Запознайте се с фотоволтаичния панел
Има два вида соларни технологии за производство на електроенергия. Най-често срещаните са фотоволтаичните (PV) панели или модули, които използват слънчевата светлина, за да правят електричество. Друга технология, концентрираща слънчева енергия (CSP), използва слънчевата топлина вместо това.
Най-често срещаният тип фотоволтаичен панел е направен с помощта на кристално-силиций (c-SI). Тази технология представлява 84% от американските фотоволтаични панели, според Министерството на енергетиката на САЩ. Други видове включват кадмиев телурид, медни индивийни галиев (ди)селенидни панели и тънкослоен аморфен силиций. Тъй като c-SI панелите съставляват по-голямата част от американския и глобалния пазар, аз се фокусирам върху тях в този блог.
Изграждането на кристален силициев фотоволтаичен панел е малко като изграждането на пясъчен замък, защото силиций идва от пясък! Плажният пясък е силициев диоксид, известен още като силициев диоксид. (Ако плажният патрул сложи това на предупредителен знак, обзалагам се, че никой няма да стъпи на плажа!). Силицият, под формата на силициев диоксид пясък и чакъл, е вторият най-разпространен елемент на Земята, до кислород.
Преди да се използва в слънчев панел, силициевият диоксид трябва да се превърне в чист „металургичен клас силиций“ (MGS). Този процес използва много енергия: производството на 1 килограм металургичен клас силиций изисква 14-16 кВтч мощност, което е приблизително еквивалентно на използването на домашната фурна за седем часа. И все пак, през целия си живот, слънчевите панели отделят 25 пъти по-малко еквивалент на въглероден диоксид на киловатчас, отколкото електроенергията, захранвана от въглища.
Но фотоволтаичните панели са перфекционисти; те изискват силиций да бъде близо до 100% чистота. За да постигнем това, трябва да надградим силидай в още по-чист полисилициев метал, използвайки процес, който включва солна киселина и водороден газ. (Забавно е факт: около 12% от световното производство на силиций понастоящем се преработва в полисилиций за фотоволтаични панели.)
От пясък до модули
След като добавихме киселината и газа, оставаме с парчета от полисилиций, които обикновено се топят отново в приблизително 5-метрова цилиндрична форма. Добавя се бор, за да даде на метала положителен електрически заряд от едната страна. Горещият, разтопен силикон се охлажда и образува една кристална (“монокристална”) структура като цилиндричен игла. Инготите са всеки материал, хвърлен в правоъгълна форма, като златни кюлчета.
(Провежда се друг процес за направата на “поликристални” силициеви вафли, в които се образуват множество кристали. Този процес има тенденция да доведе до по-малко ефективни панели, но може да намали разходите за вафли.)
След това трилетът разрязва чистите метални блокове от полисилиций на хартиено-топка, обикновено 7-инчови на 7-инчови плоски филийки, наречени вафли.
Вафлите се нагряват във фурна и се добавя тънък слой фосфор, което дава отрицателен заряд на едната страна (противоположната на положителната борна страна). След това към вафлите се добавя антирефично покритие, защото без него тези лъскави дискове отразяват слънчевата светлина – и ние искаме вместо това да го абсорбират. На този етап вафлите сега са способни да абсорбират слънчевата енергия и да я преобразуват в електрони. Сега трябва да добавим сребърни металопроводници, за да могат тези електрони да се превърнат в електрически ток, който устройствата могат да използват!
Среброто – най-проводимият елемент в света – засяга електроните в силициеви вафлите и ги превръща в ток. Силиконовите вафли образуват проводима слънчева клетка. Всеки соларен панел, обикновено съдържащ 60 или 72 клетки, използва около 20 грама сребро – част от теглото на панела, но около 10% от общите разходи.
Медни метални проводници и окабеляване свързват слънчевите клетки заедно в един голям фотоволтаичен панел, което му придава класически матричен вид. Медта е добър електрически проводник и много ковък, което го прави чудесен материал за формиране на окабеляването, което движи тока през панела.