Saulės modulio konstrukcija
Saulės baterijų plokščių technologija sparčiai tobulėja, didėja našumas ir mažėja kainos, todėl paklausa labai auga. Tačiau nepaisant didžiulės technologijos pažangos, pagrindinė saulės baterijų plokščių konstrukcija bėgant metams beveik nepasikeitė. Dauguma saulės baterijų plokščių vis dar sudarytos iš kristalinio silicio elementų, įterptų tarp priekinės stiklo plokštės ir galinio plastikinio viršutinio sluoksnio, bei įrėmintų į aliumininį rėmą.
Įrengtas saulės baterijų plokštes per daugiau kaip 25 eksploatavimo metus veikia sudėtingos oro sąlygos. Ekstremalūs temperatūros, drėgmės, vėjo ir UV spindulių svyravimai saulės baterijų plokštei gali sukelti didžiulę įtampą. Laimei, dauguma plokščių yra gerai suprojektuotos, kad atlaikytų ekstremalias oro sąlygas. Tačiau kartais vis tiek gali atsirasti kai kurie gedimai, įskaitant vandens patekimą, mikroįtrūkimus elementuose ir neigiamos įtampos sukeltą galios sumažėjimą (PID). Būtent todėl labai svarbu, kad saulės baterijų plokštės būtų gaminamos naudojant tik aukščiausios kokybės komponentus ir procesas būtų kuo labiau robotizuotas.
1. Kaip gaminami saulės elementai?
Saulės baterijų plokštėse naudojami saulės fotovoltiniai elementai. Fotovoltiniai elementai yra gaminami naudojant kristalinio silicio plokšteles, panašias į tas plokšteles, naudojamas gaminant kompiuterių procesorius.
Silicio luitai
Silicio plokštelės gali būti polikristalinės arba monokristalinės ir gaminamos naudojant kelis skirtingus gamybos būdus. Našiausios yra monokristalinės plokštelės, gaminamos naudojant gerai žinomą Czochralskio procesą. Šis procesas reikalauja daug energijos, palyginti su polikristaliniu metodu, todėl tokias plokšteles pagaminti yra brangiau.
Kita vertus, polikristalinės plokštelės yra šiek tiek mažiau našios ir gaminamos vykdant kelis gryninimo procesus, po kurių taikomas paprastesnis ir pigesnis liejimo būdas. Pastaruoju metu išpopuliarėjo lieti monokristaliniai elementai. Taip yra dėl pigesnio liejimo proceso, naudojamo liejant monokristalinius elementus, kuris yra panašus į procesą, naudojamą liejant polikristalinius silicio elementus. Tačiau lietos monokristalinės plokštelės nėra tokios našios ir grynos kaip monokristalinės plokštelės, pagamintos naudojant Czochralskio procesą.
Kalbant apie monokristalinius ir polikristalinius silicio elementus reikėtų įsiminti pagrindinius bruožus:
- Monokristaliniai silicio elementai. Didžiausias našumas ir didžiausia kaina.
- Lieti monokristaliniai elementai. Didelis našumas ir mažesnė kaina.
- Polikristaliniai silicio elementai. Mažesnis našumas ir mažiausia kaina.
2. Saulės elementų gamybos eiga
Norint gaminti įprastus saulės elementus silicio pagrindu, reikia įvykdyti daugybę skirtingų procesų. Iš pradžių reikalinga tam tikra žaliava, vadinama kvarcitu, kuris yra kvarcinio smiltainio uoliena. Iš pradžių kvarcitas, dar vadinamas kvarciniu smėliu, paverčiamas metalurginiu siliciu, sujungiant anglį ir kvarcitą. Šis procesas vyksta labai aukštoje temperatūroje. Rezultate gaunamas 99 proc. grynas silicis. Kitas etapas yra metalurginį silicį paversti grynu polisiliciu naudojant cheminio gryninimo procesą, vadinamą „Siemens“ procesu, arba patobulintu metalurginiu siliciu (UMG-Si) naudojant pigesnius metalurginius procesus.
Tada polisilicis yra legiruojamas nedidelio kiekio boru arba fosforu ir tampa P arba N tipo siliciu. Šiame etape polikristalinis silicis gali būti išlydytas ir išlietas į didelius stačiakampius blokus, bei plonai supjaustytas naudojant deimantinės vielos pjovimo metodą, tokiu būdu pagaminant polikristalines arba daugiakristalines plokšteles.
Monokristalinei plokštelei, ar elementams pagaminti legiruotą silicį, galima paversti grynu, kietu kristaliniu luitu naudojant "Czochralskio" procesą.
2.1. Monokristalinių fotovoltinių elementų gamybos etapai
Pagrindinės medžiagos ir etapai, susiję su monokristalinio silicio saulės modulio gamyba
- Kvarcinis smėlis gryninamas lanko krosnyje, siekiant išgauti 99 proc. gryną silicį.
- 99 proc. silicis toliau rafinuojamas iki beveik 100 proc. gryno silicio.
- Silicis legiruojamas boru arba fosforu (P tipo arba N tipo).
- Legiruotas silicis išlydomas ir ekstrahuojamas į kristalinį luitą.
- Apvalus luitas deimantine viela supjaustomas į plonas kvadratines plokšteles.
- Plono pagrindo plokštelė padengiama itin plonu P arba N tipo silicio sluoksniu, kad susidarytų PN sandūra.
- Elemento paviršius padengiamas antirefleksiniu sluoksniu ir metaliniais dygiais.
- Pridedamos plokščios juostinės šynos (arba elektros perdavimo takelius) arba plonavielės (MBB) šynos (arba elektros perdavimo takeliai).
- Saulės elementai (celės) sujungiami į saulės baterijų plokštes (modulius).
2.2. Kaip gaminamos saulės baterijų plokštės?
Saulės baterijų plokštės yra gaminamos naudojant šešis pagrindinius komponentus, išsamiai aprašytus toliau, ir itin tiksliai surenkamus pažangiose gamybos patalpose. Šiame straipsnyje mes sutelksime dėmesį į plokštes, kurios yra gaminamos naudojant kristalinius silicio saulės elementus, nes tai yra labiausiai paplitusi ir geriausia saulės baterijų plokščių technologija. Yra ir kitų saulės fotovoltinių technologijų, pvz., plonos plėvelės ir trafaretinio spausdinimo būdu pagaminti elementai, tačiau mes apie juos nekalbėsime, nes jų panaudojimas ribotas arba jos dar kuriamos.
Šeši pagrindiniai saulės baterijų plokščių komponentai:
-
Saulės fotovoltiniai elementai.
-
Grūdintas stiklas, 3–3,5 mm storio.
-
Aliuminio rėmas.
-
Sandarinimo priemonė – EVA plėvelės sluoksniai.
-
Polimerinis viršutinis sluoksnis.
-
Skirstomoji dėžė (arba jungčių dėžutė) su diodais ir jungtimis.
Daug gerai žinomų saulės baterijų plokščių gamintojų yra „vertikaliai integruoti“. Tai reiškia, kad viena įmonė tiekia ir gamina visus pagrindinius komponentus, įskaitant silicio luitus ir plokšteles, naudojamas saulės fotovoltiniams elementams gaminti. Tačiau daug plokščių gamintojų surenka saulės baterijų plokštes naudodami iš kitų gamintojų gaunamas dalis, įskaitant elementus, polimerinius viršutinius sluoksnius ir EVA medžiagą. Šie gamintojai gali būti išrankesni pasirenkamų komponentų atžvilgiu, tačiau jie ne visada gali kontroliuoti gaminių kokybę, todėl jie turėtų būti tikri, kad pasitelkia geriausius tiekėjus.
6 pagrindiniai komponentai, naudojami gaminant saulės baterijų plokštes
2.2.1. Saulės fotovoltiniai elementai
Saulės fotovoltiniai elementai saulės šviesą tiesiogiai paverčia nuolatinės srovės elektros energija. Saulės baterijų plokščių eksploatacinės savybės priklauso nuo elementų tipo ir naudojamo silicio charakteristikų. Du pagrindiniai silicio tipai yra monokristalinis ir polikristalinis silicis. Fotovoltinio elemento pagrindas – tai labai plona, paprastai 0,1 mm storio plokštelė, pagaminta iš teigiamo p tipo arba neigiamo n tipo silicio. Elementai yra skirtingų dydžių ir konfigūracijų, o jų našumo lygis ir eksploatacinės savybės skiriasi. Tai gali būti pusiau perpjauti arba padalytieji elementai, daugiašyniai (MBB) elementai ir pastaruoju metu juostiniai elementai, kuriuose naudojamos plonos persidengiančių plokštelių juostos.
Dauguma gyvenamųjų namų saulės baterijų plokštės sudarytos iš 60 monokristalinių arba polikristalinių elementų, sujungtų nuosekliai šynomis taip, kad būtų generuojama 30–40 voltų įtampa, priklausomai nuo naudojamo elemento tipo. Didesnėse saulės baterijų plokštėse, naudojamose komercinės ir saulės parkų paskirties elektrinėse, yra 72 arba daugiau elementų, kurie savo ruožtu veikia esant aukštesnei įtampai. Elektriniai kontaktai, tarpusavyje jungiantys elementus, yra žinomi kaip šynos, kurios leidžia srovei tekėti per visus grandinės elementus.
2.2.2. Stiklas
Priekinis stiklo lakštas apsaugo fotovoltinius elementus nuo oro sąlygų ir nuo krušos arba ore sklindančių šiukšlių patiriamų smūgių. Stiklas paprastai yra 3,0–4,0 mm storio didelio stiprio mechaninėms apkrovoms ir ekstremaliems temperatūros pokyčiams atsparus grūdintas stiklas. Atliekant IEC minimalų standartinį smūgio bandymą reikalaujama, kad saulės baterijų plokštė atlaikytų 25 mm (1 colio) skersmens krušos akmenų, sklindančių iki 27 m/s (60 mylių/val.) greičiu, smūgį. Nelaimingo atsitikimo ar stipraus smūgio atveju grūdintas stiklas taip pat yra daug saugesnis už standartinį stiklą, nes dūžta į smulkias skeveldras, o ne į aštrias dantytas dalis.
Siekdami padidinti našumą ir pagerinti eksploatacines savybes, dauguma gamintojų naudoja didelio pralaidumo stiklą, kurio geležies kiekis yra labai mažas, o galinė pusė padengta antirefleksine danga, siekiant sumažinti nuostolius ir pagerinti šviesos pralaidumą.
2.2.3. Aliumininis rėmas
Aliumininis rėmas atlieka svarbų vaidmenį, nes apsaugo sluoksniuotosios dalies, kurioje yra elementai, kraštą ir užtikrina konstrukcijos tvirtumą, kad saulės baterijų plokštę būtų galima tinkamai įrengti. Ekstruzinio aliuminio profiliai suprojektuoti taip, kad būtų itin lengvi ir standūs, bei atlaikytų itin didelę vėjo ir išorinių jėgų apkrovą.
Aliumininis rėmas gali būti sidabrinės spalvos arba juodai anoduotas, o, priklausomai nuo plokštės gamintojo, kampinės dalys gali būti prisukamos, presuojamos arba suspaudžiamos, suteikiant skirtingą stiprumo ir sandarumo lygį.
2.2.4. Laminavimo plėvelė EVA
EVA reiškia „etileno vinilo acetatą“, kuris yra specialiai sukurtas labai skaidrus (plastmasinis) polimerinis sluoksnis, naudojamas elementams sandarinti ir išlaikyti vietoje gamybos metu. EVA medžiaga turi būti ypač patvari ir atspari ekstremalioms temperatūros ir drėgmės sąlygoms. Ji vaidina svarbų vaidmenį ilgalaikio veikimo atžvilgiu, nes neleidžia patekti drėgmei ir nešvarumams.
Padengus kurią nors iš fotovoltinio elemento pusių keliais sluoksniais, užtikrinama nedidelė amortizacija. Taip pat yra padedama apsaugoti saulės elementus, bei jungiamuosius laidus nuo vibracijos ir staigių krušos metu krintančių ledo gabaliukų ir kitų objektų smūgių. Taip pat ši plėvelė apsaugo elementus nuo drėgmės patekimo.
2.2.5. Viršutinis sluoksnis
Viršutinis sluoksnis tai įprastų saulės baterijų plokščių sluoksnis, kuris veikia kaip drėgmės barjeras ir galutinė išorinė danga, užtikrinanti mechaninę apsaugą ir elektros izoliaciją. Viršutinio sluoksnio medžiaga pagaminta iš įvairių polimerų arba plastikų, įskaitant PP, PET ir PVF, kurie užtikrina skirtingą apsaugos lygį, terminį stabilumą ir ilgalaikį atsparumą UV spinduliams. Viršutinis sluoksnis paprastai yra baltos spalvos, bet taip pat gali būti skaidrus arba juodas, priklausomai nuo gamintojo ir modelio.
2.2.6. Jungčių dėžutė ir jungtys
- Jungčių dėžutė tai nedidelis oro sąlygoms atsparus korpusas, esantis galinėje plokštės pusėje. Ji reikalinga, kad galima būtų tvirtai pritvirtinti plokštes tarpusavyje sujungiančius laidus. Jungčių dėžutė yra svarbi, nes tai yra centrinė dalis, kurioje jungiasi visi elementų rinkiniai, todėl ji turi būti apsaugota nuo drėgmės ir nešvarumų.
- Jungčių dėžutėje taip pat yra aplenkiamieji diodai, reikalingi, kad būtų išvengta atgalinės srovės, atsirandančios, kai elementai yra šešėlyje arba nešvarūs. Diodai leidžia srovei tekėti tik viena kryptimi, o tipinė 60 elementų plokštė yra padalyta į 3 grupes po 20 fotovoltinių elementų, kurių kiekvienoje yra aplenkiamasis diodas, apsaugantis nuo atgalinės srovės. Deja, laikui bėgant aplenkiamieji diodai gali sugesti ir juos gali tekti pakeisti, todėl paprastai skirstomosios dėžės dangtį galima nuimti ir atlikti techninę priežiūrą. Tačiau daugelyje šiuolaikinių saulės baterijų plokščių dabar naudojami pažangesni ilgaamžiai diodai ir techninės priežiūros nereikalaujančios skirstomosios dėžės.
- MC4 jungtys. Beveik visos saulės baterijų plokštės sujungiamos naudojant specialius oro sąlygoms atsparius kištukus ir lizdus, vadinamus MC4 jungtimis. Terminas „MC4“ reiškia daugiakontaktę 4 mm skersmens jungtį. Dėl ekstremalių oro sąlygų jungtys turi būti labai tvirtos, saugios, atsparios UV spinduliams ir palaikyti gerą ryšį, užtikrinant minimalią varžą esant tiek žemai, tiek aukštai įtampai iki 1000V. Jungtys skirtos naudoti su standartiniu 4 mm arba 6 mm dvigubai izoliuotu nuolatinės srovės kabeliu su alavuoto vario daugiagysle šerdimi, kad būtų užtikrintas kuo mažesnis atsparumas ir didesnis patvarumas. Jungtims tinkamai sujungti naudojamas specialus užspaudimo įrankis, kuriuo daugiagyslis kabelis prispaudžiamas prie vidinio gnybto, kuris tada įkišamas ir užfiksuojamas į MC4 korpusą.
3. Saulės baterijų plokščių surinkimas ir gamyba
Saulės baterijų plokštės surenkamos pažangiose gamybos patalpose, naudojant automatizuotą ir robotizuotą įrangą bei jutiklius, kurie leidžia itin tiksliai išdėstyti komponentus. Gamyklose turi būti ypač švaru ir kontroliuojama, kad surinkimo metu nebūtų jokio užteršimo.
Viso gamybos proceso metu plokštės ir elementai yra tikrinami ir apžiūrimi naudojant pažangius optinius ir (arba) vizualizavimo jutiklius, siekiant užtikrinti, kad visi komponentai būtų tinkamai išdėstyti, o labai trapios elementų plokštelės surinkimo proceso metu nebūtų pažeistos ir nesutrūkinėtų. Priklausomai nuo gamintojo, galutinai surinkta plokštė yra kruopščiai tikrinama atliekant daug bandymų, įskaitant elektroliuminescencinį (EL) bandymą, siekiant nustatyti bet kokius elementų defektus, kurie gali sukelti gedimą plokštes daug metų veikiant saulės šviesai ir aukštai temperatūrai.
Renkantis saulės baterijų plokštes (modulius), rekomenduojame pasidomėti, koks yra jų surinkimo procesas. Jeigu renkatės iš kelių panašaus lygio modelių ir nežinote, kurį pasirinkti, rinkitės tą, kurio gamybos procesas yra labiau robotizuotas, o žmogaus įtaka yra mažiausia. Kuo procesas labiau automatizuotas ir robotizuotas, tuo labiau sumažinsite klaidų ir broko tikimybę.
4.Saulės baterijų plokščių galios sumažėjimas ir gedimai
Saulės baterijų plokštės paprastai yra labai patikimos, nes jose nėra judančių dalių ir joms reikalinga minimali techninė priežiūra. Tačiau per numatytą 25 metų eksploatavimo trukmę jos gali sugesti arba prasčiau veikti dėl įvairių priežasčių. Normalu, kad elementų galia po truputį mažėja dėl vadinamosios šviesos sukelto galios sumažėjimo (PID), dėl kurio per metus galia sumažėja vidutiniškai 0,5 proc. Šis lėtai vykstantis galios sumažėjimas dažnai nepastebimas, ir dauguma saulės baterijų plokščių, praėjus 20 metų, vis tiek veiks 80 proc. ar didesniu pradiniu vardiniu pajėgumu, priklausomai nuo naudojamo elemento tipo. Galios mažėjimo greitis turi būti nurodytas gamintojo eksploatacinių savybių garantijoje.
Nors saulės baterijų plokštės yra patikimas gaminys, tačiau, deja, galimos ir rimtesnės saulės baterijų plokščių problemos, tokios kaip mikroįtrūkimai ir greitesnis galios sumažėjimas, kuris gali vykti dėl daugelio priežasčių. Bet koks didelis įtempis dėl smūgių, netinkamo įrengimo ar ant stogo plokščių vaikštančių žmonių gali sukelti nedidelius elemento lūžius. Šias problemas dažnai labai sunku aptikti ir, jų neišsprendžiant kelerius metus, jos gali lemti perkaitusias vietas ir sukelti kritinį gedimą, pvz., gaisrą. Laimei, yra būdų, kaip sumažinti gedimo tikimybę, ir dauguma gamintojų tobulina plokščių konstrukciją, gamybos procesus, kad sumažintų trumpalaikes ir ilgalaikes problemas.
5. Ar saulės baterijų plokštės (moduliai) toksiškos?
Nepaisant daugybės informacijos apie saulės baterijų plokščių toksiškumą, šiuolaikinėse kristalinio silicio saulės baterijų plokštėse praktiškai nėra jokių toksiškų medžiagų. Teiginiai apie tai, kad saulės baterijų plokštės yra toksiškos kyla dėl to, kad dabar beveik nebenaudojamose plonasluoksnėse (kadmio telurido – CdTe) saulės baterijų plokštėse buvo nedideli kiekiai kadmio ir telurido. Tačiau, jeigu šių (palyginti retų) plokščių neskaidyti į gabalėlius, nedidelis kadmio kiekis yra sutelktas EVA sluoksniuose ir negali prasiskverbti į išorę.
Šiuolaikinėse kristalinio silicio saulės baterijų plokštėse yra tik nedidelis švino kiekis lydmetalyje, naudojamame elementams tarpusavyje sujungti. Tačiau lydmetalio naudojimas taip pat palaipsniui nutraukiamas taikant naujus sujungimo būdus suspaudžiant šynas, bei naudojant laidžias pastos konsistencijos medžiagas. Verta paminėti, kad lydmetalis naudojamas šimtuose milijonų elektros prietaisų. Elektroniniuose prietaisuose, mobiliuosiuose telefonuose, kompiuteriuose ir televizoriuose naudojama daug daugiau toksiškų elementų, todėl elektroninės atliekos yra tokia didelė pasaulinė problema.
Maždaug 99 proc. šiandien visame pasaulyje įrengtų saulės baterijų plokščių yra iš kristalinio silicio ir jose nėra kadmio ar telurido. Saulės baterijų plokštės yra nekenksmingos aplinkai ir net jas pažeidus jos neužteršia aplinkos, nes elementai yra užsandarinti labai patvariuose polimero sluoksniuose ir juose nėra lengvai tirpstančių medžiagų. Tačiau, kaip ir visus prietaisus, pasibaigus eksploatavimo trukmei saulės baterijų plokštes reikia surinkti ir perdirbti.
6. Saulės baterijų plokščių perdirbimas
Kadangi dauguma per pastaruosius 20 metų įrengtų saulės baterijų plokščių vis dar yra naudojamos, saulės elektrinių atliekų nėra daug. Tačiau per ateinančius 10–20 metų baigsis daugelio elektrinių eksploatavimo trukmė. Todėl tikimasi, kad labai padidės su saulės energija susijusių perdirbtinų atliekų kiekis. Saulės baterijų plokščių perdirbimas yra besiformuojanti pramonės šaka. Daugumą medžiagų, pavyzdžiui, aliumininius rėmus ir tvirtinimo sistemas, gana lengva perdirbti. Dauguma saulės baterijų plokščių gamintojų siekia būti tvaresni ir dabar priklauso ne pelno siekiančiai „PV Cycle“organizacijai, kuri „suteikia savo nariams ir atliekų turėtojams geresnes grąžinimo galimybes, bei užtikrina, kad perdirbimo rodikliai viršytų pramonės standartus. Kalbant apie Europą, Prancūzijos atliekų tvarkymo bendrovė „Veolia“ Pietų Prancūzijoje atidarė pirmąjį saulės baterijų plokščių perdirbimo kompleksą, kuriame galima perdirbti 95 proc. medžiagų.
Daugiau naudingos informacijos apie SAULĖS ELEKTRINES rasite ČIA >>>
Informaciją kopijuoti ir platinti be UAB "Statau pats" sutikimo griežtai draudžiama! | © statybapigiau.lt 2022
UAB „SPgrupe“,
Įmonės kodas 302442358
Adresas: Baltų pr. 36, LT-48196, Kaunas
PVM kodas LT100004965118
AB SEB bankas, kodas 70440
A/s LT757044060007213996
info@statybapigiau.lt
2024 © UAB „SPgrupe". Visos teisės saugomos.
Sprendimas: webmod