S kontinuiranim razvojem današnjeg svijeta, neobnovljivi izvori energije sve su iscrpljeniji, a ljudsko društvo sve je hitnije za korištenjem obnovljive energije koju predstavljaju „vjetar, svjetlost, voda i nuklearna energija“. U usporedbi s drugim obnovljivim izvorima energije, ljudska bića imaju najzreliju, najsigurniju i najpouzdaniju tehnologiju za korištenje solarne energije. Među njima, industrija fotonaponskih ćelija s visokočistim silicijem kao podlogom razvila se izuzetno brzo. Do kraja 2023. godine, kumulativni instalirani kapacitet solarnih fotonaponskih sustava u mojoj zemlji premašio je 250 gigavata, a proizvodnja fotonaponske energije dosegla je 266,3 milijarde kWh, što je povećanje od oko 30% u odnosu na prethodnu godinu, a novo dodani kapacitet proizvodnje energije iznosi 78,42 milijuna kilovata, što je povećanje od 154% u odnosu na prethodnu godinu. Krajem lipnja, kumulativni instalirani kapacitet proizvodnje fotonaponske energije iznosio je oko 470 milijuna kilovata, što je premašilo hidroenergiju i postalo drugi najveći izvor energije u mojoj zemlji.
Dok se fotonaponska industrija brzo razvija, brzo se razvija i industrija novih materijala koja je podržava. Kvarcne komponente kao što sukvarcni lonci, kvarcni čamci i kvarcne boce su među njima, igrajući važnu ulogu u procesu proizvodnje fotonaponskih sustava. Na primjer, kvarcni lonci se koriste za držanje rastaljenog silicija u proizvodnji silicijskih šipki i silicijskih ingota; kvarcni čamci, cijevi, boce, spremnici za čišćenje itd. igraju ulogu u difuziji, čišćenju i drugim procesnim vezama u proizvodnji solarnih ćelija itd., osiguravajući čistoću i kvalitetu silicijskih materijala.
Glavne primjene kvarcnih komponenti za proizvodnju fotonaponskih sustava
U procesu proizvodnje solarnih fotonaponskih ćelija, silicijske pločice se postavljaju na čamac za pločice, a čamac se postavlja na nosač čamca za difuziju, LPCVD i druge toplinske procese, dok je konzolna lopatica od silicij-karbida ključna komponenta za pomicanje nosača čamca koji nosi silicijske pločice u i iz peći za zagrijavanje. Kao što je prikazano na donjoj slici, konzolna lopatica od silicij-karbida može osigurati koncentričnost silicijske pločice i cijevi peći, čime se difuzija i pasivizacija čine ujednačenijima. Istovremeno, ne zagađuje i ne deformira se na visokim temperaturama, ima dobru otpornost na toplinske udare i veliki kapacitet opterećenja te se široko koristi u području fotonaponskih ćelija.
Shematski dijagram ključnih komponenti za punjenje baterije
U procesu difuzije mekog slijetanja, tradicionalni kvarcni čamac ibrodić od oblatiNosač treba staviti silicijsku pločicu zajedno s nosačem kvarcnog čamca u kvarcnu cijev u difuzijskoj peći. U svakom difuzijskom procesu, nosač kvarcnog čamca ispunjen silicijskim pločicama postavlja se na silicij-karbidnu lopaticu. Nakon što silicij-karbidna lopatica uđe u kvarcnu cijev, lopatica automatski tone kako bi spustila nosač kvarcnog čamca i silicijsku pločicu, a zatim se polako vraća u početnu točku. Nakon svakog procesa, nosač kvarcnog čamca treba ukloniti izsilicij-karbidna lopaticaTakav česti rad uzrokovat će dugotrajno trošenje nosača kvarcnog broda. Nakon što nosač kvarcnog broda pukne i slomi se, cijeli nosač kvarcnog broda će otpasti s vesla od silicij-karbida, a zatim oštetiti kvarcne dijelove, silicijske pločice i vesla od silicij-karbida ispod. Veslo od silicij-karbida je skupo i ne može se popraviti. Nakon što se dogodi nesreća, uzrokovat će ogromnu materijalnu štetu.
U LPCVD procesu ne samo da će se pojaviti gore spomenuti problemi toplinskog naprezanja, već budući da LPCVD proces zahtijeva prolazak plina silana kroz silicijsku pločicu, dugotrajni proces će također formirati silicijski premaz na nosaču pločice i pločici. Zbog nedosljednosti koeficijenata toplinskog širenja obloženog silicija i kvarca, nosač plovila i plovilo će puknuti, a vijek trajanja će se ozbiljno smanjiti. Vijek trajanja običnih kvarcnih plovila i nosača plovila u LPCVD procesu obično je samo 2 do 3 mjeseca. Stoga je posebno važno poboljšati materijal nosača plovila kako bi se povećala čvrstoća i vijek trajanja nosača plovila te izbjegle takve nezgode.
Ukratko, kako se vrijeme procesa i broj ciklusa povećavaju tijekom proizvodnje solarnih ćelija, kvarcni brodići i druge komponente skloni su skrivenim pukotinama ili čak lomovima. Vijek trajanja kvarcnih brodića i kvarcnih cijevi u trenutnim glavnim proizvodnim linijama u Kini je oko 3-6 mjeseci, a potrebno ih je redovito isključivati radi čišćenja, održavanja i zamjene kvarcnih nosača. Štoviše, visokočisti kvarcni pijesak koji se koristi kao sirovina za kvarcne komponente trenutno je u stanju ograničene ponude i potražnje, a cijena je već dugo na visokoj razini, što očito ne pogoduje poboljšanju učinkovitosti proizvodnje i ekonomskim koristima.
Silicij-karbidna keramika"pojavi se"
Sada su ljudi osmislili materijal s boljim performansama kako bi zamijenili neke kvarcne komponente - silicij-karbidnu keramiku.
Silicij-karbidna keramika ima dobru mehaničku čvrstoću, toplinsku stabilnost, otpornost na visoke temperature, otpornost na oksidaciju, otpornost na toplinske udare i otpornost na kemijsku koroziju te se široko koristi u vrućim područjima kao što su metalurgija, strojevi, nova energija te građevinski materijali i kemikalije. Njene performanse su također dovoljne za difuziju TOPcon ćelija u proizvodnji fotonaponskih sustava, LPCVD (kemijsko taloženje parom niskog tlaka), PECVD (kemijsko taloženje parom plazme) i drugim toplinskim procesima.
LPCVD nosač za brodove od silicijevog karbida i nosač za brodove od silicijevog karbida proširenog borom
U usporedbi s tradicionalnim kvarcnim materijalima, nosači brodova, brodovi i cijevi izrađeni od silicij-karbidnih keramičkih materijala imaju veću čvrstoću, bolju toplinsku stabilnost, ne deformiraju se na visokim temperaturama i imaju više od 5 puta duži vijek trajanja od kvarcnih materijala, što može značajno smanjiti troškove korištenja i gubitak energije uzrokovan održavanjem i zastojem. Prednost u troškovima je očita, a izvor sirovina je širok.
Među njima, reakcijski sinterirani silicijev karbid (RBSiC) ima nisku temperaturu sinteriranja, niske troškove proizvodnje, visoku gustoću materijala i gotovo nikakvo skupljanje volumena tijekom reakcijskog sinteriranja. Posebno je prikladan za pripremu velikih i složenih konstrukcijskih dijelova. Stoga je najprikladniji za proizvodnju velikih i složenih proizvoda kao što su nosači brodova, čamci, konzolne lopatice, cijevi za peći itd.
Čamci od silicijevih karbidnih pločicatakođer imaju velike izglede za razvoj u budućnosti. Bez obzira na LPCVD proces ili proces širenja bora, vijek trajanja kvarcnog čamca je relativno nizak, a koeficijent toplinskog širenja kvarcnog materijala nije u skladu s koeficijentom silicij-karbidnog materijala. Stoga je lako doći do odstupanja u procesu usklađivanja s držačem silicij-karbidnog čamca na visokim temperaturama, što dovodi do tresenja čamca ili čak loma čamca. Silicij-karbidni čamac usvaja procesni put jednodijelnog lijevanja i ukupne obrade. Njegovi zahtjevi za toleranciju oblika i položaja su visoki, a bolje surađuje s držačem silicij-karbidnog čamca. Osim toga, silicij-karbid ima visoku čvrstoću, a čamac se mnogo manje slomi zbog ljudskog sudara nego kvarcni čamac.
Brod od silicijevih karbidnih pločica
Cijev peći je glavna komponenta za prijenos topline peći, koja igra ulogu u brtvljenju i ravnomjernom prijenosu topline. U usporedbi s kvarcnim cijevima peći, silicij-karbidne cijevi peći imaju dobru toplinsku vodljivost, ravnomjerno zagrijavanje i dobru toplinsku stabilnost, a njihov vijek trajanja je više od 5 puta dulji od vijeka trajanja kvarcnih cijevi.
Sažetak
Općenito, bilo u smislu performansi proizvoda ili troškova korištenja, silicij-karbidni keramički materijali imaju više prednosti od kvarcnih materijala u određenim aspektima područja solarnih ćelija. Primjena silicij-karbidnih keramičkih materijala u fotonaponskoj industriji uvelike je pomogla fotonaponskim tvrtkama da smanje investicijske troškove pomoćnih materijala te poboljšaju kvalitetu i konkurentnost proizvoda. U budućnosti, s velikom primjenom velikih silicij-karbidnih cijevi za peći, visokočistih silicij-karbidnih čamaca i nosača čamaca te kontinuiranim smanjenjem troškova, primjena silicij-karbidnih keramičkih materijala u području fotonaponskih ćelija postat će ključni čimbenik u poboljšanju učinkovitosti pretvorbe svjetlosne energije i smanjenju troškova industrije u području proizvodnje fotonaponske energije te će imati važan utjecaj na razvoj nove fotonaponske energije.
Vrijeme objave: 05.11.2024.