Технология производства
Солнечная батарея – это объединенные в один блок фотоэлектрические преобразователи. Производство такого оборудования – сложный процесс, занимающий до 6 часов. Кремний – один из главных элементов в изготовлении солнечных батарей. Кремневые полупроводники увеличивают эффективность фотоэлементов до 25%.
Этапы производства преобразователя:
- Подготовка материалов. Кремневые полупроводники, фотоэлементы, преобразователи и другие комплектующие.
- Формирование первоначальной поверхности пластины и ее травление.
- Удаление лишних элементов, очистка и обезжиривание панели.
- Формирование антиотражающего слоя на поверхности панели.
- Нанесение металлического покрытия.
- Подключение аккумуляторов к контактам. Осуществляется только после предварительной просушки оборудования.
- Тестирование. После того как устройство готово, его нужно протестировать на наличие дефектов.
Солнечные батареи: 3D-печать в возобновляемой энергетике
Что такое солнечные батареи?
Это блоки, преобразовывающие солнечную энергию в тепло или электричество. Они выполнены из фотоэлектрических элементов, в которых происходит ряд физических и химических явлений. Как правило, фотоэлектрические элементы делают из кристаллического кремния, однако сейчас активно разрабатываются новые материалы (недавний пример – технология тонкопленочных солнечных элементов). Качество и эффективность солнечных батарей, изготавливаемых традиционными способами, оставляют желать лучшего. Именно поэтому специалисты, изучающие аддитивные технологии, экспериментируют с целью создать высококачественные солнечные панели на 3D-принтерах.
3D-печать – наилучшее решение для изготовления солнечных батарей
Одна из основных трудностей, возникающая в ходе разработки и производства возобновляемых источников энергии, – высокие затраты. Именно по этой причине такие источники доступны не всем. Мы видели, как 3D-печать подходит для реализации новых проектов, и производство солнечных батарей – отличный пример.
Прежде всего, для производства эффективных солнечных панелей высокого качества требуется множество исследований и разработок. Раньше фотоэлектрические элементы выполнялись из дорогих материалов. При разработке новых солнечных батарей и использовании материалов с новыми техническими свойствами требуется провести много испытаний и изготовить много прототипов. Подобные проекты должны быть тщательно продуманы, а для их демонстрации команде, инвесторам и будущим клиентам потребуются модели высокого качества. И здесь на помощь приходит 3D-печать, поскольку она позволит создать высококачественные прототипы. Кроме того, вы сможете проводить столько итераций, сколько потребуется. Аддитивные технологии подходят и для производства, однако вам потребуется найти 3D-принтеры, способные печатать из соответствующих материалов. Например, солнечные батареи изготавливаются из материала, который поглощает солнечный свет.
В теории, 3D-печать подходит для изготовления экологически чистых источников энергии по более низкой стоимости. Но так ли это на практике?
«Hevel» (Новочебоксарск, Чувашия)
Чувашский завод «ХЕВЕЛ» создавался двумя наиболее технологичными компаниями РФ – «Renova» и «Роснано». Изначально специализацией предприятия являлись монокристаллические батареи высокой степени очистки, уже в 2015 году имевшие КПД 21,4% — третий показатель в мире для массового производства. В пятерку мировых лидеров модули серии ГК входили и по мощности – три вида панелей на 300, 310 и 315 ватт соответственно.
В 2016 в Нобочебоксарске установили еще одну линию, для создания тонкопленочных солнечных батарей. Наконец, в 2017 был реализован проект изготовления панелей на швейцарской производственной линии фирмы «Qericon Solar» с технологией сборки «micromorf». Новые модули стали гетеро структурными, объединяя кристаллический кремний и тонкие пленки.
Результатом стал выпуск гелиопанелей с выдающимися даже для западных технологий характеристиками:
- эффективная генерация излучения и его преобразование в электрический ток при температурах от -50°C до +85°C;
- высокий уровень поглощения при неблагоприятных углах падения лучей и рассеянном свете;
- срок службы ячеек не менее 25 лет;
- средний КПД 20% при массе блоков 19 кг, размерах 1671×1002мм и мощности 300-320Вт.
Виды солнечных батарей
Все солнечные панели кажутся на первый взгляд одинаковыми – покрытые стеклом темные элементы с металлическими полосками, проводящими ток, помещенными в алюминиевую раму.
Но, солнечные батареи классифицируют по мощности вырабатываемого ею электричества, зависит которая от конструкции и площади панели (они могут быть миниатюрными пластинками с мощностью до десяти ватт и широкими «листами» на двести и более ватт).
Кроме этого, различаются они по типу образующих их фотоэлементов: фотохимические, аморфные, органические, а также созданные на основе кремниевых полупроводников, у которых коэффициент фотоэлектрического преобразования в несколько раз больший. Следовательно, больше и мощность (особенно во время солнечной погоды). Конкурентом последних может быть солнечная батарея на основе арсенида галлия. То есть, на рынке сегодня встретить можно пять типов солнечных батарей.
Они отличаются материалами, используемыми для их изготовления:
1. Панели из поликристаллических фотоэлектрических элементов, с характерным синим цветом солнечной панели, кристаллической структурой и КПД, равным 12-14%.
Поликристаллическая панель
2. Панели из монокристаллических элементов – более дорогие, но и более эффективные (КПД – до 16%).
Монокристаллическая панель
3. Панели солнечные из аморфного кремния, у которых КПД самый низкий – 6-8%, но вырабатывают они наиболее дешевую энергию.
Панель из аморфного кремния
4. Панели из теллурида кадмия, создаваемые по пленочным технологиям (КПД – 11%).
Панель, в основе которой лежит теллурид кадмия
5. Наконец, солнечные панели на основе полупроводника CIGS, состоящего из селена, индия, меди, галлия. Технологии их получения тоже пленочные, но КПД доходит до пятнадцати процентов.
Панель солнечная на основе CIGS
Кроме этого, панели солнечные могут быть гибкими и портативными.
Производство солнечных батарей
Солнечная батарея состоит, как известно, из нескольких обязательных частей. Основой основ у нее, подобно двигателю у машины или сердцу у человека, является солнечная панель – прозрачный прямоугольный короб с темными квадратиками тонко нарезанного кремния внутри. Кремний, используемый в производстве, а точнее его оксид (соединение с кислородом) – основной элемент производства солнечных батарей.
Технологии, лежащие в основе производства солнечных батарей, все время совершенствуются и состоят из нескольких этапов.
- На первом этапе подготавливают сырье: очищают кварцевый песок, прокаливая его с коксом. В результате он освобождается от кислорода, превращаясь в куски чистого кремния, напоминающие чем-то уголь. Затем, из него выращивают кристаллы – основу солнечных панелей, упорядочив структуру кремния. Для этого чистый кремний опускают в тигель, нагревают до высокой температуры, добавляя в расплавленную лаву затравку. Можно сравнить ее с образцом будущего кристалла, вокруг которого, слой за слоем нарастает кремний упорядоченной структуры. После нескольких часов роста получается кристалл монокремния (или поликристаллический кремний, процесс получения которого более затратный, что сказывается на цене солнечных батарей из него), напоминающий большую сосульку. Затем заготовку цилиндрическую превращают в параллелепипед. После этого заготовку режут на пластины толщиной 100-200 микрон (толщина трех человеческих волос), тестируют их, сортируют и направляют на следующую стадию обработки.
- На втором этапе пластина паяют в секции, их которых на стекле формируют блоки, чтобы исключить возможность механического воздействия на готовые солнечные элементы. Секции обычно состоят из 9-10 солнечных элементов, блоки – из 4-6 секций.
- Третий этап заключается в ламинировании спаянных в блоки пластин этиленвинилацетатной пленкой, а затем защитным покрытием, который осуществляется с помощью компьютера, который следит за давлением, вакуумом и температурой.
- Четвертый этап заключительный. Во время него монтируется соединительная коробка и алюминиевая рама. Вновь проводят тестирование, во время которого измеряют показатели напряжение холостого хода, ток короткого замыкания, напряжение и ток точки максимальной емкости.
Использование солнечных батарей производства Suntech для освещения стадиона в Пекине
Описание бизнес-идеи по производству солнечных батарей
Солнечная энергетика особо популярна в странах Средиземноморья – Греции, Италии, Испании и Турции. Однако этот сегмент альтернативной энергии хорошо развит и в других странах Европы, а также в США.
Почему растет популярность добычи альтернативной энергии:
- Дешевизна. Добывать электричество из солнечных батарей выгодней – как в промышленных масштабах, так и для самообеспечения.
- Доступность. Чтобы получать энергию из солнечных батарей, не нужно дополнительно закупать сырье – например, уголь.
- Автономность. Нет зависимости от цен на электричество, сырье и политической обстановки в мире.
- Экологичность. Такая энергетика не вредит природе, поэтому она настолько популярна в индустриально развитых странах.
В связи с этим спрос на солнечные батареи растет, особенно в России, где этот сегмент рынка только развивается. Например, если в Европе и США солнечные батареи пользуются популярностью еще с начала 2000-х годов, то в Россию они только начинают проникать.
Производство и установка солнечных батарей – перспективный бизнес для развития в России.
Цель данного бизнес-плана – изучить эту нишу и помочь предпринимателю открыть свое дело по реализации солнечных батарей.
Возможны следующие варианты развития бизнеса:
- наладить производство, реализацию и установку батарей;
- найти поставщиков, организовать продажу и установку оборудования.
Принцип работы солнечного электроснабжения, устройство солнечной батареи
Преобразовать энергию солнца в электричество можно несколькими способами.
Иногда применяется схема с генератором, где она трансформируется вначале в механическую, вращает вал генератора, а затем переходит в электрическую.
Минус такого способа в том, что он весьма дорогостоящий, поскольку требует использования больших зеркал, поворачивающихся по мере движения солнца.
Применение фотоэлементов позволяет напрямую преобразовывать свет в ток.
Это и есть столь популярные сегодня солнечные батареи, которые представляют собой небольшую (несколько см2) кремниевую пластину, на которой в единую цепь собраны фотодиоды. При попадании света, на выходах диодов появляется фото-ЭДС около 0,5 – 0,55 V. При помощи сборки таких пластин в модули можно получить на выходе требуемую мощность.
Если бы кто-то попытался добиться значения в 220 V, то получил бы батарею колоссальных размеров. Поэтому ставится цель получения 12-24 V, а все дальнейшие преобразования происходят при помощи других составляющих системы.
Конструкция включает в себя три основных узла:
- Солнечную панель.
- Аккумуляторы.
- Инвертор.
Как уже говорилось, задача солнечной панели выработать ток напряжением 12-24 V, которого хватит, чтобы зарядить 12-вольтовый аккумулятор.
Устройство солнечной батареи
Одного аккумулятора будет мало для обеспечения жилья нужным количеством электроэнергии. Их количество рассчитывается исходя из потребностей конкретного дома, и может составлять свыше 10 штук (однако число аккумуляторов прямо пропорционально и размеру солнечной панели).
Преобразовывать энергию низкого напряжения в стандартную, призван инвертор. Его приобретают готовый. При покупке соотносите выдаваемую им мощность с потребностями жилья в электричестве. По меньшей мере, это должна быть мощность в 1-2 кВт.
По устройству солнечной батареи различают два её вида:
- Плёночные.
- Кремниевые.
Плёночные или полимерные реже встречаются, поскольку имеют небольшой КПД и требуют много места для установки. Кроме того, энергоэффективность плёнки сокращается на пятую часть даже при небольшой облачности.
Солнечные панели на крыше
Кремниевые, описанные выше, могут быть монокристаллическими и поликристаллическими. Монокристаллические батареи — это множество ячеек со встроенными кремниевыми преобразователями и заполненные силиконом.
В ячейках поликристаллических батарей больше преобразователей, которые установлены разнонаправленно. Эта особенность обеспечивает более эффективную работу панели, даже когда свет рассеянный. И хотя КПД таких батарей немного ниже, чем у монокристаллических, на поверку они оказываются более продуктивными и их чаще используют.
Поиск помещения, подбор персонала и прочие тонкости организации бизнеса по производству солнечных батарей
Также нужно найти подходящее помещение и нанять персонал, что тоже немаловажно, поэтому рассмотрим каждый из моментов организации максимально детально
1. Регистрация предприятия.
Если вы планируете начать бизнес в области производства, при этом, планируется производить солнечные батареи «с нуля», то для регистрации вас, как предпринимателя, больше подойдет регистрация юридического лица или ООО.
Чтобы приступить к процедуре регистрации, потребуется собрать определенный перечень документов и подать его в ИФНС по месту регистрации бизнеса.
В этот перечень войдут:
- Заявление по форме Р11001.
- Решение учредителя о создании предприятия (если учредитель — один) или протокол собрания участников (если учредителей будет несколько).
- Устав ООО.
- Квитанция об оплате госпошлины.
- Заявление о переходе на упрощенную систему налогообложения.
До того, как вы подадите документы, от вас потребуется заплатить сумму государственной пошлины, которая на сегодня составляет 4 тыс. руб. Квитанция о ее оплате входит в печень обязательных документов.
Но не только на оплату квитанции придется потратиться при регистрации бизнеса.
Вам предстоят и другие траты:
- Открытие расчетного счета в банке – 2 тыс. руб.
- Изготовление печати – 1 тыс. руб.
- Оплата уставного капитала – 10 тыс. руб.
- Оплата нотариальных услуг – 1 тыс. руб.
Итого, за законную регистрацию предпринимательской деятельности нужно будет потратить около 15-18 тыс. руб.
Также не забывайте об обязательном получении разрешительной документации от пожарной и санитарно-эпидемиологической службы после прохождения процедуры регистрации.
И еще одна важная деталь – при заполнении заявления необходимо будет указать код вашей деятельности по ОКВЭД. Он в данном случае находится под номером 27.20.3.
2. Поиск и оснащение помещения под производство.
Так как планируется полный цикл производства батарей, выбранное помещение должно быть достаточным для того, чтобы разместить в нем все нужное оборудование, а также выделить два небольших склада: для хранения комплектующих и для подготовки готовых батарей к монтажу.
В среднем, площадь помещения должна быть не меньше 300 кв.м., иначе изготавливать солнечные батареи будет невозможно из-за нехватки места.
Выбрав подходящее помещение, нужно позаботиться о его ремонте, который в ситуации такого производства очень важен, ведь речь идет о создании очень точных и хрупких деталей.
В помещении непременно должны быть:
- Вентиляционная система.
- Водоснабжение.
- Отопление.
- Электропитание.
- Установленные обеззараживающие установки.
Без этого всего ни пожарная служба, ни санэпидслужба не дадут вам необходимых разрешений к началу производства.
3. Подбор сотрудников и организация доставки и монтажа.
Всего численность работников составит около 6-8 человек, из которых потребуется нанять:
- 1 специалиста физика-электромеханика.
- 2 работников цеха.
- 2 работников для монтажа.
- 1 водителя.
- 1 менеджера по продажам.
- 1 маркетолога.
Обязанности директора и бухгалтера на первых порах можете выполнять самостоятельно, это позволит больше контролировать производство и понимать суть собственного бизнеса.
Наиболее трудно в этой ситуации будет найти хорошего специалиста и работников цеха, ведь из-за того, то производство солнечных батарей в России пока не очень развито, таких специалистов в стране мало.
Что касается перевозки и монтажа батарей, лучше всего нанять водителя для этой работы уже со своим авто или же приобрести хотя бы один грузовой автомобиль.
4. Маркетинг и поиск каналов сбыта готовой продукции.
Так как солнечные батареи – это нужный, но пока еще не очень привычный для людей товар, нужно постоянно рассказывать и показать, что иметь солнечные батареи на своей крыше гораздо выгоднее, нежели платить большие средства за коммунальные услуги.
Используйте все средства рекламы:
- печатайте листовки,
- давайте объявления,
- создайте сайт, который будет наполнен полезной информацией, и на котором будут продемонстрированы примеры уже выполненных солнечных батарей с их последующим монтажом.
Вы можете сотрудничать как с большими предприятиями, так и с частными лицами. Все зависит от того, насколько востребована ваша продукция в регионе.
Панели от ЗАО «Телеком-СТВ»
Российская (г. Зеленоград) производит продукцию в среднем на 30 % дешевле, чем немецкие аналоги: цены начинаются от 5 600 руб. за панели на 100 Вт. Панели данного производителя имеют КПД до 20–21 %. Основной «фишкой» данного предприятия стала запатентованная технология изготовления кремниевых пластин диаметром до 15 мм и солнечных модулей на их основе.
Какую батарею от ЗАО «Телеком-СТВ» можно посмотреть? Наиболее популярная модель носит название ТСМ, далее идет маркировка в зависимости от мощности: от 15 до 230 Вт (цена указана приблизительно).
Модель | Мощность, Вт | Габариты, мм | Вес, кг | Цена, руб. |
ТСМ-15 | 18 | 430 × 232 × 43 | 1,45 | от 3 500 |
ТСМ-40 | 44 | 620 × 540 × 43 | 4,05 | от 6 000 |
ТСМ-50 | 48 | 620 × 540 × 43 | 4,05 | от 6 575 |
ТСМ-80А | 80 | 773 × 676 × 43 | 6,7 | от 8 500 |
ТСМ-80B | 80 | 773 × 676 × 43 | 6,7 | от 9 000 |
ТСМ-95А | 98 | 1 183 × 563 × 43 | 7,9 | от 10 750 |
ТСМ-95В | 98 | 1 183 × 563 × 43 | 7,9 | от 11 000 |
ТСМ-110А | 115 | 1 050 × 665 × 43 | 8,8 | от 12 500 |
ТСМ-110В | 115 | 1 050 × 665 × 43 | 8,8 | от 12 800 |
… | .. | … | … | … |
ТСМ-270А | 270 | 1 633 × 996 × 43 | 18,5 | от 23 370 |
Основной тип производимых панелей – монокристаллические, хотя каждая модель также может быть представлена в виде мульти (поли-) кристаллической. Каждый вид имеет свои преимущества и недостатки (см. таблицу).
Тип панели | Преимущества | Недостатки |
Поликристаллы |
|
|
Монокристаллы |
|
|
Выбор, конечно, ограничивается возможностями бюджета, поэтому продолжим обзор других недорогих и надежных устройств от российских производителей.
Поиск каналов сбыта готовой продукции
Успех данного бизнеса во многом зависит от маркетинговой стратегии.
Прежде чем запускать производство, рекомендуется изучить местный рынок и заранее найти каналы сбыта продукции.
Каналы продаж солнечных панелей:
- Офлайн-продажи. Ориентированы прежде всего на реализацию на местном рынке.
- Онлайн-продажи. Многие предприниматели и частные лица предпочитают делать заказы через интернет. При помощи собственного сайта можно продавать батареи как на местном сегменте рынка, так и по всей стране.
Начинать продвижение бизнеса рекомендуется с создания сайта предприятия
Важно помнить, что сайт – лицо компании, поэтому на его разработке лучше не экономить
Маркетинговая кампания включает:
- СЕО-продвижение собственного сайта. Необходимо, чтобы потенциальный клиент смог найти сайт по запросам в поисковых системах.
- СММ-продвижение. Социальные сети – мощный инструмент для привлечения клиентов. Для некоторых компаний это основной канал продаж. Кроме того, соцсети позволяют завоевать лояльность клиентов и сделать их постоянными.
- Реклама в местных СМИ. Новостные издания читают разные сегменты ЦА (целевой аудитории), поэтому при грамотном применении такая реклама может быть весьма эффективной.
- Наружная реклама. Размещение рекламы на билбордах, баннерах и городских рекламных досках будет напоминать потенциальному покупателю о том, где можно заказать солнечную батарею.
Солнечные уловители на полимерной основе
Эти элементы относят к молодым технологиям, так как они недавно появились на рынке. Полупроводники из органики поглощают свет для преобразования его в электрическую энергию. Для производства применяют фуллерены углеродной группы, полифенилен, меди фталоцианин и др. В результате получают тонкие (100 нм) и гибкие пленки, которые в работе выдают коэффициент эффективности 5-7%. Величина небольшая, но производство гибких солнечных батарей имеет несколько положительных моментов:
- для изготовления не затрачиваются большие средства;
- возможность установки гибких батарей в местах изгибов, где эластичность имеет первоочередное значение;
- сравнительная легкость и доступность установки;
- гибкие батареи не оказывают вредного воздействия на окружающую среду.
Оборудование для производства
К покупке оборудования предприниматель может приступить, лишь ознакомившись с технологическими особенностями налаживаемого производства. Чтобы поставлять на российский рынок высококачественные изделия, весь технологический процесс нужно автоматизировать. К тому же это позволит снизить себестоимость изделий по сравнению со сборкой их из закупаемых готовых элементов.
Конечно, можно попытаться что-то делать и вручную в домашних условиях; например, используя технические наборы инструментов для опытного мастера. Но для настоящего производства обязательно потребуются следующие виды оборудования:
- лазерный резак;
- ламинирующее устройство;
- машина для обрамления изделий алюминиевыми рамками;
- устройства для шлифовки поверхностей пластин;
- автоматические устройства высокого напряжения для контроля качества коллекторов изделий.
Купить оборудование для производства солнечных панелей в России непросто, так как наши заводы ещё не наладили изготовление этого высокотехнологичного станочного оборудования. Для бизнеса придётся покупать станок для солнечных батарей китайского или европейского производства. Цена оборудования в виде отдельных станков и производственных линий очень сильно зависит от их комплектации и потребляемой мощности. Если покупать линию небольшой производительности, то придётся выложить за неё около 5 миллионов рублей. А вот полностью укомплектованный завод будет стоить гораздо дороже – до 10 миллионов рублей.
Не лишним будет и создание автопарка предприятия, ведь очень выгодно предлагать своим клиентам не только готовое оборудование, но и его доставку по указанному адресу. Многие клиенты согласятся заключать договора на поставки солнечных панелей российского производства лишь на том условии, что работники компании будут участвовать в установке оборудования и наладке его работы на месте. И если для всех этих целей нанимать транспорт, то получится гораздо дороже, чем обзавестись своим. К тому же эти дополнительные услуги и гарантия качества могут быстро склонить наших людей покупать солнечные панели российского производства. Всё-таки доверие к нашему, отечественному производителю в последнее время сильно подорвано.
Такие системы действительно выгодно печатать на 3D-принтере?
Использование напечатанных солнечных батарей сокращает расходы на 50%
Исследователи Массачусетского технологического института утверждают, что аддитивное производство солнечных батарей помогает сократить расходы на 50%. Для изготовления таких установок не требуются дорогие материалы (например, стекло, поликристаллический кремний и индий). Очевидно, что реализация таких проектов возможна благодаря печати новых материалов на 3D-принтере. Например, не так давно стало известно о том, что производство фотоэлектрических элементов из синтетического перовскита дешевле.
Модель проекта ASTRI и CSIRO (Австралия) / Фото: blog.csiro.au
Такие системы можно внедрять в развивающихся странах
Солнечные батареи можно изготавливать на 3D-принтерах, и они дешевле стеклянных панелей, изготовленных традиционными методами. Напечатанные солнечные батареи имеют меньший вес, поскольку они изготавливаются из сверхтонких полосок. Транспортировка таких батарей вызывает меньше трудностей. Эта технология становится доступнее, а значит, возобновляемые источники энергии можно внедрять практически везде и транспортировать их даже в развивающиеся страны, где существуют проблемы с электроснабжением.
Солнечные батареи, напечатанные на 3D-принтере, эффективнее на 20%
Солнечные батареи, изготовленные на 3D-принтере, на 20% эффективнее батарей, созданных традиционными способами. Это обусловлено появлением новых методов, материалов и возможностей проектирования, которые стали возможны благодаря 3D-печати. Солнечной энергетике были нужны инновации, а самое главное – сокращение стоимости. Похоже, 3D-печать совершит революцию в этой отрасли.
Сколько стоит солнечная батарея
Продажа солнечных батарей – дело выгодное и перспективное. Объем продаж увеличивается ежегодно. На первом месте по продажам – китайские производители, продукция которым отличается низкой стоимостью. Такая ситуация привела к банкротству крупных немецких брендов, стоят которые вдвое дороже китайских солнечных батарей.
Стоимость солнечных батарей зависит от производителя и мощности, и имеет огромный разброс – от 1800 грн. до 9000 грн. (для Украины), от 5 тыс. рублей до 30 тысяч (для России). Стоимость этих батарей SunCharger SC- 9/14 и SunCharger SC-34/18 тоже высокая (надо же платить за отличные характеристики). Она составляет соответственно 6100 и 20700 рублей. Но, в сравнении с гибкой батареей фирмы AcmePower 32 Вт, цена за которую равна 27 тысяч рублей, эта батарея гораздо дешевле.
Солнечная батарея SunCharger SC- 9/14
Солнечная батарея SunCharger SC-34/18