Виробництво сонячних батарей в Україні. Сучасні заводи і технології

Виробництво сонячних батарей фото
Виробництво сонячних батарей в Україні. Сучасні заводи і технології

За останні 7 років ціна електроенергії для українських споживачів підвищилася рівно в 6 разів (з 0,28 грн. за 1 кВт / год у 2012 році до 1,68 грн. за 1 кВт / год в 2019 році). За той же період собівартість як СЕС, так і самої сонячної енергії впала в 5 разів. В результаті виробництво сонячних батарей в Україні стало економічно вигідним, а число домогосподарств, які перейшли на геліоенергетику, до кінця 2018 року перевищила 10 тисяч.

Таким чином, Україна увійшла в ряд держав, що розвивають будівництво власних геліосистем і комплектуючих для них. А українці – в число споживачів, які вважають за краще альтернативну енергетику.

Виробництво сонячних батарей – як це працює?

Робота будь-якого різновиду геліосистем заснована на фотоелектричному ефекті. Його фізико-математична концепція була розроблений Альбертом Ейнштейном, і саме за це (а не за праці з теорії відносності) вчений був відзначений Нобелівською премією.

Перетворення променистого потоку в електрику відбувається шляхом передачі енергії фотонів електронам речовини. На жаль, для здійснення даного процесу з мінімальними втратами підходять не будь-які матеріали. І тому історія сучасних фотопанелей – це історія пошуку елементів або їх комбінацій, що дають мінімальний відсоток втрат.
Першим таким елементом став селен. Останнім, на сьогоднішній день, є арсенід галію або індію. Але з точки зору ціни найпоширенішим залишається кремній. Схема виробництва сонячних батарей базується на нанесенні цих матеріалів на підкладку, захист тонкого шару напівпровідника прозорим склом і включення такої плівки або модуля в мережу.

Технологія виробництва сонячних батарей

Технологічно процес виробництва полягає в отриманні напівпровідників наперед заданої хімічної чистоти і використанні їх в конструюванні плівок або модулів. Залежно від матеріалу і типу фотоелементів, це відбувається наступними методами:

  1. Монокристалічні. Виробляються за методом Чохральського створенням одного великого кристала, який згодом нарізається на плоскі пластини.
  2. Полікристалічні. Приблизно в 75% випадків виходять в процесі вирощування кристалів в кремній-водневої суміші при t = 1300 ° C (Siemens-технологія). ККД сонячних батарей на полікрісталах нижче, ніж монокристалічних.
  3. Тонкоплівкові. Створюються методом напилення з парогазової суміші на підкладку тонкого шару напівпровідника товщиною менше 1 мкм. Для аморфного кремнію температура суміші t = 250-400 ° C.
  4. GISP-батареї. Багатошаровість вимагає послідовного напилення різних матеріалів. Для цього використовуються підкладки з молібденовим покриттям і електронні гармати. Весь процес відбувається у вакуумі. Більш дорогий і менш поширений спосіб – трафаретний друк. При ньому нанесення матеріалів проводиться струменем (за таким же методом працює будь-який струменевий принтер).

Примітка: шкода від виробництва сонячних батарей сильно перебільшена – процес виплавки традиційних металів завдає навколишньому середовищу на порядки більших збитків (перш за все в силу обсягів в мільярди тонн на рік).

Заводи з виробництва сонячних батарей

Станом на 2019 рік такі підприємства випускають продукцію в більш ніж в 30 країнах світу. Налагоджується виробництво і в пострадянських країнах, серед яких Росія і Україна.

Сонячні батареї українського виробництва

1. Вінниця. Найбільший в нашій країні завод з виготовлення сонячних панелей в цьому місті був заснований групою Kness PV. На даний момент функціонує перша черга – з річною потужністю 200 МВт. Ще на такий же обсяг планується наростити випуск до кінця 2019 року. Крім панелей виробляється і допоміжне обладнання:

2. Енергодар. У Запорізькій області фотоелектричні модулі збираються компанією ЕНХОЛ. Старт виробництва – березень 2018 року. Нинішній обсяг – 15 МВт щорічно.

3. Олександрія. У Кіровоградській області органічні сонячні батареї виробництва України нового, третього покоління випускає місцева компанія «Чисті енергетичні технології». ККД таких панелей поки близько 5%, але завдяки низькій вартості компанія завантажена замовленнями на кілька років вперед. Потужність – 40 МВт.

4. Київ. Найстаріший в Україні виробник пластин з кремнію (в тому числі на експорт), фірма «Пролог Семікор». Дата заснування – 1997 рік. Сонячні батареї випускає з 2014-го, річний випуск – 10 МВт. В асортименті також портативні панелі, в т.ч. для вуличного освітлення.

5. Київ. Компанія «Квазар». Займається виробництвом сонячних батарей в Україні потужністю від 10 до 300 Вт, а також допоміжного обладнання. Має представництва в Черкасах і Харкові. Обсяги виробництва не публікуються.

6. Одеса. Завод «Промзв’язок». Випускає жорсткі і гнучкі сонячні батареї на основі кристалічного кремнію власного виробництва високої якості. Обсяг – до 7 МВт щорічно.

Сонячні батареї російського виробництва

1. Москва. Компанія НВП «Квант». Найбільший завод геліопанелей на пострадянському просторі – і єдиний, що постачає свою продукцію для російських космічних програм. В асортименті «Кванта»:

  • модулі для супутників і космічних станцій;
  • двосторонні побутові фотопанелі;
  • елементи для перетворення енергії з сітчастими і струнними підкладками і т.д.

2. Краснодар. “Сонячний вітер”. Заводи з виробництва сонячних батарей цієї компанії більше 30% продукції відправляють на експорт (бренд «Solar Wind»). Виробляє як СЕС «під ключ», так і окремі елементи електростанцій.

3. Краснодар. «Сатурн». Ще один краснодарський виробник, який постачає фотоелектричні модулі на будь-яких типах основ і весь спектр супутньої продукції.

4. Рязань. «ЗМПК». Починав з випуску металокераміки і електронного обладнання, потім додав в прайс-лист інвертори, контролери заряду і монокристалічні кремнієві панелі. Діапазон потужності модулів – від 3 до 100 Вт.

5. Зеленоград. «Телеком-СТВ». Завод з виробництва сонячних батарей в Зеленограді спеціалізується на виробництві СЕС з безперервним електропостачанням. Запатентував понад десяти інноваційних рішень в області геліоінженеріі.

6. «СоларІнТех». Друга компанія з того ж міста, що поставляє на ринок високотехнологічні сонячні батареї зеленоградского виробництва, що не поступаються західним аналогам.

7. Новочебоксарськ. «Хевел». Спільне творіння «Renova» і «Роснано». Використовує швейцарську технологію «micromorf» від бренду «Oericon Solar» для випуску модулів на базі бюджетного по вартості аморфного кремнію.

Для повноти картини наведемо ТОП-5 не тільки українських і російських, але і світових виробників. Ними є:

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

Матеріали, що використовуються в виробництві

Основними матеріалами, без яких сонячна енергетика не могла б існувати, на сьогоднішній день є кремній, германій, індій і деякі інші рідкоземельні елементи. І головне завдання галузі – отримати достатню їх кількість в чистому вигляді.

  • виробництво германію, на якому працюють сонячні батареї плівкового типу, здійснюється методом зонного плавлення (попередньо виділяючи сам германій з його оксиду);
  • індій міститься у відходах цинкової і, в менших кількостях, свинцевої і олов’яної сировини – її обробляють кислотами, потім піддають гідролітичному осадженню і на останньому етапі рафінують;
  • виробництво кремнію для сонячних батарей – процес, що включає 4 етапи: багатоступеневе очищення і плавка кварцового піску, вирощування кристалів в парогазової суміші або за методом Чохральського, обробка та калібрування кристалів, додавання фосфору і бору.

Тільки після цього приступають до створення модулів або плівок, для захисту яких використовують ламінат або скло. Виробництво скла для сонячних батарей може здійснюватися двома шляхами. Перший – виготовлення звичайних тонких листів, до 6 мм завтовшки. Другий – більш товстого розжареного скла, яке швидко охолоджується з двох сторін після нагрівання до 650-675 ° C.

Перевага даної технології – в формуванні у матеріалі залишкових напружень, що змінюють його внутрішню структуру і підвищують ударну міцність.

Проблеми переробки відпрацювавших свій термін панелей

На даний момент існує кілька рішень їх утилізації, хоча жодне з них поки не можна назвати ідеальним. Найбільш перспективною є технологія повного циклу, в якій панелі:

подрібнюються до фракцій в кілька міліметрів;

вилуговуванням відокремлюються напівпровідникові матеріали;

в кілька наступних етапів послідовно відокремлюються метали, скло та пластик.

Творці технології – інженери і хіміки американської компанії First Solar – при мінімальному використанні токсичних речовин отримують можливість вторинного використання близько 90% скла і майже 95% напівпровідників. А відходи виробництва сонячних батарей складають менше 10%.

Устаткування для виробництва сонячних батарей

Ціна повноцінного комплексу такого обладнання може складати кілька мільйонів доларів. Пов’язано це з тим, що на заводах, що випускають геліопанелі в промислових масштабах, встановлюють лінії відразу з декількома десятками верстатів і машин. Ці установки здійснюють:

  1. контактну і безконтактну літографію;
  2. лазерну розмітку і різання;
  3. молекулярно-променеву епітаксію;
  4. мультимагнетронне розпорошення;
  5. шліфування та полірування;
  6. термічну обробку;
  7. кріогенну обробку;
  8. нанесення напівпровідникового шару (шарів) на підкладку різними методами;
  9. перевірку компонентів на герметичність;
  10. регулювання витрати газів і їх подальшу нейтралізацію (оскільки виробництво сонячних батарей шкідливо, і викидів в навколишнє середовище канцерогенів траплятися не повинно);
  11. плазмохімічне осадження (система PECVD);
  12. створення вакуумного середовища;
  13. випробування готової продукції високою напругою і т.д.

Для автоматичної подачі заготовок використовуються спеціальні столи з прокладками, а на завершальній стадії – обрамляючі верстати і ламінатори модулів.

Виробництво сонячних батарей в домашніх умовах

Самостійно виготовити невелику СЕС в домашніх умовах можливо. Але чим вище буде бажання заощадити на матеріалах і обладнанні, тим нижче виявиться ККД і якість всієї системи.

Проте, така електростанція буде працювати – навіть при собівартості в 10-15% придбаної в профільній компанії.

Економічно вигідне вкладення коштів

Є й інший варіант отримати дешеву енергію при невисоких витратах – замість кремнієвих модулів придбати гібридні сонячні панелі на кадмій-телуровії основі (Cd-Te). В Україні вони реалізуються компанією Green Tech Trade. Головна перевага такої продукції – в ефективності роботи з розсіяним світлом і випромінюванням, кут падіння якого сильно відрізняється від перпендикуляра. Ознайомитися з характеристиками батарей і розрахувати вартість СЕС можна на офіційному сайті.