partir de policristales consiste en que la masa de silicio fundido se enfría gradualmente. La producción no requiere equipos costosos, por lo tanto, se reduce el costo de obtención del silicio. Los acumuladores solares policristalinos tienen un factor de eficiencia más bajo (11-18%), a diferencia de los monocristalinos. Esto se explica por el hecho de que durante el proceso de enfriamiento, la masa de silicio se satura con pequeñas burbujas granulares, lo que conduce a una refracción adicional de los rayos.

Elementos de silicio amorfo

Los productos se clasifican como un tipo especial, ya que su pertenencia al tipo de silicio proviene del nombre del material utilizado, y la producción de células solares se lleva a cabo utilizando tecnología de dispositivos de película. El cristal en el proceso de fabricación da paso al hidrógeno de silicio o silón, una fina capa del cual cubre el sustrato. Las baterías tienen el valor de eficiencia más bajo, solo hasta un 6%. Los elementos, a pesar de un inconveniente significativo, tienen una serie de ventajas innegables que les dan derecho a estar en línea con los tipos anteriores:

• el valor de absorción de la óptica es dos docenas de veces mayor que el de las unidades monocristalinas y policristalinas;
• tiene un espesor de capa mínimo de solo 1 micra;
• el clima nublado no afecta el trabajo de conversión de luz, a diferencia de otras especies;
• debido a su alta resistencia a la flexión, se puede utilizar sin problemas en lugares difíciles.

Los tres tipos de convertidores solares descritos anteriormente se complementan con productos híbridos fabricados con materiales con propiedades duales. Tales características se logran si se incluyen microelementos o nanopartículas en el silicio amorfo. El material resultante es similar al silicio policristalino, pero se compara favorablemente con él por sus nuevas características técnicas.indicadores.

Materia prima para la producción de células solares tipo película de CdTe

La elección del material está dictada por la necesidad de reducir el costo de producción y mejorar el rendimiento en el trabajo. El telururo de cadmio absorbente de luz más utilizado. En los años 70 del siglo pasado, CdTe era considerado el principal competidor para el uso del espacio, en la industria moderna ha encontrado una amplia aplicación en la energía solar.

Este material está clasificado como un veneno acumulativo, por lo que el debate sobre su nocividad no disminuye. La investigación realizada por científicos ha establecido el hecho de que el nivel de sustancias nocivas que ingresan a la atmósfera es aceptable y no daña el medio ambiente. El nivel de eficiencia es solo del 11 %, pero el costo de la electricidad convertida de dichas celdas es entre un 20 y un 30 % más bajo que el de los dispositivos de tipo silicio.

Acumuladores de rayos hechos de selenio, cobre e indio

Los semiconductores en el dispositivo son cobre, selenio e indio, a veces se permite reemplazar este último con galio. Esto se debe a la gran demanda de indio para la producción de monitores de tipo plano. Por lo tanto, se eligió esta opción de sustitución, ya que los materiales tienen propiedades similares. Pero para el indicador de eficiencia, el reemplazo juega un papel importante, la producción de una batería solar sin galio aumenta la eficiencia del dispositivo en un 14%.

Colectores solares a base de polímeros

Estos elementos se clasifican como tecnologías jóvenes, ya que han aparecido recientemente en el mercado. Los semiconductores orgánicos absorben la luz.para convertirla en energía eléctrica. Para la producción se utilizan fullerenos del grupo carbono, polifenileno, ftalocianina de cobre, etc.. Como resultado se obtienen películas delgadas (100 nm) y flexibles, que en obra dan un coeficiente de eficiencia de 5-7%. El valor es pequeño, pero la producción de células solares flexibles tiene varios puntos positivos:

• No cuesta mucho hacerlo;
• la capacidad de instalar baterías flexibles en curvas donde la elasticidad es de suma importancia;
• facilidad relativa y asequibilidad de instalación;
• Las pilas flexibles son respetuosas con el medio ambiente.

Decapado químico durante la producción

La batería solar más cara es una oblea de silicio policristalino o monocristalino. Para el uso más racional del silicio, se cortan figuras pseudocuadradas, la misma forma le permite colocar las placas firmemente en el módulo futuro. Después del proceso de corte, quedan capas microscópicas de superficie dañada en la superficie, que se eliminan mediante grabado y texturizado para mejorar la recepción de los rayos incidentes.

La superficie tratada de esta manera es una micropirámide ubicada al azar, reflejada desde el borde de la cual, la luz cae sobre las superficies laterales de otras protuberancias. El procedimiento de aflojamiento reduce la reflectividad del material en aproximadamente un 25%. El proceso de decapado adopta una serie de ácidos y alcalinosprocesamiento, pero es inaceptable reducir en gran medida el espesor de la capa, ya que la placa no resiste el siguiente procesamiento.

Semiconductores en celdas solares

La tecnología de producción de células solares asume que el concepto principal de la electrónica sólida es la unión p-n. Si la conductividad electrónica del tipo n y la conductividad del hueco del tipo p se combinan en una placa, entonces se produce una unión p-n en el punto de contacto entre ellos. La principal propiedad física de esta definición es la capacidad de servir como barrera y pasar la electricidad en una dirección. Es este efecto el que le permite establecer el pleno funcionamiento de las células solares.

Como resultado de la difusión del fósforo, se forma una capa de tipo n en los extremos de la placa, que se basa en la superficie del elemento a una profundidad de solo 0,5 micrones. La producción de una batería solar prevé una penetración superficial de portadores de signos opuestos, que surgen bajo la acción de la luz. Su camino hacia la zona de influencia de la unión p-n debe ser corto, de lo contrario, pueden extinguirse entre sí cuando se encuentran, sin generar ninguna cantidad de electricidad.

Uso de grabado químico con plasma

El diseño de la batería solar tiene una superficie frontal con una rejilla instalada para la captura de corriente y una parte posterior, que es un contacto sólido. Durante el fenómeno de difusión, se produce un cortocircuito eléctrico entre los dos planos y se transmite hasta el final.

Para eliminar el cortocircuito, se utiliza un equipo parabaterías solares, que le permite hacer esto con la ayuda de plasma-químico, grabado químico o mecánico, láser. A menudo se utiliza el método de la influencia química del plasma. El grabado se realiza simultáneamente para una pila de obleas de silicio apiladas juntas. El resultado del proceso depende de la duración del tratamiento, la composición del agente, el tamaño de los cuadrados del material, la dirección de los chorros de flujo de iones y otros factores.

Aplicación de revestimiento antirreflectante

Al aplicar una textura a la superficie de un elemento, la reflexión se reduce al 11%. Esto significa que una décima parte de los rayos simplemente se reflejan en la superficie y no participan en la formación de electricidad. Para reducir tales pérdidas, se aplica un recubrimiento con penetración profunda de pulsos de luz en la parte frontal del elemento, que no los refleja. Los científicos, teniendo en cuenta las leyes de la óptica, determinan la composición y el grosor de la capa, por lo que la producción e instalación de paneles solares con dicho revestimiento reduce la reflexión hasta en un 2%.

Revestimiento de contacto en la parte frontal

La superficie del elemento está diseñada para absorber la mayor cantidad de radiación, es este requisito el que determina las características dimensionales y técnicas de la malla metálica aplicada. Al elegir el diseño de la parte frontal, los ingenieros resuelven dos problemas opuestos. La disminución de las pérdidas ópticas se produce con líneas más delgadas y su ubicación a gran distancia entre sí. La producción de una batería solar con un tamaño de red aumentado conduce al hecho de que algunas de las cargas no tienen tiempo para alcanzar el contacto y se pierden.

Por lo tanto, los científicos han estandarizado el valor de la distancia y el grosor de la línea para cada metal. Las tiras demasiado delgadas abren un espacio en la superficie del elemento para absorber los rayos, pero no conducen una corriente fuerte. Los métodos modernos de aplicación de metalización consisten en serigrafía. Como material, la pasta que contiene plata se justifica por sí sola. Debido a su uso, la eficiencia del elemento aumenta entre un 15 y un 17 %.

Metalización en la parte posterior del dispositivo

La deposición de metal en la parte posterior del dispositivo se produce de dos maneras, cada una de las cuales realiza su propio trabajo. Una fina capa continua sobre toda la superficie, a excepción de los orificios individuales, se rocía con aluminio y los orificios se rellenan con pasta que contiene plata, que desempeña un papel de contacto. La capa de aluminio sólido sirve como una especie de dispositivo de espejo en la parte posterior para las cargas gratuitas que pueden perderse en los enlaces de cristal colgantes de la red. Con tal recubrimiento, los paneles solares funcionan un 2% más en potencia. Las opiniones de los clientes dicen que estos elementos son más duraderos y no se ven tan afectados por el tiempo nublado.

Fabricación de paneles solares con tus propias manos

Fuentes de energía del sol, no todos pueden pedir e instalar en casa, ya que su costo hoy en día es bastante alto. Por lo tanto, muchos artesanos y artesanos están dominando la producción de paneles solares en el hogar.

Puedes comprar juegos de fotocélulas para autoensamblar en Internet en varios sitios. su costoDepende del número de placas utilizadas y de la potencia. Por ejemplo, los kits de bajo consumo, de 63 a 76 W con 36 placas, cuestan 2350-2560 rublos. respectivamente. Los elementos de trabajo rechazados de las líneas de producción por cualquier motivo también se compran aquí.

Al elegir el tipo de convertidor fotovoltaico, tenga en cuenta el hecho de que las células policristalinas son más resistentes al clima nublado y funcionan de manera más eficiente que las monocristalinas, pero tienen una vida útil más corta. Los monocristalinos son más eficientes cuando hace sol y duran mucho más.

Para organizar la producción de paneles solares en el hogar, debe calcular la carga total de todos los dispositivos que serán alimentados por el futuro convertidor y determinar la potencia del dispositivo. De aquí sigue el número de fotocélulas, teniendo en cuenta el ángulo de inclinación del panel. Algunos artesanos prevén la posibilidad de cambiar la posición del plano de acumulación según la altura del solsticio y, en invierno, según el espesor de la nieve que ha caído.

Se utilizan diferentes materiales para hacer el estuche. La mayoría de las veces colocan esquinas de aluminio o acero inoxidable, usan madera contrachapada, aglomerado, etc. La parte transparente está hecha de vidrio orgánico u ordinario. A la venta hay fotocélulas con conductores ya soldados, es preferible comprarlos, ya que se simplifica la tarea de montaje. Las placas no están apiladas una encima de la otra; las inferiores pueden producir microfisuras. La soldadura y el fundente se aplican previamente. Es más conveniente soldar los elementos colocándolos inmediatamente en el lado de trabajo. Al final, las placas extremas se sueldan a los neumáticos (conductores más anchos), después de lo cual se emiten el "menos" y el "más".

Después del trabajo realizado, el panel se prueba y se sella. Los artesanos extranjeros usan compuestos para esto, pero para nuestros artesanos son bastante caros. Los transductores caseros están sellados con silicona y la parte posterior está recubierta con barniz acrílico.

En conclusión, se debe decir que las críticas de los maestros que fabricaron paneles solares con sus propias manos son siempre positivas. Una vez que ha gastado dinero en la fabricación e instalación del convertidor, la familia los paga rápidamente y comienza a ahorrar usando energía gratis.