Production de batteries solaires : technologie et équipement

2024 Auteur: Howard Calhoun | [email protected]. Dernière modifié: 2023-12-17 10:27

L'humanité cherche à passer à des sources alternatives d'approvisionnement électrique qui aideront à garder l'environnement propre et à réduire le coût de la production d'énergie. La production de batteries solaires est une méthode industrielle moderne. Le système d'alimentation comprend des récepteurs solaires, des batteries, des contrôleurs, des onduleurs et d'autres appareils conçus pour des fonctions spécifiques.

La batterie solaire est l'élément principal à partir duquel commence l'accumulation et la conversion de l'énergie des rayons. Dans le monde moderne, le consommateur rencontre de nombreux pièges lors du choix d'un panneau, car l'industrie propose un grand nombre de produits combinés sous un même nom.

Cellules solaires au silicium

Ces produits sont populaires auprès des consommateurs d'aujourd'hui. Le silicium est la base de leur fabrication. Ses réserves dans les profondeurs sont étendues et la production est relativement peu coûteuse. Les cellules au silicium se comparent favorablement en termes de performances avec d'autres cellules solaires.

Types d'éléments

Les cellules solaires au silicium sont fabriquées dans les types suivants:

• monocristallin;
• polycristallin;
• amorphe.

Les formes d'appareils ci-dessus diffèrent par la manière dont les atomes de silicium sont disposés dans le cristal. La principale différence entre les éléments est l'indicateur différent de l'efficacité de la conversion de l'énergie lumineuse, qui pour les deux premiers types est approximativement au même niveau et dépasse les valeurs des appareils en silicium amorphe.

L'industrie d'aujourd'hui propose plusieurs modèles de capteurs de lumière solaire. Leur différence réside dans le matériel utilisé pour la production des panneaux solaires. La technologie de fabrication et le type de matière première jouent un rôle.

Type monocristallin

Ces éléments sont constitués de cellules en silicone fixées ensemble. Selon la méthode du scientifique Czochralski, du silicium absolument pur est produit, à partir duquel des monocristaux sont fabriqués. Le processus suivant consiste à découper le produit semi-fini congelé et durci en plaques d'une épaisseur de 250 à 300 microns. Les couches minces sont saturées d'une grille métallique d'électrodes. Malgré le coût de production élevé, ces éléments sont assez largement utilisés en raison du taux de conversion élevé (17-22 %).

Production d'éléments polycristallins

La technologie de production de cellules solaires à partir de polycristaux consiste à refroidir progressivement la masse de silicium fondu. La production ne nécessite pas d'équipement coûteux, par conséquent, le coût d'obtention du silicium est réduit. Les stockages solaires polycristallins ont un facteur d'efficacité inférieur (11-18%), contrairement aux stockages monocristallins. Cela s'explique par le fait que pendant le processus de refroidissement, la masse de silicium est saturée de minuscules bulles granuleuses, ce qui entraîne une réfraction supplémentaire des rayons.

Éléments en silicium amorphe

Les produits sont classés comme un type spécial, car leur appartenance au type de silicium provient du nom du matériau utilisé, et la production de cellules solaires est réalisée à l'aide de la technologie des dispositifs à film. Le cristal dans le processus de fabrication cède la place au silicium hydrogène ou silon, dont une fine couche recouvre le substrat. Les batteries ont la valeur d'efficacité la plus faible, jusqu'à 6% seulement. Les éléments, malgré un inconvénient important, présentent un certain nombre d'avantages indéniables qui leur donnent le droit de s'aligner sur les types ci-dessus:

• la valeur d'absorption optique est deux douzaines de fois supérieure à celle des disques monocristallins et polycristallins;
• a une épaisseur de couche minimale de seulement 1 micron;
• le temps nuageux n'affecte pas les travaux de conversion de lumière, contrairement à d'autres espèces;
• grâce à sa grande résistance à la flexion, il peut être utilisé sans problème dans des endroits difficiles.

Les trois types de convertisseurs solaires décrits ci-dessus sont complétés par des produits hybrides fabriqués à partir de matériaux à double propriété. De telles caractéristiques sont obtenues si des microéléments ou des nanoparticules sont inclus dans du silicium amorphe. Le matériau résultant est similaire au silicium polycristallin, mais se compare favorablement à celui-ci par de nouvelles caractéristiques techniques.indicateurs.

Matière première pour la production de cellules solaires de type film CdTe

Le choix du matériau est dicté par la nécessité de réduire les coûts de production et d'améliorer les performances au travail. Le tellurure de cadmium absorbant la lumière le plus couramment utilisé. Dans les années 70 du siècle dernier, le CdTe était considéré comme le principal concurrent pour l'utilisation de l'espace, dans l'industrie moderne, il a trouvé une large application dans l'énergie solaire.

Ce matériau est classé comme un poison cumulatif, donc le débat sur sa nocivité ne se calme pas. Des recherches menées par des scientifiques ont établi le fait que le niveau de substances nocives pénétrant dans l'atmosphère est acceptable et ne nuit pas à l'environnement. Le niveau d'efficacité n'est que de 11 %, mais le coût de l'électricité convertie à partir de ces cellules est de 20 à 30 % inférieur à celui des appareils de type silicium.

Accumulateurs de rayons en sélénium, cuivre et indium

Les semi-conducteurs de l'appareil sont le cuivre, le sélénium et l'indium, il est parfois permis de remplacer ce dernier par du gallium. Cela est dû à la forte demande d'indium pour la production de moniteurs de type plat. Par conséquent, cette option de substitution a été choisie, car les matériaux ont des propriétés similaires. Mais pour l'indicateur d'efficacité, le remplacement joue un rôle non négligeable, la production d'une batterie solaire sans gallium augmente de 14% l'efficacité de l'appareil

Capteurs solaires à base de polymères

Ces éléments sont classés comme des technologies jeunes, car ils sont apparus récemment sur le marché. Les semi-conducteurs organiques absorbent la lumièrepour le transformer en énergie électrique. Pour la production, on utilise des fullerènes du groupe du carbone, du polyphénylène, de la phtalocyanine de cuivre, etc.. On obtient ainsi des films minces (100 nm) et flexibles qui, au travail, donnent un coefficient d'efficacité de 5 à 7%. La valeur est faible, mais la production de cellules solaires flexibles a plusieurs points positifs:

• Ça ne coûte pas cher à faire;
• la possibilité d'installer des batteries flexibles dans les virages où l'élasticité est primordiale;
• facilité relative et prix abordable de l'installation;
• les batteries flexibles sont respectueuses de l'environnement.

Décapage chimique pendant la production

La batterie solaire la plus chère est une plaquette de silicium multicristallin ou monocristallin. Pour l'utilisation la plus rationnelle du silicium, des figures pseudo-carrées sont découpées, la même forme vous permet de poser étroitement les plaques dans le futur module. Après le processus de découpe, des couches microscopiques de surface endommagée restent sur la surface, qui sont éliminées par gravure et texturation pour améliorer la réception des rayons incidents.

La surface ainsi traitée est une micropyramide située au hasard, réfléchie par le bord de laquelle la lumière tombe sur les surfaces latérales d'autres saillies. La procédure de desserrage réduit la réflectivité du matériau d'environ 25 %. Le processus de décapage adopte une série de acides et alcalinstraitement, mais il est inacceptable de réduire considérablement l'épaisseur de la couche, car la plaque ne résiste pas au traitement suivant.

Semi-conducteurs dans les cellules solaires

La technologie de production de cellules solaires suppose que le concept principal de l'électronique solide est la jonction p-n. Si la conductivité électronique de type n et la conductivité de trou de type p sont combinées dans une plaque, une jonction p-n se produit au point de contact entre elles. La principale propriété physique de cette définition est la capacité de servir de barrière et de faire passer l'électricité dans une direction. C'est cet effet qui vous permet d'établir le fonctionnement complet des cellules solaires.

À la suite de la diffusion du phosphore, une couche de type n se forme aux extrémités de la plaque, qui repose à la surface de l'élément à une profondeur de seulement 0,5 micron. La production d'une batterie solaire permet une faible pénétration de porteurs de signes opposés, qui se présentent sous l'action de la lumière. Leur chemin vers la zone d'influence de la jonction p-n doit être court, sinon ils peuvent s'éteindre lorsqu'ils se rencontrent, sans générer aucune quantité d'électricité.

Utilisation de la gravure plasma-chimique

La conception de la batterie solaire a une surface avant avec une grille installée pour la capture de courant et une face arrière, qui est un contact solide. Lors du phénomène de diffusion, un court-circuit électrique se produit entre les deux plans et se transmet à l'extrémité.

Pour éliminer le court-circuit, un équipement est utilisé pourbatteries solaires, ce qui vous permet de le faire à l'aide de plasma-chimique, de gravure chimique ou mécanique, laser. La méthode de l'influence plasma-chimique est souvent utilisée. La gravure est effectuée simultanément pour un empilement de tranches de silicium empilées ensemble. Le résultat du processus dépend de la durée du traitement, de la composition de l'agent, de la taille des carrés du matériau, de la direction des jets de flux d'ions et d'autres facteurs.

Application d'un revêtement antireflet

En appliquant une texture à la surface d'un élément, la réflexion est réduite à 11 %. Cela signifie qu'un dixième des rayons est simplement réfléchi par la surface et ne participe pas à la formation d'électricité. Afin de réduire ces pertes, un revêtement à pénétration profonde des impulsions lumineuses est appliqué sur la face avant de l'élément, qui ne les réfléchit pas. Les scientifiques, en tenant compte des lois de l'optique, déterminent la composition et l'épaisseur de la couche, de sorte que la production et l'installation de panneaux solaires avec un tel revêtement réduisent la réflexion jusqu'à 2 %.

Placage de contact sur la face avant

La surface de l'élément est conçue pour absorber la plus grande quantité de rayonnement, c'est cette exigence qui détermine les caractéristiques dimensionnelles et techniques du treillis métallique appliqué. En choisissant le design de la face avant, les ingénieurs résolvent deux problèmes opposés. La diminution des pertes optiques se produit avec des lignes plus fines et leur localisation à grande distance les unes des autres. La production d'une batterie solaire avec une taille de grille accrue conduit au fait que certaines des charges n'ont pas le temps d'atteindre le contact et sont perdues.

Par conséquent, les scientifiques ont normalisé la valeur de la distance et l'épaisseur de la ligne pour chaque métal. Des bandes trop fines ouvrent un espace à la surface de l'élément pour absorber les rayons, mais ne conduisent pas un courant fort. Les méthodes modernes d'application de la métallisation consistent en la sérigraphie. En tant que matériau, la pâte contenant de l'argent se justifie le plus. En raison de son utilisation, l'efficacité de l'élément augmente de 15 à 17 %.

Métallisation au dos de l'appareil

Le dépôt de métal à l'arrière de l'appareil se produit de deux manières, chacune effectuant son propre travail. Une fine couche continue sur toute la surface, à l'exception des trous individuels, est pulvérisée avec de l'aluminium et les trous sont remplis de pâte contenant de l'argent, qui joue un rôle de contact. La couche d'aluminium solide sert en quelque sorte de dispositif miroir sur la face arrière pour les charges libres qui peuvent être perdues dans les liaisons cristallines pendantes du réseau. Avec un tel revêtement, les panneaux solaires fonctionnent 2% de plus en puissance. Les avis des clients indiquent que ces éléments sont plus durables et ne sont pas aussi affectés par le temps nuageux.

Fabriquer des panneaux solaires de vos propres mains

Les sources d'énergie du soleil, tout le monde ne peut pas commander et installer à la maison, car leur coût est aujourd'hui assez élevé. Par conséquent, de nombreux artisans et artisans maîtrisent la production de panneaux solaires à la maison.

Vous pouvez acheter des jeux de photocellules à monter soi-même sur Internet sur différents sites. Leur coûtdépend du nombre de plaques utilisées et de la puissance. Par exemple, les kits basse consommation, de 63 à 76 W avec 36 plaques, coûtent 2350-2560 roubles. respectivement. Les éléments de travail rejetés des lignes de production pour une raison quelconque sont également achetés ici.

Lors du choix du type de convertisseur photovoltaïque, tenez compte du fait que les cellules polycristallines sont plus résistantes au temps nuageux et fonctionnent plus efficacement que les monocristallines, mais ont une durée de vie plus courte. Les monocristallins sont plus efficaces par temps ensoleillé et dureront beaucoup plus longtemps.

Pour organiser la production de panneaux solaires à la maison, vous devez calculer la charge totale de tous les appareils qui seront alimentés par le futur convertisseur et déterminer la puissance de l'appareil. De là découle le nombre de photocellules, tout en tenant compte de l'angle d'inclinaison du panneau. Certains artisans prévoient la possibilité de modifier la position du plan d'accumulation en fonction de la hauteur du solstice et, en hiver, de l'épaisseur de la neige tombée.

Différents matériaux sont utilisés pour fabriquer le boîtier. Le plus souvent, ils mettent des coins en aluminium ou en acier inoxydable, utilisent du contreplaqué, des panneaux de particules, etc. La partie transparente est en verre organique ou ordinaire. En vente, il existe des photocellules avec des conducteurs déjà soudés, il est préférable d'en acheter, car la tâche d'assemblage est simplifiée. Les plaques ne sont pas empilées les unes sur les autres - les plus basses peuvent donner des microfissures. La soudure et le flux sont pré-appliqués. Il est plus pratique de souder les éléments en les plaçant immédiatement du côté travail. À la fin, les plaques extrêmes sont soudées aux pneus (conducteurs plus larges), après quoi les "moins" et "plus" sont sortis.

Après le travail effectué, le panneau est testé et scellé. Les artisans étrangers utilisent des composés pour cela, mais pour nos artisans, ils sont assez chers. Les transducteurs faits maison sont scellés avec du silicone et la face arrière est recouverte d'un vernis à base d'acrylique.

En conclusion, il faut dire que les critiques des maîtres qui ont fabriqué des panneaux solaires de leurs propres mains sont toujours positives. Après avoir dépensé de l'argent pour la fabrication et l'installation du convertisseur, la famille les paie rapidement et commence à économiser en utilisant de l'énergie gratuite.