تعرف على المؤلف
شركة تشاينا لاند للطاقة الشمسية المحدودة (سونيرجي)
تأسست شركة تشاينالاند للطاقة الشمسية المحدودة (SUNERGY) في عام 2008، وهي تمثل منارة للابتكار والتميز في مجال الطاقة الشمسية. باعتبارها مؤسسة ذات تقنية عالية، تكرس SUNERGY جهودها للتقدم الشامل لتكنولوجيا الطاقة الشمسية، والتي تشمل البحث والتطوير والإنتاج والمبيعات وخدمة وحدات الطاقة الشمسية وأنظمة توليد الطاقة الكهروضوئية.
مع الالتزام الثابت بالجودة والاستدامة، برزت SUNERGY كعلامة تجارية رائدة في صناعة الطاقة الكهروضوئية. إن سمعتنا المتميزة مبنية على أساس قدرات البحث والتطوير الرائدة في الصناعة ومستويات التصنيع، مما يضمن أن كل منتج يتم تسليمه على أعلى مستوى.
بصفتهم دعاة لمستقبل أكثر اخضرارًا واستدامة، فإن الخبراء في سونيرجي متحمسون لتمكين الأفراد والمجتمعات من تسخير قوة الشمس. ومن خلال خبرتهم وتفانيهم، يواصلون تمهيد الطريق لغد أكثر إشراقًا، بلوحة شمسية واحدة في كل مرة.
تعتبر الألواح الشمسية عنصرًا محوريًا في التحول العالمي نحو الطاقة المتجددة، وتحويل ضوء الشمس إلى كهرباء. ومع نمو الطلب على الطاقة النظيفة، يصبح فهم العملية المعقدة لتصنيع الألواح الشمسية أمرًا ضروريًا. تقدم هذه المقالة استكشافًا تفصيليًا لكيفية تصنيع الألواح الشمسية، من المواد الخام إلى المنتجات النهائية، مع تسليط الضوء على كل خطوة مهمة في العملية.
الخطوة 1: المواد الخام
السيليكون: قلب تكنولوجيا الطاقة الشمسية
يُعد السيليكون حجر الأساس لمعظم الخلايا الشمسية، وهو مشتق في المقام الأول من السيليكا الموجودة بكثرة في الرمال. وتجعله خصائصه شبه الموصلة الممتازة مثاليًا لتكنولوجيا الطاقة الكهروضوئية.
عملية الاستخلاص والتنقية
استخراج الكوارتز: يتم استخراج السيليكا من خلال طرق التعدين، والتي عادة ما تنطوي على تقنيات الحفر المفتوح أو تحت الأرض.
الصهر: يتعرض السيليكا لدرجات حرارة عالية (حوالي 1500 درجة مئوية) في فرن القوس الكهربائي، حيث يتحد مع الكربون لإنتاج السيليكون عالي الجودة.
المعالجة الكيميائية: لتحقيق النقاء اللازم لتطبيقات الطاقة الشمسية، يخضع السيليكون المعدني لمزيد من التنقية. في عملية سيمنز، يتم تحويله إلى غاز ثلاثي كلورو السيلان ثم تقطيره. ثم يتم تقليص الغاز المنقى مرة أخرى إلى سيليكون متعدد البلورات عالي النقاء من خلال التحلل الحراري.
مواد أساسية أخرى
بالإضافة إلى السيليكون، تساهم العديد من المواد الأخرى في وظائف ومتانة الطاقة الشمسية لوحات:
المعادن:
الفضة: تستخدم في الاتصالات الكهربائية بسبب موصليتها العالية. وعادة ما يتم طباعتها على الخلايا بخطوط دقيقة باستخدام تقنيات الطباعة على الشاشة.
الألومنيوم: يستخدم عادة في التأطير لأنه خفيف الوزن ومقاوم للتآكل وفعال من حيث التكلفة.
زجاج:
يحمي الزجاج المقسّى عالي الشفافية والمنخفض الحديد الخلايا الشمسية مع السماح بنفاذ أقصى قدر من ضوء الشمس. تم تصميم هذا الزجاج لتحمل الظروف البيئية القاسية، بما في ذلك البرد والرياح.
مواد التغليف:
أسيتات فينيل الإيثيلين (EVA): يستخدم هذا البوليمر لتغليف الخلايا الشمسية، مما يوفر العزل والحماية ضد الرطوبة والإجهاد الميكانيكي.
الخلفية:
تتكون الطبقة الخلفية عادة من بوليمرات متينة، وهي تحمي الخلايا الشمسية من العوامل البيئية وتوفر العزل الكهربائي.
الخطوة 2: تنقية السيليكون
تعد عملية تنقية السيليكون أمرًا بالغ الأهمية لأنها تؤثر بشكل مباشر على كفاءة الألواح الشمسية النهائية. تتضمن عملية التنقية ما يلي:
تعدين الكوارتز: استخراج السيليكا من الأرض، غالبًا من خلال عمليات التعدين واسعة النطاق.
تخفيض درجة الحرارة العالية: تتضمن مرحلة الصهر خلط السيليكا مع الكربون في درجات حرارة عالية للغاية، مما يؤدي إلى الحصول على السيليكون عالي الجودة.
مزيد من التحسين: من خلال التفاعلات الكيميائية، يتم تحويل السيليكون عالي الجودة إلى غاز ثلاثي كلورو السيلان، والذي يتم تنقيته بعد ذلك وتحليله حرارياً لإنتاج السيليكون عالي النقاء المناسب لإنتاج الخلايا الشمسية.
الخطوة 3: إنتاج الرقاقة
يتم صب السيليكون الناتج في سبائك كبيرة، ثم يتم تقطيعها إلى رقائق. تتضمن عملية إنتاج الرقائق ما يلي:
عملية تشوخرالسكي
تنتج هذه التقنية سبائك سيليكون أحادية البلورة. يتم غمس بلورة بذرة في السيليكون المنصهر السائل وسحبها ببطء، لتكوين سبيكة أسطوانية كبيرة.
التقطيع
بمجرد تبريدها، يتم تقطيع سبائك السيليكون إلى شرائح رقيقة، يبلغ سمكها عادة حوالي 180 إلى 200 ميكرومتر. يتم التقطيع باستخدام مناشير سلكية تقلل من فقدان المواد وتضمن سمكًا موحدًا.
تلميع
لتحسين جودة الرقائق، قد تخضع لعملية تلميع لإزالة عيوب السطح وإعدادها لمزيد من المعالجة.
الخطوة 4: تصنيع الخلايا
تتضمن عملية تحويل رقائق السيليكون إلى خلايا شمسية وظيفية عدة خطوات أساسية:
المنشطات
يؤدي التنشيط إلى إدخال الشوائب إلى السيليكون لإنشاء الوصلة pn الضرورية لعمل الخلايا الشمسية. يتم إدخال الفوسفور لتشكيل السيليكون من النوع n، في حين يتم استخدام البورون لإنشاء السيليكون من النوع p. تولد الواجهة بين هذين النوعين مجالًا كهربائيًا، مما يسمح بتدفق الإلكترونات عندما تضرب أشعة الشمس الخلية.
التنميط
تم تصميم سطح رقائق السيليكون بطريقة تزيد من امتصاص الضوء. وتعمل تقنيات مثل الحفر الكيميائي الرطب على إنشاء هياكل مجهرية تحبس الضوء، مما يقلل من الانعكاس ويزيد من الاستفادة من ضوء الشمس الذي تلتقطه الخلية.
طلاء مضاد للانعكاس
يتم وضع طبقة مضادة للانعكاس، مصنوعة عادة من نيتريد السيليكون، على سطح الرقاقة. تعمل هذه الطبقة على تقليل الخسائر العاكسة وتحسين الكفاءة الإجمالية للخلية الشمسية من خلال ضمان دخول أكبر قدر ممكن من الضوء إلى السيليكون.
جهات اتصال معدنية
يتم إضافة جهات اتصال معدنية إلى الخلايا الشمسية للسماح بجمع ونقل الإلكترونات المولدة. يتم طباعة عجينة الفضة على الجانب الأمامي، مما يشكل أنماطًا دقيقة تشبه الشبكة لتقليل التظليل مع ضمان التوصيل الفعال. يستخدم الألومنيوم عادةً في جهات الاتصال الخلفية.
الخطوة 5: تجميع الوحدة
بعد تصنيع الخلايا الشمسية، يتم تجميعها في وحدات:
الربط بين الخلايا: يتم توصيل الخلايا الشمسية الفردية على التوالي وبالتوازي لتشكيل وحدة شمسية.
التغليف: تتموضع الخلايا بين طبقات من مادة EVA ويتم تغطيتها بطبقة زجاجية واقية.
التأطير: تمت إضافة إطار من الألومنيوم لتوفير الدعم الهيكلي وتسهيل التثبيت.
الاختبار: تخضع الوحدات لاختبارات صارمة لضمان معايير الأداء والجودة قبل تعبئتها للشحن.
الخطوة 6: التثبيت والتكامل
بمجرد تصنيعها، الألواح الشمسية يتم شحنها إلى الموزعين أو المثبتين أو مباشرة إلى المستهلكين. تتضمن الخطوة الأخيرة دمج الألواح الشمسية في نظام الطاقة الشمسية، بما في ذلك:
التركيب: تثبيت الألواح على أسطح المنازل أو الأنظمة المثبتة على الأرض.
التوصيلات الكهربائية: ربط الألواح بالمحولات والبطاريات والشبكة الكهربائية.
خاتمة
إن تصنيع الألواح الشمسية عملية معقدة تحول المواد الخام إلى تكنولوجيا بالغة الأهمية لإنتاج الطاقة المستدامة. ومع استمرار نمو الطلب على الطاقة النظيفة، تهدف التطورات في تكنولوجيا الطاقة الشمسية إلى تحسين الكفاءة وخفض التكاليف وجعل الطاقة الشمسية في متناول جمهور أوسع. إن فهم كيفية تصنيع الألواح الشمسية يسلط الضوء على أهميتها في الانتقال إلى مستقبل أكثر اخضرارًا.