Вакуумные насосы в фотоэлектрическом производстве: полное руководство по производству солнечных панелей
Глобальный переход на солнечную энергию обусловлен не только солнечным светом, но и закулисной точной инженерией. В основе производства высокоэффективных и надежных солнечных панелей лежит важная, но часто упускаемая из виду технология: промышленные вакуумные системы. От создания чистейших кристаллов кремния до герметизации конечного модуля — вакуумные процессы незаменимы в цепочке поставок фотоэлектрических (PV) систем.
В этом подробном руководстве объясняется, как технология вакуумных насосов обеспечивает современное производство солнечной энергии, подробно описываются ее применения, технические требования, а также то, как выбор правильной системы влияет как на производительность панелей, так и на экономику производства.
Введение: Почему вакуум имеет основополагающее значение для производства фотоэлектрических систем
Производство солнечных панелей требует строгого контроля над загрязнителями окружающей среды. Даже незначительные уровни примесей или захваченных газов могут резко снизить эффективность преобразования и долгосрочную надежность фотоэлектрического элемента. Вакуумная технология обеспечивает контролируемую, чистую среду, необходимую для ключевых процессов, напрямую влияя на выходную мощность панели, долговечность и, в конечном итоге, на приведенную стоимость электроэнергии (LCOE).
Цепочка производства фотоэлектрических систем: путь к критическому вакууму
1. Добыча и добыча: производство кремния и пластин
Путешествие начинается с создания подложки из сверхчистого кремния.
Роль вакуума: Поликристаллический кремний высокой чистоты плавится в кварцевом тигле. Вакуумную среду сначала используют для вакуумирования камеры печи, удаляя атмосферные газы (кислород, азот), которые могут вносить примеси. Впоследствии часто вводят инертный газ (например, аргон) при низком давлении. Вакуумная система поддерживает эту контролируемую атмосферу, предотвращая окисление и унося летучие примеси, выделяющиеся во время плавки, в результате чего получаются безупречные монокристаллические слитки.
Требования к вакууму: диапазон вакуума от грубого до среднего. Насосные системы должны выдерживать начальные высокие газовые нагрузки и потенциальные пары оксида кремния.
Процесс: литье кремниевых слитков (для мультикристаллических)
Роль вакуума. Подобно вытягиванию кристаллов, вакуум используется для создания инертной, чистой среды внутри литейной печи для производства блоков поликристаллического кремния, обеспечивая чистоту материала.
2. Midstream: производство солнечных батарей – где вакуум определяет эффективность
Это наиболее вакуумоемкий этап, на котором формируются электрические свойства ячейки.
Процесс: физическое осаждение из паровой фазы (PVD) и химическое осаждение из паровой фазы (CVD)
Антибликовые покрытия (SiNₓ): наносятся методом PECVD. Вакуум обеспечивает равномерное покрытие и точные свойства пленки для максимального захвата света.
Слои пассивации (Al₂O₃, SiNₓ): критически важны для элементов PERC и TOPCon. Вакуумное напыление создает слои, которые уменьшают рекомбинацию электронов на поверхности кремния.
Прозрачные проводящие оксиды (TCO): необходимы для HJT и тонкопленочных элементов. Напыление (процесс PVD) в высоком вакууме создает эти проводящие прозрачные пленки.
Роль вакуума: это краеугольные процессы нанесения тонкопленочных слоев, которые определяют современные высокоэффективные элементы (PERC, TOPCon, HJT).
Требования к вакууму: от высокого до сверхвысокого вакуума (СВВ). Эти процессы требуют чрезвычайно чистой среды без частиц с базовым давлением, часто достигающим 10⁻⁶ мбар или ниже. Насосные системы должны быть безмасляными, чтобы предотвратить загрязнение углеводородами, которое может разрушить хрупкие свойства пленки и эффективность ячеек.
Процесс: травление и текстурирование
Роль вакуума. Вакуум используется в некоторых процессах сухого травления (например, RIE) для создания микроскопической текстурированной поверхности кремниевых пластин, которая улавливает больше света.
3. Далее: сборка модуля и ламинирование.
Вакуум обеспечивает долговечность конечного продукта в течение 25+ лет эксплуатации.
Процесс: Ламинирование
Роль вакуума: Собранная клеточная матрица (нити) зажата между слоями этиленвинилацетата и стеклом/задним листом. Этот «макет» помещается в ламинатор. Камеру откачивают до грубого вакуума (~ 1-10 мбар) для удаления всех пузырьков воздуха и влаги перед применением тепла для отверждения EVA. Идеальный вакуум имеет решающее значение для предотвращения расслоения, проникновения влаги и появления горячих точек, которые являются основными причинами выхода из строя модулей.
Требования к вакууму: грубый вакуум, но с очень высокой скоростью откачки для быстрого достижения целевого давления на большой площади камеры, обеспечивая короткое время цикла и высокую производительность.
Выбор подходящего вакуумного насоса для производства фотоэлектрических систем
Разнообразие требований по всей цепочке означает, что не существует универсального насоса. Вот разбивка по ключевым этапам процесса:
Этап производства
Первичный процесс
Ключевые проблемы вакуума
Рекомендуемая технология насоса
Операционные и географические аспекты
Рост кристаллов кремния
Плавление и вытягивание / литье
Высокая начальная газовая нагрузка, тепло, пары кремния
Прочные пластинчато-роторные насосы (с масляным уплотнением), сухие винтовые насосы
Требует надежности при непрерывной работе (более 120 часов). Сухие винтовые насосы снижают риск загрязнения и затраты на утилизацию, что делает их привлекательными для крупных производителей.
Изготовление клеток (PVD/CVD)
Тонкопленочное осаждение
Сверхчистая окружающая среда, работа без масла, стабильное сверхвысокое напряжение
Абсолютная безмасляная работа обязательна. Системы должны быть интегрированы со сложными средствами управления инструментом. Опыт поддержки высокотехнологичных производств имеет решающее значение.
Ламинирование модуля
Инкапсуляция
Быстрая откачка большого объема, устранение газовыделения EVA
Высокоскоростные жидкостно-кольцевые насосы, кулачковые насосы, большие сухие винтовые насосы
Скорость равна пропускной способности. Энергоэффективность сухих насосов по сравнению с потреблением воды LRP является ключевым расчетом совокупной стоимости владения для крупных заводов.
Преимущество Wordfik: разработано для обеспечения превосходного качества солнечной энергии
В Wordfik мы понимаем, что при производстве фотоэлектрических систем производительность вакуума напрямую связана с вашими ключевыми показателями: эффективностью элемента (%), выходом модуля (%) и себестоимостью производства ($/Вт).
Решения, оптимизированные для процессов: мы не просто поставляем насосы; Мы предоставляем вакуумные системы, адаптированные к конкретным газовым нагрузкам, профилям давления и требованиям чистоты при выращивании кристаллов, нанесении покрытий или ламинировании.
Максимизация времени безотказной работы, минимизация совокупной стоимости владения. Наши технологии сухого вакуума (винтовые, кулачковые) предназначены для обеспечения высокой надежности в сложных условиях, сокращения внеплановых простоев и устранения затрат и экологического воздействия технологического масла.
Глобальная поддержка глобальной отрасли. Независимо от того, находится ли ваше предприятие в существующем солнечном центре или в развивающемся производственном регионе, наша сеть технической поддержки организована так, чтобы обеспечить быструю экспертную помощь, чтобы ваша производственная линия работала с максимальной эффективностью.
Вывод: больше, чем просто насос – ключ к будущему солнечной энергии
По мере того, как фотоэлектрические технологии продвигаются к более высокой эффективности с помощью тандемов TOPCon, HJT и перовскита, требования к точности и чистоте вакуума будут только становиться более строгими. Выбор партнера по вакуумным технологиям — это стратегическое решение, которое влияет на производительность продукта, стоимость производства и масштабируемость.
Инвестиции в вакуумное решение, разработанное с учетом конкретных требований производства солнечной энергии, — это инвестиции в качество, надежность и конкурентоспособность ваших солнечных панелей на мировом рынке.
Часто задаваемые вопросы (FAQ)
Вопрос 1: Почему безмасляные вакуумные насосы так важны для процессов нанесения покрытия на солнечные элементы (PVD/CVD)? Даже следы углеводородов, поступающие в обратном потоке из насосов с масляной смазкой, могут загрязнить камеру осаждения. Это создает дефекты в тонких нанопленках, резко снижая их пассивационные или проводящие свойства и, следовательно, эффективность преобразования ячейки. Безмасляные насосы полностью исключают этот риск.
Вопрос 2. Всегда ли более высокая скорость откачки лучше для ламинатора с солнечным модулем? Хотя скорость имеет решающее значение для продолжительности цикла, не менее важна равномерность эвакуации по всей площади ламината. Неправильно спроектированная система может создавать градиенты давления, что приводит к неполному удалению воздуха и локализованным пузырькам. Оптимальное решение сочетает в себе высокую скорость с эффективной конструкцией камеры и трубопроводов.
Вопрос 3: Как вакуумная технология способствует созданию солнечных элементов следующего поколения, таких как перовскиты? Перовскитовые солнечные элементы чрезвычайно чувствительны к влаге и кислороду. Для их осаждения часто требуются встроенные в перчаточные боксы вакуумные системы или тщательно контролируемая обработка в инертной атмосфере, где вакуумные насосы необходимы для первоначальной вакуумации камеры и поддержания чистоты. Эволюция вакуумной технологии станет ключом к тому, чтобы сделать эти многообещающие клетки коммерчески жизнеспособными.
