Hücre Üretiminin Temelleri
Güneş enerjisi üretimi, güneş enerjisi değer zinciri boyunca ürün ve malzemelerin üretimini kapsar. Bazı yoğunlaştırılmış güneş enerjisi üretimi mevcut olsa da, günümüzde güneş enerjisi üretiminin çoğu fotovoltaik (PV) sistemlerle ilgilidir. Bu sistemler tamamı PV modülleri, raf ve kablolama, güç elektroniği ve sistem izleme cihazlarından oluşmaktadır. PV’nin nasıl üretildiğini öğrenelim.
PV Modül İmalatı
SİLİKON PV
Ticari olarak temin edilebilen çoğu PV modülü, soğurucu malzeme olarak kristal silikona dayanır. Bu modüller, tipik olarak birbirinden ayrı olarak gerçekleşen birkaç üretim adımına sahiptir.
Polisilikon Üretimi – Polisilikon, üretim yöntemine bağlı olarak tipik olarak çubuk veya boncuk şeklinde yüksek saflıkta, ince taneli kristal silikon bir üründür. Polisilikon yaygın olarak, öncelikle metalurjik dereceli silikon (kuvars kumundan elde edilir), hidrojen ve klor kullanılarak sentezlenen yüksek oranda reaktif gazlara dayanan yöntemler kullanılarak üretilir. Siemens işlemi olarak adlandırılan bir işlemde, silikon-hidrojen-klor bileşik gazı, ısıtılmış bir silikon filamanın üzerinden geçerek moleküler bağları kırar ve sonunda büyük bir U-şekilli polisilikon çubuğa dönüşen filaman üzerinde silikon atomunu biriktirir. Hidrojen ve klor atomları kapalı bir döngüde yeniden kullanılır. Filamentin yüksek saflıkta poliyi kirletmesini önlemek için, filamanın kendisi de saf silikondan yapılmıştır. Başka bir yöntemde, küçük silikon boncuklar, silikon ve hidrojen bileşik gazının pompalandığı ters koni şeklindeki bir teknenin dibine oturur ve küçük boncukların yüzeye yakın yüzmesine neden olur. Kabın ısıtılması, silikon-hidrojen bağlarının kırılmasına neden olur, bu da silikon atomlarının yüzemeyecek kadar ağır olana kadar küçük boncuklar üzerinde birikmesine ve hasat edildikleri, kullanıma hazır oldukları kabın dibine düşmesine neden olur.
Külçe ve tablet Üretimi –
Polisilikonun tablet haline getirilmesi için polisilikon, sıvı bir kütle oluşturana kadar ısıtılan bir kaba yerleştirilir. Czochralski işlemi olarak adlandırılan bir işlemde, küçük bir kristal tohum sıvının yüzeyine dokundurularak ve yavaşça yukarı çekilerek büyük bir silindirik monokristal silikon külçe büyütülür. Yönlü katılaştırma adı verilen başka bir işlemde, sıvı kütle aşağıdan yukarıya katılaşana kadar yavaşça soğutulur ve büyük taneli çok kristalli silikon bir külçe oluşturur. Silikon külçeler daha sonra elmas kaplı tel testereler kullanılarak çok ince tabletler halinde dilimlenir. Oluşan silikon talaşa kerf denir. Daha az yaygın olmasına rağmen, çentiksiz tablet üretimi, soğutulmuş katmanları erimiş bir silikon banyosundan çekerek veya bir tablet şeklindeki kristal bir şablon üzerine ince bir silikon atomu tabakası biriktirmek için gazlı silikon bileşikleri kullanarak gerçekleştirilebilir.
Hücre Üretimi – Silikon tabletler daha sonra fotovoltaik hücrelere dönüştürülür. İlk adım, testere hasarını ortadan kaldıran ve güneş ışığına maruz kaldığında tabletin içine giren ışığı artıran, tablet yüzeyinin kimyasal tekstüre edilmesidir. Sonraki işlemler, cihaz mimarisine bağlı olarak önemli ölçüde farklılık gösterir. Çoğu hücre tipi, levhanın elektriksel olarak aktif bir katkı maddesi içeren bir gaza maruz bırakılmasını ve levhanın yüzeylerinin hücrenin performansını iyileştiren katmanlarla kaplanmasını gerektirir. Elektrik kontakları için gümüş metal kaplama serigrafi de hücre türleri arasında çok yaygındır.
Modül Montajı – Bir modül montaj tesisinde, lehimle kaplanmış bakır şeritler, bir hücrenin ön yüzeyindeki gümüş baraları bitişik bir hücrenin arka yüzeyine sekme ve dizim olarak bilinen bir işlemle bağlar. Birbirine bağlı hücre grubu, bir polimer enkapsülan tabakası ile kaplı bir cam tabakası üzerine yüzleri aşağı bakacak şekilde düzenlenmiştir. Yüzü aşağı bakan hücrelerin üstüne ikinci bir kapsülleyici tabakası yerleştirilir, ardından sert bir polimer arka tabakası veya başka bir cam parçası gelir. Tüm malzeme yığını, modülün su geçirmez olması için bir fırında lamine edilir, ardından bir alüminyum çerçeve, kenar sızdırmazlık maddesi ve herhangi bir geriye doğru elektrik akışını önleyen şeritlerin diyotlara bağlandığı bir bağlantı kutusu ile donatılır. Bağlantı kutusundan çıkan elektrik kabloları, modülün ürettiği akımı bitişik bir modüle veya sistemin güç elektroniğine iletir.
İNCE FİLM PV
İnce film PV, en yaygın olanı kadmiyum tellür (CdTe) olan bir dizi farklı soğurucu malzemeye bağlıdır. İnce film PV modülleri tipik olarak, tüm adımların tek bir tesiste gerçekleştiği baştan sona tek bir birim olarak işlenir. Üretim tipik olarak, üzerine fotovoltaik soğurucu malzemenin yakın aralıklı süblimasyon adı verilen bir süreçte biriktirildiği şeffaf bir iletken tabaka ile kaplanmış yüzdürme camla başlar. Lazerle çizme, hücre şeritlerini modellemek ve bitişik hücreler arasında bir ara bağlantı yolu oluşturmak için kullanılır. Bakır şeritler uygulanır, üstüne bir kapsülleyici levha ve ikinci bir cam tabakası yerleştirilir ve su geçirmez hale getirmek için istif lamine edilir. Son olarak, modülün arkasına bir bağlantı kutusu eklenmiştir. Orada, modülün elektrik kabloları, arka camdaki deliklerden bağlantı kutusuna geçen bakır şeritlere bağlanır.
Raf Sistemleri
Bir çatıda veya bir alanda PV modüllerini desteklemek için inşa edilen destek yapılarına genellikle raf sistemleri denir. PV raf sistemlerinin üretimi, kurulumun nerede gerçekleşeceğine bağlı olarak önemli ölçüde değişir. Zemine monte raflar, korozyona karşı korumak için tipik olarak kaplanmış veya galvanizlenmiş ve beton temeller gerektiren çelikten yapılır. Yere monte edilen büyük sistemler tipik olarak, güneş panellerinin doğudan batıya hareket ederken güneşi takip etmesine yardımcı olan tek eksenli bir izleme mekanizması kullanır. İzleme, motorlar ve yataklar gibi mekanik parçalar gerektirir. Sabit raf (“sabit eğimli” olarak anılır) da kullanılabilir. Çatıya monte raflar, çatı tipine bağlıdır. Büyük ticari veya endüstriyel binalarda olduğu gibi düz çatılar için sabit eğimli çelik raflar kullanılır. Genellikle çatıya oturan ağır bloklara bağlanır. Eğimli konut çatıları için raflar, kirişlere güvenli bir şekilde bağlanmak ve modülleri çatının birkaç inç yukarısında tutmak için tasarlanmıştır. Bu, hava akışının modüllerin arkasını soğutmasını sağlayarak performanslarını artırır.
Güç elektroniği
Güç optimize ediciler ve invertörler dahil olmak üzere PV modülleri için güç elektroniği, elektronik devre kartlarına monte edilir. Bu donanım, bir güneş panelinin ürettiği doğru akım (DC) elektriğini, elektrik şebekesinin kullandığı alternatif akım (AC) elektriğine dönüştürür. Eviricilerin nasıl çalıştığı hakkında daha fazla bilgi edinin.
Montaj bir devre kartı şablonuyla başlar. Transistörler ve diyotlar gibi küçük bileşenlerin robotik kullanılarak yerleştirildiği bir lehim pastası basılır. Bazen kapasitörler ve transformatörler gibi daha büyük bileşenler tahtaya elle yerleştirilir. Tüm bileşenler yerine oturduğunda, kart, bileşenleri birleştirmek için bir fırın içindeki bir lehim banyosundan geçer. Kartın tamamı lake ile kaplanmıştır ve harici bağlantılar için portları olan su geçirmez bir mahfazaya kapatılmıştır.