Table of Contents

הגבול החדש: ייצור תוספתי עבור סולרי

הביקוש לאנרגיה גלובלית ממשיך לעלות לצד מטרות אקלים דחופות, עניין נהיגה באנרגיה סולארית.כפי שהמתקנים מתרחבים לסביבות מגוונות - אזורים, מדברים, פלטפורמות צפים, עיצובים מתוחכמים - הצורך ברכיבים מותאמים אישית, רכיבים בעלי ביצועים גבוהים הופכים להיות חריפות.טכנולוגיות הדפסה תלת מימדיות, הידועות באופן קולקטיבי כייצור תוספים (AM), מעצבים מחדש כיצד חלקים אלה נוצרים, אבטיפוס, ומופיקים על ידי כך שתאפשרים באופן מורכב, פתרונות הדפסה חומריים, או חומרים אוטומטיים, או חומרים, או חומרים מתקדמים, או שיטות הדפסה של חומר, או חומרים מתקדמים, אשר אינם מסוגלים לבצע פעולות של חומר, או שיטות הפעלה, או תהליכי הדפסה, או שיטות הפעלה של חומריות, או תהליכי הדפסה של חומריות, באופן קולקטיבי, או מודלים של חומר, או מודלים של חומר, או תהליכי ייצור של חומר, או תהליכי ייצור של חומר, או מודלים של חומר רציונליים, או תהליכי הדפסה, אשר אינם מסוגלים לבצע פעולות של חומר טבעי, באופן קולקטיבי.

למה דווקא התאמות מתאימות ב-Surrays

כל התקנה השמש מתמודדת עם מגבלות ייחודיות: זווית גג, דפוסים מתפתלים, עומסי רוח, התרחבות תרמית ואינטגרציה אסתטית. Off-the-shelf מסגרות, חזיונות, ארגזי צומת, ומתכננים מערכות הרים כוח מעצבי כוח כדי להתפשר.חלקים מודפסים 3D מאפשרים למהנדסים לייעל ביצועים מבניים, ירידה במשקל, מהירות ההתקנה ללא נעולה בצורות סטנדרטיות.

Prototype to Production: Rapid Design Iteration

ייצור מסורתי מבוסס עובש מטיל עלויות מהירות גבוהה וזמני להוביל ארוכים.ד הדפסה 3D מבטל את המחסומים האלה. עיצוב ניתן לשנות ב- CAD ו הדפסה הלילה, נבדק למחרת, ומעודן שוב על ידי ערב.ד משוב סגור זה מאיץ באופן דרמטי את הפיתוח. על פי APVFLT:0 National Renewable Energy Laboratory (REL) דו"ח על תוספת לייצור אנרגיה סולארית מרוכזת כוח, 1, כך ש- 80% ממעבדות להפחתה מהירה של אורגניזמים אלה ממעבדות כדי להפחית את היצרנים מתאימים לכדי להפחית את המשתנים באופן קבוע (FLT) או ממעבדות (REL) באופן קבוע).

טכנולוגיות Reitive Repplied to Solar Components

כמה תהליכי הדפסה 3D הם כעת מבוגרים מספיק עבור חלקי שמש פונקציונליים.כל טכנולוגיה מציעה שינויים מסחריים נפרדים בין עלות, החלטה, תכונות חומריות, ונפח בנייה.

מודל (FDM) להרות סטרקטיטורי

(FDM extrudes thermoplastic filaments שכבת על ידי שכבה.זה תהליך AM נגיש ובעלות יעילות ביותר עבור מערך סולארי, FDM מתאים היטב עבור רכיבים מבניים גדולים, שאינם בעלי עומס גבוה כגון מגשים כבל, סולריים סולריים קצה סולריים, וכיסויי הגנה מבוזרים כמו ABS, פוליקרבונט, ו- PETG מספקים עמידות טובה ועוצמה מתקדמת לאחרונה ב filadsds-Firdams: לדוגמה: HD-Freicericericericer לפתח מודלים מורכבים של מערכות הגנה מ-Ferdine-FDFericupdine-F.

Stereolithography (SLA) for Precision Optics and Domes

SLA משתמשת לייזר כדי לרפא נוזל photopolymer resin לתוך שכבות מוצק, להשיג פרטים דק מאוד משטחים חלקה. עבור מערך סולארי, דיוק זה אידיאלי לייצור אלמנטים אופטיים כגון עדשות Fresnel עבור ריכוז photovoltaics (CPV), כיסוי קל משקל, או encapsulants עם מרקם מותאם.

לייזר סלקטיבי (SLS) עבור חלקים פונקציונליים

SLS ממזגים ניילון או פולימיד עם לייזר, יצירת חלקים חזקים, טרופיים ללא צורך תומך.זה הופך אותו אידיאלי לייצור גיאוגרפיות מורכבות כמו מבנים ליטיצ'ה עבור כיור חום או מסגרת קשה עדיין. עבור סולרי השמש ולחות קרקעיים, חלקים SLS מודפס יכול להיות מיוצרת מחומרים מלוכדים מלוכדים עם UL-חום, כולל תכונות משולבות, כולל ריצוף מלא, כולל תכונות מתוחכמות, כולל ריצוף חי.

Multi Jet Fusion (MJF) לייצור גבוה

הטכנולוגיה של HP MJF בונה חלקים על ידי שכבות אבקה מבהילות עם סוכנים מדפים ומפרטים.זה מציע מהירות הדפסה מהירה יותר מאשר SLS ונכסים מכניים עקביים יותר. עבור מערךי השמש, MJF משמש יותר ויותר לייצור בינוני של תיבות צומת מותאם אישית, מחברים כבל, ו inverter דיור.הטכנולוגיה תומכת בטווח גדל והולך של פולימבנדס הנדסה, כולל גרסאות מחזקות כבר להשתמש כמה צינורות אחסון כדי להפחית באופן משמעותי.

Direct Ink Writing and Conductive Printing for Embedded Electronics

מעבר לחלקים מבניים, הדפסה ישירה של דיונים התנהגותיים מאפשרת ייצור מלא של עקבות חשמליים וחוצבים חיישן ישירות על רכיבי השמש.הטכנולוגיה הזו יכולה להדפיס כסף או מעגלים נחושת על תת-שכבות גמישות, שילוב דיודות עקפים, thermocouples, או ניטור מעגלים לתוך המבנה הרציף עצמו.

ביצועים של טכנולוגיות

הביצועים המכניים והחשמליים של רכיב סולארי בעל 3D תלויים במידה רבה בבחירת החומר.שנים האחרונות ראו עלייה בסדקים מיוחדים ובאבקות שהונדסו לשימוש חיצוני.

UV-Stable ו- Weatherable Thermoplastics

תקן ABS ו PLA מחלחלים במהירות תחת השמש. New UV-bilized ציונים כמו ASA (קריlonitrile styrene acrylate) ותרכובות מבוססות פוליפרופילן לשמור צבע ויושרה מכנית במשך עשרות שנים בחוץ. אדקטינים המכילים חלקיקים UV-blocking nanoparticles או פחמן שחור מפותחים גם.

פולימרים פונקציונליים ודיאלקטריים עבור קומפרסים חשמליים

פילמנטים שנאבקים עם גרפן, צינורות פחמן, או חלקיקים נחושת מאפשרים הדפסה של עקבות חשמליים ישירות.חומרים אלה משמשים עבור צריחים מודפסים, מחברים, ואלמנטים מעומקים. בעוד שהתנהגותם נמוכה יותר מחוש נחושת טהורה, הם מספיקים עבור אותות כוח נמוך וניתוק כוח משני. insulating dielectrics עם כוח דיאלקטרי גבוה זמינים גם כדי ליצור מעגלים רב-שכבות משולבים לתוך המבנה הסולארי.

Ceramic ו- Metal Additives for Extreme Environments

עבור מערכות אנרגיה סולארית מרוכזות (CSP) הפועלות בטמפרטורות מעל 500 מעלות צלזיוס, photopolymers קרמיקה מלא אבקות מתכת חוצות ניתן להדפיס ולאחר מכן חטא לחלקים צפופים לחלוטין. Zirconia ו alumina מרוכבים מתאימים מראות חמים, מקלטים סולאריים, ו insulators תרמי הדפסה 3D (DS) משמש עבור רכיבים בעלי ערך גבוה כמו heliostating סוללות, למרות עלות שלה, עלות, עלות עלות.

אופטימיזציה עיצוב וטופולוגיה

ייצור אדקטיבית מאפשר למהנדסים למזער את החופש ללא הגבלה על ידי אופטימיזציה מסורתית של טופולוגיה, עיצוב ניוון, ומבנים ל- lattice לאפשר למהנדסים למזער חומר תוך מיקס או העברת חום.עבור מערך סולארי, מנוף ב-Fiatice יכול להפחית במשקל ב- 70% תוך שמירה על יכולת ניהול עומס או תשלום חומרי, אך גם עבור התקנה של מערך סולארי, כמו עובדים קלים יכול להיות שימוש בתאים קירור אוויריים (10%) על ידי קירור אוויריים (Douticturedexrepericture) על ידי תאים חשמליים).

אינטגרציה רב-Functional

על ידי איחוד חלקים מרובים לתוך האסיפה מודפסת אחת, AM מפחית נקודות עבודה וכישלון.דפס אחד יכול לשלב חזייה, קליפ כבל, חוט, ולוח ממשק תרמי. Embedding נלווי במהלך הדפסה - על ידי פילינג הבניין - משמיד פעולות לאחר השמדה. חלק מהיצרנים משתמשים הדפסה תלת מימדית כדי ליצור מערכות עליות עצמיות מתפתלות ללא חתים מהירים, מתקנות על גבי זמן.

עיצובים של שילוב אדריכלי

אדריכלים ומהנדסים מאמצים כלים עיצוביים מטאמטריים שיוצרים באופן אוטומטי מסגרות מותאמות למשטח הבניין או גג.מסגרות אלה מודפסות על הביקוש, נמנעים מבזבוז של extrusions סטנדרטיים לתאים.לדוגמה, קאנופי שמש על מגרש חניה יכול להיות בעל עמוד תמיכה אורגני, מארגן עמודי תמיכה מ-P ממוחזרים, תוך צמצום הפחתת כמות הפחמן והכוח.

מחקרים: הדפסה תלת מימדית בפעולה

גג הock-Up for Low-Incomeשיכון

בפרויקט טייס נתמך על ידי DOE, עמותה המבוססת על אוסטין השתמש FDM כדי להדפיס 200 חזיונות על גג השמש על מתחם דיור בר-משפחה סבירים.ה ⁇ המשולבים ערוצי חיפוש משולבים ועיצוב מתאים אשר הפחית את זמן ההתקנה מ 4 שעות עד 2.5 שעות לפאנל. החלקים המודפסים נעשו מפוליאתילן ממוחזר, להסיט פסולת ממזומנים.

צילום: Photovoltaic Lens Arrays

קונסורציום מחקר גרמני השתמש ב-SLA כדי לייצר מערך 10×10 של עדשות מיקרו-Fresnel עבור מודול PV ריכוז גבוה.העדשות התמקדו באור השמש על 1 מ"2 GaAs עם זווית קבלה של ±1.5 מעלות.העד המודפס הראה יעילות אופטית של 92% בהשוואה ל- 94% עבור אמן בעל יהלום, בשבריר של העלות.

Off-Grid Community Microgrid Components

סטארט-אפ בהודו ארגן תיבות צומת מודפסות של SLS ומחסנים מופנים למיקרו-צמחים הסולאריים המפרקים המשרתים כפרים כפריים. החלקים נועדו להיות עמידים למים ומאובטחים אבק (IP65) וכוללים גרמות כבלים בנויות.שימוש בייצור תוספים המאפשר לחברה לייצר אצילות קטנות המותאמות לסוגים שונים ללא מלאי יתר.

אתגרים ושיקולים

למרות התקדמות מהירה, יש לטפל בכמה מחסומים לאימוץ נרחב.

תנאי ארוך והסמכת

פולימרים מודפסים 3D יש רקורדי מסלולים מוגבלים בחוץ.קרינת UV, ספיגה לחות, רכיבה תרמי יכול לגרום לזחול, brittlement, או delamination. תקני תעשייה כגון UL 1703 (עבור מודולים שטוחים של לוח שטוח PV) ו IEC 61215 עדיין לא מטופלים לחלוטין רכיבי AM, מה שהופך הסמכה חברות חייב לבצע בדיקות הזדקנות מואצות וניסויים שדה כדי לבנות ביטחון חומרים חדשים כמו ארגונים בינלאומיים החל מ- TM החל מ- ASTM החל מ- AS ימלאו את ה- ASST.

בניית נפח ו- Throughput

לרוב המדפסות התלת מימדיות יש מעטפה בנייה (בדרך כלל מתחת 1 מ'3). הדפסת מרכיבים גדולים של rack סולארי כמו מסילות ארוכות או מסגרות שלמות היא לא מעשית.טכניקות כמו ייצור תוספי תוכנה גדולים (LFAM) - באמצעות זרועות רובוטיות או מערכות gantry - יכול להדפיס חלקים רבים של מטרים, אבל הם יקרים ואטים יותר מאשר exion או גלילאו.

מחיר על ידי Mass Production

עבור רכיבים בעלי ערך גבוה (מיליוני קליפים, כיסויים וכו '), הזרקה עובש נשאר זול יותר בחלק. הדפסה 3D עולה בייצור נמוך עד בינוני שבו כלי של חרטה הוא אסרטיבי.התעשייה נעה לכיוון "התאמה אישית של אמהות" באמצעות AM, שבו עיצוב יחיד הוא מותאם אישית לאתר ו מודפס בחבילות.

כיוונים עתידיים ומפת דרכים

במבט קדימה, כמה מגמות יזרזו את שילוב AM לתוך ייצור סולארי.

Multi-Material and Classd Properties

הדפסים המסוגלים להפקיד חומרים מרובים ביצירה יחידה יאפשרו רכיבים עם קשיחות גבוהה (נקודות קצה עבור חותם, ליבה נוקשה עבור כוח) או חיישנים מוטבעים.חוקרים להתנסות בחומרים ממודרגים פונקציונליים המעבר מהתנהגות ל insulating, המאפשר לוחות מעגלים מודפסים וחלקים מבניים בדפוס אחד.

הדפסה באתר של שימוש ב-Scale Solar

מדפסת 3D Mobile רכובה על הקרונות עשויה לייצר חלקים מותאמים ישירות בחוות השמש.לדוגמה, לאחר שנזקי סערה הם לוחות מיוחדים, טכנאי יכול להוריד את קובץ ה-CAD, לבחור חומר, ולהדפיס תחליפים באתר, צמצום זמני הסטארט-אפ הם מפתחים מדפסת שיכולה לזרז פילאה ממסגרות סולאריות ממוחזרות או בקבוקי PET, יצירת כלכלה מעגלית עבור רכיבים סולאריים.

עיצוב AI-Driven ואופטימיזציה של תהליכים

אלגוריתמי למידת מכונות יכולים לייצר באופן אוטומטי עיצובים מקודמים, אשר מאיזונים משקל, כוח והתנהגות תרמית. AI גם מייעל את הנתיב ההדפסה כדי להפחית את המיזוג והמהירות מצטברים. בשילוב עם תאומים דיגיטליים של מערך השמש, כלים אלה יאפשרו התאמות בזמן אמת לתהליכי ייצור.

השורה התחתונה

ייצור אדרטטיבי אינו גימיק לחומרה סולארית – זוהי שיטה מעשית, יותר ויותר מעשית לייצור רכיבים מותאמים אישית לשיפור היעילות, להפחית את העלות, להאיץ את הפריסה.מערכי עדשות מודפסות ועדות לטבוליות, הטכנולוגיה כבר מספקת יתרונות אמיתיים.כפי חומרים מדע מתקדם ומדפסות הופכים חזקים יותר, היום אינו רחוק כאשר כל מתקן סולארי ישלב לפחות חלק אחד מודפס, מתוכנן עבור סביבתו נקייה באמת.

מקור:0 (ב) 1

  • (ב) NREL: ייצור תוספתי של השמש הגדלה
  • משרד האנרגיה הסולארית של אנרגיה מתחדשת (FLT:0)
  • ועדת ה-F42 של Proitive Manufacturing TechnologiessFLT 1