Сред ключовите компоненти, движещи революцията в слънчевата енергия, са слънчевите панели. Тези панели, известни още като фотоволтаични (PV) панели, са крайъгълният камък на системи за слънчева енергия, превръщайки слънчевата светлина в електричество. Слънчевите панели са направени предимно от силиций, заедно с други материали като стъкло, метал и материали за капсулиране като етилен-винил ацетат (EVA).
От какво са направени слънчевите панели?
Слънчевите панели са основни компоненти, които превръщат слънчевата светлина в електричество. Производителността и ефективността на тези панели до голяма степен зависят от използваните материали. По-долу е дадено подробно описание на основните материали, намерени в слънчевите панели:
1. Силиций: основният материал на слънчевите панели
Силицият се откроява като преобладаващ материал в производството на слънчеви панели, съставляващ по-голямата част от фотоволтаичните клетки. По-специално, кристалният силиций съществува в три основни форми: монокристален, поликристален и аморфен силиций. Всички те трябва да бъдат обработени и направени във вафли, които служат като основа за производството на фотоволтаични клетки.
Монокристален силиций (c-Si)
Монокристалният силиций е материал с единична непрекъсната кристална структура, използван обикновено в полупроводникови устройства и слънчеви клетки. Произвежда се чрез отглеждане на монокристали от поликристален силиций с висока чистота, като се използва процесът на Чохралски или методът на плаващата зона. Монокристалният силиций има отлични полупроводникови свойства и неговата проводимост може да бъде подобрена чрез допиране с малки количества елементи от група III или група V за образуване на полупроводници от тип p или n.
Поликристален силиций (Poly-Si)
Поликристален силиций се образува, когато разтопеният силиций се втвърди при условия на охлаждане, което води до структура, направена от силициеви зърна. Има метален блясък и полупроводникови свойства. Поликристалният силиций е крехък при стайна температура, но става пластичен при високи температури, широко използван в производството на фотоволтаични пластини и полупроводникови материали. Основната разлика между поликристалния и монокристалния силиций се крие в техните физични свойства.
Аморфен силиций (a-Si)
Аморфният силиций е полупроводник с директна забранена зона със структура, която съдържа много "висящи връзки", които са несвързани електрони от околните силициеви атоми. Тези електрони могат да генерират ток под електрическо поле без необходимост от фононна помощ. Аморфният силиций може да бъде направен много тънък и има предимството на ниските производствени разходи. Обикновено се произвежда чрез техники за отлагане на пари като вакуумно изпаряване, тлеещ разряд, разпрашване и химическо отлагане на пари, с ключови суровини като силан (SiH4) и дисилан (Si2H6). Основното му предимство е способността да се отлага под формата на тънък слой върху различни субстрати, което го прави идеален за тънкослойни слънчеви клетки. Въпреки това, относително ниската му подвижност на електрони ограничава използването му в някои електронни устройства.
2. Проводими материали
Метални контакти
Обикновено направени от сребро или алуминий, металните контакти провеждат електричеството, генерирано от слънчевите клетки, към електрическата верига, осигурявайки ефективен пренос на енергия.
Шинопроводи
Шините са тънки метални ленти, които свързват слънчеви клетки, събирайки и пренасяйки електрически ток. Те обикновено са направени от сребро или алуминий за оптимизиране на проводимостта.
3. стъкло
Предно стъкло
Предното стъкло обикновено е закалено и покрито с антирефлексни материали. Той защитава слънчевите клетки, като същевременно позволява на максимална слънчева светлина да проникне. Висококачественото предно стъкло повишава издръжливостта и увеличава пропускането на светлина, като по този начин подобрява изхода на енергия.
Задно стъкло
Задното стъкло осигурява допълнителна защита и издръжливост на соларния панел, често изработен от стъкло с висока якост.
4. Капсуланти
EVA (етилен винил ацетат)
EVA е прозрачен полимер, използван за капсулиране и защита на слънчевите клетки, като ги предпазва от влага и физическо увреждане. Той предлага отлична пропускливост на светлина и издръжливост, осигурявайки дългосрочна работа на соларния панел.
5. Заден лист
Полимерни слоеве
Задният лист обикновено е изработен от издръжливи материали като полиестер или поливинил флуорид (PVF), осигуряващи изолация и защита срещу влага и фактори на околната среда.
6. Кадър
Алуминиева рамка
Алуминиевите рамки са широко използвани поради техните леки и устойчиви на корозия свойства. Рамката осигурява структурна опора и ефективно защитава слънчевия панел от условия на околната среда като вятър, дъжд и сняг.
7. Допълнителни материали
Двулицево стъкло
Някои слънчеви панели използват двустранни стъклени конструкции, които позволяват улавяне на слънчева светлина от двете страни, подобрявайки производството на енергия.
Органични фотоволтаични материали
В някои напреднали технологии се използват органични съединения, подходящи за гъвкави и леки приложения, особено в специфични преносими устройства. (Статия: Какво представляват органичните слънчеви клетки?)
Как се произвеждат слънчевите панели?
Производството на слънчеви панели започва с производството на слънчеви клетки, основните компоненти, отговорни за преобразуването на слънчевата светлина в електричество. За слънчевите клетки на базата на кристален силиций процесът включва няколко ключови стъпки:
- Силиконови пластини: Слитъците силиций с висока чистота се нарязват на тънки вафли с помощта на триони с диамантена тел или техники за лазерно рязане.
- Повърхностна обработка: Вафлите се подлагат на повърхностни обработки за отстраняване на примесите и създаване на еднаква повърхност, която поддържа ефективен електронен поток.
- допинг: Пластините са покрити с добавки, за да придадат необходимите електрически свойства.
- Метални контакти: Метални контакти са поставени върху пластините, за да се улеснят електрическите връзки в клетката.
- Тестване: Клетките се тестват и сортират, за да се гарантира, че отговарят на стандартите за качество и производителност, преди да бъдат сглобени в панели.
Монтаж на слънчеви панели
След като слънчевите клетки са произведени, те се сглобяват в панели чрез няколко стъпки:
- взаимна връзка: Слънчевите клетки са свързани помежду си чрез запояване или проводими лепила, за да образуват струни или масиви.
- Капсулирането: Взаимосвързаните клетки са капсулирани в защитни слоеве като закалено стъкло и етилен-винил ацетат (EVA) или Tedlar, за да ги предпазят от увреждане на околната среда (напр. влага, прах, механичен стрес).
- Рамкиране и запечатване: След това капсулованите клетки се рамкират и запечатват, създавайки издръжлив, устойчив на атмосферни влияния модул слънчев панел, готов за инсталиране.
Видове слънчеви панели
Слънчевите панели се предлагат в различни видове, всяка от които предлага уникални характеристики, подходящи за различни приложения и среди. Основните класификации включват монокристален силиций, поликристален силиций и тънкослойни слънчеви панели.
Слънчеви панели от монокристален силиций
Монокристалните силициеви панели са известни със своята висока ефективност и елегантен външен вид. Те са направени от монокристални силициеви блокове, което води до еднородност и висока чистота. Монокристални панели обикновено имат по-висок рейтинг на ефективност в сравнение с поликристалните панели, което ги прави идеални за инсталации, където пространството е ограничено или където се желае максимално генериране на енергия.
Слънчеви панели от поликристален силиций
Панели от поликристален силиций се произвеждат с помощта на силициеви фрагменти, разтопени заедно, за да образуват пластини. Въпреки че са малко по-малко ефективни от монокристалните панели, поликристалните панели предлагат рентабилна алтернатива без значителен компромис с производителността. Те се характеризират със синия си петнист вид, дължащ се на множеството кристални структури в силициевия материал.
Тънкослойни слънчеви панели
Тънкослойни соларни панели използват алтернативни материали като кадмиев телурид (CdTe), медно-индиев галиев селенид (CIGS) или аморфен силиций, отложен върху различни субстрати. Тези панели са по-леки, по-гъвкави и често по-евтини за производство от панелите от кристален силиций. Докато тънкослойните панели може да имат по-ниска ефективност, те превъзхождат приложения, където теглото, гъвкавостта или производителността при слаба светлина са критични фактори.
Мога ли да си направя сам слънчеви панели?
Направи си сам соларен панел производството обикновено изисква добро разбиране на електротехниката, фотоволтаичната технология и практически умения за запояване, окабеляване и конструкция. (За подробно ръководство за „Направи си сам“ можете да разгледате нашата статия: Как да си направим слънчеви панели)
Необходими материали и инструменти за слънчеви панели „Направи си сам“.
За да се захванете с проект за слънчеви панели „Направи си сам“, ще ви трябват основни материали като слънчеви клетки, закрепваща тел, флусови химикалки, съединителни кутии и закалено стъкло за капсулиране. Освен това, специализирани инструменти като поялници, устройства за отстраняване на кабели и оборудване за безопасност са от съществено значение за безопасното и ефективно боравене и сглобяване на компонентите.
Ръководство стъпка по стъпка за създаване на слънчеви панели
Процесът на производство на слънчеви панели включва няколко последователни стъпки, включително сглобяване на слънчеви клетки в струни, запояване на връзки, капсулиране на клетки със защитни материали и рамкиране на панела за структурна цялост. Всяка стъпка изисква прецизност и внимание към детайла, за да се гарантира, че готовите панели са безопасни, функционални и ефективни при преобразуването на слънчевата светлина в електричество.
Проучване на алтернативи на слънчеви панели „Направи си сам“.
За тези, които се интересуват от слънчева енергия, но се колебаят да се справят с производството на панели „Направи си сам“, съществуват алтернативни опции. Предварително направени комплекти слънчеви панели, например, предоставят всички необходими компоненти и инструкции за сглобяване, предлагайки средно положение между DIY и професионално инсталирани системи. Освен това, лизинг или закупуване на соларни панели от реномирани производители или слънчеви инсталатори гарантира надеждност, производителност и допустимост за финансови стимули и гаранции.
