Производство солнечных батарей в Украине. Современные заводы и технологии

Производство солнечных батарей фото
Производство солнечных батарей в Украине. Современные заводы и технологии

За последние 7 лет цена электроэнергии для украинских потребителей повысилась ровно в 6 раз (с 0,28 грн. за 1 кВт/ч в 2012 году до 1,68 грн. за 1 кВт/ч в 2019 году). За тот же период себестоимость как СЭС, так и самой солнечной энергии упала в 5 раз. В результате производство солнечных батарей в Украине стало экономически выгодным, а число домохозяйств, перешедших на гелиоэнергетику, к концу 2018 года превысило 10 тысяч.

Таким образом, Украина вошла в ряд государств, развивающих строительство собственных гелиосистем и комплектующих для них. А украинцы – в число потребителей, которые предпочитают альтернативную энергетику.

Производство солнечных батарей – как это работает?

Работа любой разновидности гелиосистем основана на фотоэлектрическом эффекте. Его физико-математическая концепция была разработан Альбертом Эйнштейном, и именно за это (а не за труды по теории относительности) ученый был удостоен Нобелевской премии.

Преобразования лучистого потока в электричество происходит путем передачи энергии фотонов электронам вещества. К сожалению, для осуществления данного процесса с минимальными потерями подходят не любые материалы. И потому история современных фотопанелей – это история поиска элементов или их комбинаций, дающих минимальный процент потерь.

Первым таким элементом стал селен. Последним, на сегодняшний день, является арсенид галлия или индия. Но с точки зрения цены самым распространенным остается кремний. Схема производства солнечных батарей базируется на нанесении этих материалов на подложку, защиту тонкого слоя полупроводника прозрачным стеклом и включения такой пленки или модуля в сеть.

Технология производства солнечных батарей

Технологически процесс производства заключается в получении полупроводников наперед заданной химической чистоты и использовании их в конструировании пленок либо модулей. В зависимости от материала и типа фотоэлементов, это происходит следующими методами:

  1. Монокристаллические. Производятся по методу Чохральского созданием одного крупного кристалла, впоследствии нарезаемого на плоские пластины.
  2. Поликристаллические. Примерно в 75% случаев получаются в процессе выращивания кристаллов в кремний-водородной смеси при t= 1300°C (Siemens-технология). КПД солнечных батарей на поликристаллах ниже, чем монокристаллических.
  3. Тонкопленочные. Создаются методом напыления из парогазовой смеси на подложку тонкого слоя полупроводника толщиной менее 1 мкм. Для аморфного кремния температура смеси t= 250-400°C.
  4. GISP-батареи. Многослойность требует последовательного напыления разных материалов. Для этого используются подложки с молибденовым покрытием и электронные пушки. Весь процесс происходит в вакууме. Более дорогостоящий и менее распространенный способ – трафаретная печать. При ней нанесение материалов производится струей (по такому же методу работает любой струйный принтер).

Примечание: вред от производства солнечных батарей сильно преувеличен – процесс выплавки традиционных металлов наносит окружающей среде на порядки больший урон (прежде всего в силу объемов в миллиарды тонн в год).

Заводы по производству солнечных батарей

По состоянию на 2019 год такие предприятия выпускают продукцию более чем в 30 странах мира. Лидерами являются Китай, США, Германия и Япония, с небольшим отставанием – ряд других европейских стран, а также Австралия, Саудовская Аравия и ОАЭ.

Налаживается производство и в постсоветских странах, среди которых Россия и Украина.

Солнечные батареи украинского производства

1. Винница. Крупнейший в нашей стране завод по изготовлению солнечных панелей в этом городе был основан группой Kness PV. На данный момент функционирует первая очередь – с годовой мощностью 200 МВт. Еще на такой же объем планируется нарастить выпуск до конца 2019 года. Помимо панелей производится и вспомогательное оборудование:

2. Энергодар. В Запорожской области фотоэлектрические модули собираются компанией Энхол. Старт производства – март 2018 года. Нынешний объем – 15 МВт ежегодно.

3. Александрия. В Кировоградской области органические солнечные батареи производства Украина нового, третьего поколения выпускает местная компания «Чистые энергетические технологии».
КПД таких панелей пока около 5%, но благодаря низкой стоимости компания загружена заказами на несколько лет вперед. Мощность – 40 МВт.

4. Киев. Старейший в Украине производитель пластин из кремния (в том числе на экспорт), фирма «Пролог Семикор». Дата основания – 1997 год. Солнечные батареи выпускает с 2014-го, годовой выпуск – 10 МВт. В ассортименте также портативные панели, в т.ч. для уличного освещения.

5. Киев. Компания «Квазар». Занимается производством солнечных батарей в Украине мощностью от 10 до 300 кВт, а также вспомогательного оборудования. Имеет представительства в Черкассах и Харькове. Объемы производства не публикуются.

6. Одесса. Завод «Промсвязь». Выпускает жесткие и гибкие солнечные батареи на основе кристаллического кремния собственного производства высокого качества. Объем – до 7 МВт ежегодно.

Солнечные батареи российского производства

1. Москва. Компания НПП «Квант». Крупнейший завод гелиопанелей на постсоветском пространстве – и единственный, снабжающий собственной продукцией российский космос. В ассортименте «Кванта»:

  • модули для спутников и космических станций;
  • двухсторонние бытовые фотопанели;
  • элементы для преобразования энергии с сетчатыми и струнными подложками и т.д.

2. Краснодар. «Солнечный ветер». Заводы по производству солнечных батарей этой компании более
30% продукции отправляют на экспорт (бренд «Solar Wind»). Производит как СЭС «под ключ», так и отдельные элементы электростанций.

«Сатурн». Еще один краснодарский производитель, поставляющий фотоэлектрические модули на любых типах основ и весь спектр сопутствующей продукции.

3. Рязань. «ЗМПК». Начинал с выпуска металлокерамики и электронного оборудования, затем добавил в прайс-лист инверторы, контроллеры заряда и монокристаллические кремниевые панели. Диапазон мощности модулей – от 3 до 100 Вт.

4. Зеленоград. «Телеком-СТВ». Завод по производству солнечных батарей в Зеленограде специализируется на производстве СЭС с беспрерывным электроснабжением. Запатентовал более десятка инновационных решений в области гелиоинженерии.

«СоларИнТех». Вторая компания из того же города, поставляющая на рынок высокотехнологичные и не уступающие западным аналогам солнечные батареи зеленоградского производства.

5. Новочебоксарск. «Хевел». Совместное творение «Renova» и «Роснано». Использует швейцарскую технологию «micromorf» от бренда «Oericon Solar» для выпуска модулей на базе бюджетного по стоимости аморфного кремния.

Для полноты картины приведем ТОП-5 не только украинских и российских, но и мировых производителей. Ими являются:

  • Suntech (США);
  • Sharp Solar (Япония);
  • First Solar (США);
  • Trina Solar (КНР);
  • Yingli (КНР).

Используемые материалы для солнечных батарей

Основными материалами, без которых солнечная энергетика не могла бы существовать, на сегодняшний день являются кремний, германий, индий и некоторые другие редкоземельные элементы. И главная задача отрасли – получить достаточное их количество в чистом виде.
• производство германия, на котором работают солнечные батареи пленочного типа, осуществляется методом зонной плавки (предварительно выделяя сам германий из его оксида);
• индий содержится в отходах цинкового и, в меньших количествах, свинцового и оловянного сырья – его обрабатывают кислотами, затем подвергают гидролитическому осаждению и на последнем этапе рафинируют;
• производство кремния для солнечных батарей – процесс, включающий 4 этапа: многоступенчатая очистка и плавка кварцевого песка, выращивание кристаллов в парогазовой смеси или по методу Чохральского, обработка и калибровка кристаллов, добавление фосфора и бора.

Только после этого приступают к созданию модулей или пленок, для защиты которых используют ламинат либо стекло. Производство стекла для солнечных батарей может осуществляться двумя путями. Первый – изготовление обычных тонких листов, до 6 мм толщиной. Второй – более толстого каленого стекла, быстро охлаждаемого с двух сторон после нагрева до 650-675°C.

Преимущество данной технологии – в образовании в материале остаточных напряжений, меняющих его внутреннюю структуру и повышающих ударную прочность.

Проблемы переработки отработавших свой срок панелей

В настоящий момент существует несколько решений их утилизации, хотя ни одно из них пока нельзя назвать идеальным. Наиболее перспективной является технология полного цикла, в которой панели:

  • измельчаются до фракций в несколько миллиметров;
  • выщелачиванием отделяются полупроводниковые материалы;
  • в несколько последующих этапов последовательно отделяются металлы, стекло и пластик.

Создатели технологии – инженеры и химики американской компании First Solar – при минимальном использовании токсичных веществ получают возможность вторичного использования около 90% стекла и почти 95% полупроводников. А отходы производства солнечных батарей составляют менее 10%.

Оборудование для производства солнечных батарей

Цена полноценного комплекса такого оборудования может составлять несколько миллионов долларов. Связано это с тем, что на заводах, выпускающих гелиопанели в промышленных масштабах, устанавливают линии сразу с несколькими десятками станков и машин. Эти установки осуществляют:

  1. контактную и бесконтактную литографию;
  2. лазерную разметку и резку;
  3. молекулярно-лучевую эпитаксию;
  4. мультимагнетронное распыление;
  5. шлифовку и полировку;
  6. термическую обработку;
  7. криогенную обработку;
  8. нанесение на подложку различными методами полупроводникового слоя (слоев);
  9. проверку компонентов на герметичность;
  10. регулировку расхода газов и их последующую нейтрализацию (поскольку производство солнечных батарей вредно, и выбросов в окружающую среду канцерогенов случаться не должно);
  11. плазмохимическое осаждение (система PECVD);
  12. создание вакуумной среды;
  13. испытание готовой продукции высоким напряжением и т.д.

Для автоматической подачи заготовок используются специальные столы с позиционирующими прокладками, а на завершающей стадии – обрамляющие машины и ламинаторы модулей.

Производство солнечных батарей в домашних условиях

Самостоятельно изготовить небольшую СЭС в домашних условиях возможно. Но чем выше будет желание сэкономить на материалах и оборудовании, тем ниже окажется КПД и качество всей системы.

Тем не менее, такая электростанция будет работать – даже при себестоимости в 10-15% приобретенной в профильной компании.

Экономически выгодное вложение средств

Есть и другой вариант получить дешевую энергию при невысоких затратах – вместо модулей купить гибридные солнечные панели не на кремниевой, а на кадмий-теллуровой основе (Cd-Te). В Украине они предлагаются компанией Green Tech Trade. Главное достоинство такой продукции – в эффективности работы с рассеянным светом и излучением, угол падения которого сильно отличается от перпендикуляра. Ознакомиться с характеристиками батарей и рассчитать стоимости СЭС можно на официальном сайте.