Нарны зайны үйлдвэрлэл: технологи, тоног төхөөрөмж

2024 Зохиолч: Howard Calhoun | [email protected]. Хамгийн сүүлд өөрчлөгдсөн: 2023-12-17 10:35

Хүн төрөлхтөн байгаль орчныг цэвэр байлгаж, эрчим хүч үйлдвэрлэх зардлыг бууруулахад туслах цахилгаан хангамжийн өөр эх үүсвэрт шилжихийг эрмэлзэж байна. Нарны зай үйлдвэрлэх нь орчин үеийн үйлдвэрлэлийн арга юм. Эрчим хүчний хангамжийн системд нарны хүлээн авагч, батарей, хянагч, инвертер болон тодорхой функцэд зориулагдсан бусад төхөөрөмжүүд багтсан болно.

Нарны зай нь цацрагийн энергийн хуримтлал, хувиргалт эхэлдэг гол элемент юм. Орчин үеийн ертөнцөд энэ салбар нь нэг нэрийн дор олон тооны бүтээгдэхүүнийг санал болгодог тул хэрэглэгчдэд самбар сонгоход олон бэрхшээл тулгардаг.

Цахиур нарны зай

Эдгээр бүтээгдэхүүн нь өнөөгийн хэрэглэгчдийн дунд түгээмэл байдаг. Цахиур нь тэдгээрийг үйлдвэрлэх үндэс суурь юм. Гүн дэх түүний нөөц өргөн тархсан бөгөөд үйлдвэрлэл нь харьцангуй хямд байдаг. Цахиур эсүүд нь бусад нарны зайтай харьцуулахад сайн үзүүлэлттэй байна.

Элементийн төрөл

Цахиур нарны зайг дараах төрлөөр үйлдвэрлэдэг:

• монокристал;
• поликристал;
• аморф.

Төхөөрөмжийн дээрх хэлбэрүүд нь болор дахь цахиурын атомууд хэрхэн байрлаж байгаагаараа ялгаатай. Элементүүдийн гол ялгаа нь гэрлийн энергийг хувиргах үр ашгийн өөр өөр үзүүлэлт бөгөөд эхний хоёр төрлийн хувьд ойролцоогоор ижил түвшинд байгаа бөгөөд аморф цахиураар хийсэн төхөөрөмжүүдийн утгуудаас давсан байна.

Өнөөдрийн салбар нарны гэрэл баригчийн хэд хэдэн загварыг санал болгож байна. Тэдний ялгаа нь нарны хавтан үйлдвэрлэхэд ашигладаг төхөөрөмжид оршдог. Үйлдвэрлэлийн технологи болон эхлэл материалын төрөл чухал үүрэг гүйцэтгэдэг.

Ганц талст төрөл

Эдгээр элементүүд нь хоорондоо бэхлэгдсэн силикон эсүүдээс бүрдэнэ. Эрдэмтэн Чехральскийн аргын дагуу туйлын цэвэр цахиур гаргаж авдаг бөгөөд үүнээс дан талстууд үүсдэг. Дараагийн үйл явц нь хөлдөөсөн болон хатуурсан хагас боловсруулсан бүтээгдэхүүнийг 250-300 микрон зузаантай хавтан болгон зүсэх явдал юм. Нимгэн давхаргууд нь электродын металл тороор ханасан байдаг. Үйлдвэрлэлийн өртөг өндөртэй хэдий ч хөрвүүлэх өндөр хувьтай (17-22%) ийм элементүүдийг нэлээд өргөн ашигладаг.

Поликристал элементийн үйлдвэрлэл

Поликристалаас нарны зай үйлдвэрлэх технологи нь хайлсан цахиурын массыг аажмаар хөргөх явдал юм. Үйлдвэрлэл нь үнэтэй тоног төхөөрөмж шаарддаггүй тул цахиур авах зардал багасдаг. Поликристал нарны агуулахууд нь монокристаллуудаас ялгаатай нь үр ашиг багатай (11-18%) байдаг. Үүнийг хөргөх явцад цахиурын масс нь жижиг мөхлөгт бөмбөлөгүүдээр ханасан тул цацрагийн нэмэлт хугаралд хүргэдэгтэй холбон тайлбарлаж байна.

Аморф цахиурын элементүүд

Бүтээгдэхүүнийг тусгай төрөл гэж ангилдаг, учир нь цахиурын төрөлд хамаарах нь ашигласан материалын нэрнээс гаралтай бөгөөд нарны зайг үйлдвэрлэхдээ хальсан төхөөрөмжийн технологи ашиглан хийдэг. Үйлдвэрлэлийн процесс дахь болор нь цахиурын устөрөгч эсвэл силон руу шилждэг бөгөөд нимгэн давхарга нь субстратыг бүрхдэг. Батерейны үр ашгийн хамгийн бага утга нь зөвхөн 6% хүртэл байдаг. Элементүүд нь мэдэгдэхүйц сул талыг үл харгалзан дээрх төрлүүдийн дагуу зогсох эрхийг өгдөг хэд хэдэн маргаангүй давуу талуудтай:

• оптик шингээлтийн утга нь монокристалл ба поликристалл хөтчүүдээс хоёр дахин их;
• давхаргын хамгийн бага зузаан нь ердөө 1 микрон;
• Үүлэрхэг цаг агаар бусад зүйлээс ялгаатай нь гэрэл хувиргах ажилд нөлөөлөхгүй;
• нугалах бат бөх чанараараа хүнд хэцүү газруудад асуудалгүй ашиглах боломжтой.

Дээр дурдсан гурван төрлийн нарны хувиргагчийг хос шинж чанартай материалаар хийсэн эрлийз бүтээгдэхүүнээр нөхөж өгдөг. Аморф цахиурт микроэлементүүд эсвэл нано бөөмсүүд орсон тохиолдолд ийм шинж чанарыг олж авдаг. Үүссэн материал нь поликристалл цахиуртай төстэй боловч шинэ техникийн шинж чанараараа үүнтэй харьцангуй сайн харьцуулагддаг.үзүүлэлтүүд.

CdTe хальс төрлийн нарны зай үйлдвэрлэх түүхий эд

Материалын сонголт нь үйлдвэрлэлийн өртгийг бууруулах, ажлын гүйцэтгэлийг сайжруулах хэрэгцээ шаардлагаас үүдэлтэй. Хамгийн түгээмэл хэрэглэгддэг гэрэл шингээгч кадми теллурид. Өнгөрсөн зууны 70-аад оны үед CdTe нь сансар огторгуйн ашиглалтын гол өрсөлдөгч гэж тооцогддог байсан бөгөөд орчин үеийн үйлдвэрлэлд нарны эрчим хүчний салбарт өргөн хэрэглэгдэх болсон.

Энэ материал нь хуримтлагдсан хорын ангилалд багтдаг тул түүний хор хөнөөлийн талаарх маргаан тасрахгүй байна. Эрдэмтдийн хийсэн судалгаагаар агаар мандалд орж буй хорт бодисын хэмжээ зөвшөөрөгдөхүйц, байгаль орчинд хор хөнөөл учруулахгүй гэдгийг тогтоожээ. Үр ашгийн түвшин ердөө 11%, гэхдээ ийм эсээс гаргаж авсан цахилгаан эрчим хүчний өртөг нь цахиур төрлийн төхөөрөмжөөс 20-30% бага байна.

Селен, зэс, индийээр хийсэн цацрагийн аккумлятор

Төхөөрөмжийн хагас дамжуулагч нь зэс, селен, индий байдаг тул заримдаа сүүлийнхийг галлиар солихыг зөвшөөрдөг. Энэ нь хавтгай хэлбэрийн монитор үйлдвэрлэхэд индийн эрэлт их байгаатай холбоотой юм. Тиймээс материалууд нь ижил төстэй шинж чанартай байдаг тул энэ орлуулах сонголтыг сонгосон. Гэхдээ үр ашгийн үзүүлэлтийн хувьд солих нь чухал үүрэг гүйцэтгэдэг бөгөөд галлигүй нарны зай үйлдвэрлэх нь төхөөрөмжийн үр ашгийг 14% -иар нэмэгдүүлдэг.

Полимерт суурилсан нарны коллектор

Эдгээр элементүүд нь зах зээлд саяхан гарч ирсэн тул залуу технологид багтдаг. Органик хагас дамжуулагч нь гэрлийг шингээдэгцахилгаан эрчим хүч болгон хувиргах. Үйлдвэрлэлийн хувьд нүүрстөрөгчийн бүлгийн фуллерен, полифенилен, зэсийн фтаоцианин гэх мэтийг ашигладаг бөгөөд үүний үр дүнд нимгэн (100 нм) ба уян хатан хальсыг олж авдаг бөгөөд энэ нь ажлын үр ашгийн коэффициентийг 5-7% өгдөг. Үнэ цэнэ нь бага боловч уян хатан нарны зай үйлдвэрлэх нь хэд хэдэн эерэг талуудтай:

• Үүнийг хийхэд их зардал гарахгүй;
• уян хатан чанар нь хамгийн чухал байдаг гулзайлтын хэсэгт уян хатан батерей суурилуулах чадвар;
• суулгахад харьцангуй хялбар, боломжийн үнэ;
• уян батерей нь байгаль орчинд ээлтэй.

Үйлдвэрлэлийн явцад химийн даршилна

Хамгийн үнэтэй нарны зай бол олон талст эсвэл нэг талст цахиур хавтан юм. Цахиурыг хамгийн оновчтой ашиглахын тулд псевдо дөрвөлжин дүрсийг зүссэн бөгөөд ижил хэлбэр нь ирээдүйн модульд ялтсуудыг сайтар байрлуулах боломжийг олгодог. Зүсэх үйл явцын дараа гэмтсэн гадаргуугийн микроскопийн давхаргууд гадаргуу дээр үлдэх бөгөөд туссан туяаг хүлээн авах чадварыг сайжруулахын тулд сийлбэр, бүтэцтэй болгож арилгадаг.

Ийм байдлаар боловсруулсан гадаргуу нь санамсаргүй байрлалтай микропирамидууд бөгөөд тэдгээрийн ирмэгээс туссан гэрэл нь бусад цухуйсан хэсгүүдийн хажуугийн гадаргуу дээр тусдаг. Суллах процедур нь материалын тусгалыг ойролцоогоор 25% -иар бууруулдаг. Даршилах үйл явц нь хүчиллэг болон шүлтлэг цувралыг ашигладагболовсруулах, гэхдээ хавтан нь дараах боловсруулалтыг тэсвэрлэхгүй тул давхаргын зузааныг их хэмжээгээр багасгах нь хүлээн зөвшөөрөгдөхгүй.

Нарны зай дахь хагас дамжуулагч

Нарны зай үйлдвэрлэх технологи нь хатуу электроникийн үндсэн ойлголтыг p-n-junction гэж үздэг. Хэрэв n хэлбэрийн электрон дамжуулалт ба p хэлбэрийн нүхний дамжуулалтыг нэг хавтанд нэгтгэвэл тэдгээрийн хоорондох холбоо барих цэг дээр p-n уулзвар үүснэ. Энэхүү тодорхойлолтын үндсэн физик шинж чанар нь хаалт болж, нэг чиглэлд цахилгаан дамжуулах чадвар юм. Чухамхүү энэ нөлөө нь нарны зайг бүрэн ажиллуулах боломжийг олгодог.

Фосфорын тархалтын үр дүнд хавтангийн төгсгөлд n төрлийн давхарга үүсдэг бөгөөд энэ нь элементийн гадаргуу дээр ердөө 0.5 микрон гүнд суурилдаг. Нарны батерейг үйлдвэрлэх нь гэрлийн нөлөөн дор үүсдэг эсрэг тэмдэгтүүдийн зөөвөрлөгчдийг гүехэн нэвтрүүлэх боломжийг олгодог. Тэдний p-n-уулзварын нөлөөллийн бүсэд хүрэх зам нь богино байх ёстой, эс тэгвээс тэд уулзахдаа ямар ч цахилгаан үүсгэхгүйгээр бие биенээ унтрааж чадна.

Плазма-химийн сийлбэр ашиглах

Нарны зайны загвар нь урд гадаргуутай бөгөөд гүйдэл барих зориулалттай сараалжтай, арын тал нь хатуу контакттай. Тархалтын үзэгдлийн үед хоёр хавтгайн хооронд цахилгаан богино холболт үүсч, төгсгөл хүртэл дамждаг.

Богино холболтыг арилгахын тулд төхөөрөмжийг ашигладагплазм-химийн, химийн сийлбэр эсвэл механик, лазерын тусламжтайгаар үүнийг хийх боломжийг олгодог нарны зай. Плазм-химийн нөлөөллийн аргыг ихэвчлэн ашигладаг. Хамтдаа овоолсон цахиур ялтсуудыг нэгэн зэрэг сийлбэрлэдэг. Процессын үр дүн нь эмчилгээний үргэлжлэх хугацаа, бодисын найрлага, материалын квадратуудын хэмжээ, ионы урсгалын чиглэл болон бусад хүчин зүйлээс хамаарна.

Гэрэл цацруулагчийн эсрэг бүрхүүл түрхэх

Элементийн гадаргуу дээр бүтэц хэрэглэснээр тусгал 11% хүртэл буурдаг. Энэ нь цацрагийн аравны нэг нь ердөө л гадаргуугаас ойж, цахилгаан үүсэхэд оролцдоггүй гэсэн үг юм. Ийм алдагдлыг багасгахын тулд элементийн урд талд гэрлийн импульсийн гүн нэвчсэн бүрээсийг түрхэж, тэдгээрийг буцааж тусгадаггүй. Эрдэмтэд оптикийн хуулиудыг харгалзан үзээд давхаргын найрлага, зузааныг тодорхойлдог тул ийм бүрээстэй нарны хавтан үйлдвэрлэж суурилуулах нь тусгалыг 2% хүртэл бууруулдаг.

Урд талдаа контакт бүрээстэй

Элементийн гадаргуу нь цацрагийг хамгийн их хэмжээгээр шингээх зориулалттай бөгөөд энэ шаардлага нь хэрэглэсэн металл торны хэмжээс, техникийн шинж чанарыг тодорхойлдог. Урд талын дизайныг сонгосноор инженерүүд хоёр эсрэг талын асуудлыг шийддэг. Оптик алдагдлыг багасгах нь нимгэн шугамууд, тэдгээрийн байрлал нь бие биенээсээ хол зайд байдаг. Сүлжээний хэмжээ ихэссэн нарны зайг үйлдвэрлэх нь зарим цэнэг нь холбоо барих цаггүй болж, алдагдахад хүргэдэг.

Тиймээс эрдэмтэд металл тус бүрийн зай, шугамын зузаанын утгыг стандартчилсан. Хэт нимгэн тууз нь элементийн гадаргуу дээр цацрагийг шингээх зайг нээж өгдөг боловч хүчтэй гүйдэл дамжуулдаггүй. Металлжуулах орчин үеийн аргууд нь дэлгэцэн дээр хэвлэхээс бүрддэг. Материалын хувьд мөнгө агуулсан зуурмаг нь өөрийгөө зөвтгөдөг. Ашиглалтын улмаас элементийн үр ашиг 15-17%-иар нэмэгддэг.

Төхөөрөмжийн ар талд металлжуулалт

Төхөөрөмжийн арын хэсэгт металл хуримтлуулах нь хоёр янзаар явагддаг бөгөөд тус бүр өөрийн гэсэн ажлыг гүйцэтгэдэг. Тусдаа нүхнээс бусад бүх гадаргуу дээр тасралтгүй нимгэн давхарга нь хөнгөн цагаанаар цацагдаж, нүхнүүд нь мөнгө агуулсан зуурмагаар дүүргэгдсэн бөгөөд энэ нь контактын үүрэг гүйцэтгэдэг. Хатуу хөнгөн цагаан давхарга нь торны унжсан болор холбоонд алдагдах үнэ төлбөргүй арын хэсэгт толин тусгал төхөөрөмж болж үйлчилдэг. Ийм бүрхүүлтэй бол нарны зайн хавтангууд нь 2% илүү эрчим хүчээр ажилладаг. Үйлчлүүлэгчдийн үнэлгээгээр ийм элементүүд нь илүү бат бөх бөгөөд үүлэрхэг цаг агаарт тийм ч их нөлөөлдөггүй.

Өөрийнхөө гараар нарны зай хураагуур хийх

Нарны эрчим хүчний эх үүсвэрүүд нь өнөөдөр өртөг нь нэлээд өндөр байгаа тул хүн бүр гэртээ захиалж суулгаж чадахгүй. Тиймээс олон гар урчууд, гар урчууд нарны зай хураагуур үйлдвэрлэх ажлыг гэртээ эзэмшиж байна.

Та интернетээс янз бүрийн сайтуудаас өөрөө угсрах фотоэлементийн багц худалдаж авах боломжтой. Тэдний өртөгашигласан хавтангийн тоо болон хүчнээс хамаарна. Жишээлбэл, 36 хавтантай 63-76 Вт чадалтай бага чадлын иж бүрдэл нь 2350-2560 рубльтэй байдаг. тус тус. Ямар нэгэн шалтгаанаар үйлдвэрлэлийн шугамаас татгалзсан ажлын зүйлсийг эндээс худалдаж авдаг.

Фотоволтайк хөрвүүлэгчийн төрлийг сонгохдоо поликристал эсүүд нь үүлэрхэг цаг агаарт илүү тэсвэртэй, нэг талстаас илүү үр ашигтай ажилладаг боловч ашиглалтын хугацаа богино байдаг гэдгийг анхаарч үзээрэй. Нэг талст нь нарлаг цаг агаарт илүү үр дүнтэй бөгөөд илүү удаан үргэлжлэх болно.

Гэрийн нөхцөлд нарны хавтан үйлдвэрлэх ажлыг зохион байгуулахын тулд ирээдүйн хувиргагчаар тэжээгдэх бүх төхөөрөмжийн нийт ачааллыг тооцоолох, төхөөрөмжийн хүчийг тодорхойлох шаардлагатай. Эндээс самбарын налуу өнцгийг харгалзан фотоэлелүүдийн тоог дагаж мөрдөнө. Зарим гар урчууд туйлын өндөр, өвлийн улиралд унасан цасны зузаанаас хамаарч хуримтлалын хавтгайн байрлалыг өөрчлөх боломжийг олгодог.

Кейс хийхэд өөр өөр материал ашигладаг. Ихэнхдээ тэд хөнгөн цагаан эсвэл зэвэрдэггүй булангуудыг тавьдаг, фанер, чип хавтан гэх мэтийг ашигладаг Ил тод хэсэг нь органик эсвэл энгийн шилээр хийгдсэн байдаг. Борлуулалтаар аль хэдийн гагнасан дамжуулагчтай фотоэлелүүд байдаг тул угсрах ажлыг хялбаршуулсан тул ийм төрлийн утас худалдаж авах нь дээр. Хавтангуудыг нэг нэгээр нь овоолдоггүй - доод хэсгүүд нь бичил хагарал үүсгэж болно. Гагнуур болон флюсыг урьдчилан хэрэглэнэ. Элементүүдийг ажлын тал дээр нэн даруй байрлуулах замаар гагнах нь илүү тохиромжтой. Төгсгөлд нь туйлын ялтсуудыг дугуйнд (илүү өргөн дамжуулагч) гагнаж, дараа нь "хасах" ба "нэмэх" нь гарна.

Ажил дууссаны дараа хавтанг шалгаж, битүүмжилнэ. Үүнд гадаадын гар урчууд нэгдлүүдийг ашигладаг боловч манай гар урчуудын хувьд нэлээд үнэтэй байдаг. Гэрийн хувиргагчийг силиконоор битүүмжилж, ар талыг нь нийлэг суурьтай лакаар бүрсэн байна.

Эцэст нь хэлэхэд, нарны зайг өөрийн гараар хийсэн мастеруудын шүүмж үргэлж эерэг байдаг гэж хэлэх хэрэгтэй. Хөрвүүлэгчийг үйлдвэрлэх, суурилуулахад мөнгө зарцуулсны дараа гэр бүл нь тэдний төлбөрийг хурдан төлж, үнэгүй эрчим хүч ашиглан хэмнэж эхэлдэг.