Dorota
Zawsze, gdy planujesz wykonanie panelu fotowoltaicznego, musisz upewnić się, że masz dobrą konstrukcję do pracy. Niezależnie od tego, czy instalujesz cienkowarstwowe ogniwa słoneczne, czy ogniwa krystaliczne, są pewne rzeczy, które będziesz musiał znać. Należą do nich enkapsulant, wymagania dotyczące połączeń międzysystemowych i diody obejściowe.
Ogniwa krystaliczne
W ciągu ostatnich kilku lat wprowadzono kilka nowych technologii. Te nowe technologie obejmują polikrystaliczne i n-typowe krystaliczne płytki krzemowe. Technologie te poprawiły wydajność modułów fotowoltaicznych z krzemu krystalicznego. Mają też większą tolerancję na powszechne zanieczyszczenia metalami. Są one obecnie uważane za najbardziej wydajne krystaliczne krzemowe moduły PV na rynku.
Ogniwa polikrystaliczne są produkowane poprzez stopienie ze sobą kilku kryształów krzemu. Są mniej wydajne niż ogniwa monokrystaliczne, ale są bardziej przystępne cenowo. Są one dobrym wyborem dla obszarów, gdzie instalacja krzemu krystalicznego nie byłaby możliwa. Proces produkcji ogniw polikrystalicznych jest mniej energochłonny niż produkcja monokryształów. Jednak koszt produkcji ogniw polikrystalicznych jest nadal wyższy niż produkcji ogniw monokrystalicznych.
Zastosowanie kombinacji ogniw polikrystalicznych i monokrystalicznych pozwala na uzyskanie większych mocy znamionowych i mniejszych opakowań – część ta jest zasługą redakcji strony . Należy jednak pamiętać, że ogniwa polikrystaliczne nie są tak wydajne przestrzennie jak ogniwa monokrystaliczne. Ponadto nie są one tak wydajne w środowiskach wysokotemperaturowych.
Innym rodzajem ogniw słonecznych są ogniwa cienkowarstwowe. Cienkowarstwowe panele słoneczne mogą być instalowane na pojazdach rekreacyjnych lub budynkach komercyjnych o ciasnej przestrzeni. Są one również przeznaczone do długotrwałej instalacji. Są mniej wydajne w przestrzeni niż krystaliczne panele słoneczne, ale mają zdolność do wytrzymania trudnych warunków pogodowych. Są one oceniane przez Departament Energii na poziomie ASTM E1830-15 pod kątem obciążenia śniegiem i wiatrem.
Ogniwo krystaliczne jest najbardziej wydajnym typem ogniwa słonecznego. Ogniwa te absorbują światło słoneczne i przekształcają je w energię elektryczną prądu stałego. Proces produkcji ogniw krystalicznych jest niezwykle delikatny. Proces produkcji wymaga wysokiego ciśnienia i temperatury, aby wyhodować monokrystaliczny kryształ. Wydajność krystalicznych ogniw krzemowych zależy od rodzaju kryształu użytego w procesie produkcji.
Cienkowarstwowe ogniwa słoneczne
W przeciwieństwie do konwencjonalnych ogniw słonecznych z krzemu krystalicznego, cienkowarstwowe ogniwa słoneczne stanowią cienką barierę elektroniczną, która oddziela ładunki od siebie. Są one często umieszczane pomiędzy dwoma taflami szkła, tworząc panel słoneczny. Mają one wiele zalet, w tym zmniejszoną wagę, elastyczność i wyższą produkcję energii. Są również bardzo łatwe w instalacji i mogą być stosowane w panelach słonecznych dla szkół, firm i korporacji.
Cienkowarstwowe ogniwa słoneczne są wykonane z różnych materiałów. Jednym z najpopularniejszych typów jest krzem amorficzny (a-Si). Stosunkowo wysoka pasmo przenoszenia tego materiału umożliwia tworzenie ogniw słonecznych, które mogą pochłaniać więcej światła. Jednak niska wydajność i mała stabilność tego materiału stanowiły problem w tej dziedzinie.
Inną technologią cienkowarstwową jest tellurek kadmu (CdTe). Materiał ten jest półprzewodnikiem II-VI o stosunkowo wysokiej bandgap. Od kilku lat jest stosowany jako materiał cienkowarstwowy. Jednak jego względna toksyczność i niska sprawność sprawiły, że stał się mniej popularnym materiałem.
Technologia cienkowarstwowa została również zastosowana do miedziowego indowo-galowego diselenku (CIGS), półprzewodnika związanego z I-III-VI. Materiał ten ma przerwę energetyczną od 1,1 do 1,6 eV i charakteryzuje się wysokim współczynnikiem absorpcji optycznej. Jest to półprzewodnik złożony o bezpośredniej szerokości pasma, co oznacza, że jest bardziej odporny na defekty niż półprzewodniki III-V.
Cienkowarstwowe ogniwa słoneczne są również wykorzystywane w fotowoltaice zintegrowanej z budynkiem. Są to ogniwa słoneczne, które łączy się szeregowo lub równolegle tworząc moduły. Dzięki temu łatwo jest budować duże, wielopanelowe instalacje. Panele te są również tańsze w produkcji niż panele z krzemu krystalicznego.
Technologie cienkowarstwowe zostały również wykorzystane do zmniejszenia ilości materiału aktywnego w ogniwie. Materiały te mogą być organiczne, nieorganiczne lub hybrydowe.
Wymagania dotyczące połączeń międzysystemowych
Niezależnie od tego, czy Twój system PV jest podłączony do sieci, czy nie, ważne jest, aby zrozumieć proces podłączenia go do sieci energetycznej. Istnieją trzy główne opcje.
Pierwszą z nich jest użycie głównego rozłącznika. Umożliwia to systemowi PV pobieranie prądu z sieci. Jednakże, jest ono przystosowane tylko do pewnej ilości prądu. Wymagałoby to również dodania wyłącznika automatycznego, aby obsłużyć dodatkowy prąd.
Drugą opcją jest podłączenie się do licznika energii elektrycznej. Pozwoliłoby to systemowi PV eksportować energię z powrotem do sieci. Jest to jednak bardziej skomplikowany proces.
Trzecią opcją jest zainstalowanie nowej linii przesyłowej. Sieć elektryczna jest zaprojektowana tak, aby pobierać energię elektryczną ze scentralizowanych elektrowni i dostarczać ją do domów i firm. Większe komercyjne systemy PV mogą wymagać znacznej modernizacji sieci w celu ich połączenia. Proces ten nie zawsze jest jednak możliwy.
Czwartą opcją jest instalacja złożonego systemu ochronnego. Zakład energetyczny może wymagać wymiany sprzętu lub postawienia nowej rozdzielni.
Proces przyłączenia może trwać tygodnie lub miesiące. Może to stanowić istotną przeszkodę w rozwoju Twojego projektu. Jednak większość stanów oferuje przyspieszone procesy dla mniejszych projektów.
Studium wykonalności jest dobrym sposobem na ocenę kosztów i niezawodności twojego systemu. Studium może obejmować ocenę POI (point of interest), konfiguracji stacji oraz liczby źródeł zasilania.
Proces przyłączenia do sieci może stanowić poważną barierę dla rozwoju Twojego projektu. Jednakże przedsiębiorstwa użyteczności publicznej pracują nad usprawnieniem swoich procesów. Zdobywają również doświadczenie w zatwierdzaniu wniosków o przyłączenie. Wysiłki te mają na celu zmniejszenie kosztów miękkich związanych z przyłączeniem.
Diody bocznikujące
Generalnie panel fotowoltaiczny jest wyposażony w szereg dyskretnych diod bocznikujących umieszczonych w odpowiednich wnękach. Diody te są połączone z odpowiednim ogniwem słonecznym.
Zespół ogniwo słoneczne-dioda bocznikująca jest zbudowany na wzór plastra miodu. Zmniejsza to wagę ogniwa i zachowuje wytrzymałość mechaniczną.
Dioda bocznikująca służy do uniknięcia efektu „stopienia”, który występuje, gdy napięcie przebicia ogniwa słonecznego przekracza jego próg. Pozwala ona również na kontynuowanie produkcji energii elektrycznej, chroniąc jednocześnie ogniwo przed uszkodzeniem.
Próg przebicia wstecznego dla ogniwa fotowoltaicznego wynosi od 25 do 30 V. Jeśli ogniwo ulegnie uszkodzeniu, podstrunica może być narażona na zdarzenie hot spot. Powoduje to drastyczne zmniejszenie mocy wyjściowej panelu.
Dioda bocznikowa jest zwykle wykonana z krzemu i ma cienką warstwę typu n na swojej przedniej powierzchni. Warstwa typu n jest dyfundowana do płytki krzemowej typu p. Płytka typu p jest następnie połączona z warstwą metalu.
Umożliwia to połączenie styku n diody bocznikującej ze stykiem p ogniwa słonecznego. Te dwa styki są ułożone w konfiguracji antyrównoległej. Ta konfiguracja umożliwia przepływ prądu przez płytkę typu p, gdy styk n jest zorientowany na styk n ogniwa słonecznego.
Załączone rysunki zapewniają lepsze zrozumienie wynalazku. W ilustracyjnym przykładzie, pojedyncze ogniwo fotowoltaiczne wytwarza 0,5V w temperaturze 25 degC. Wytwarzałoby ono 3A prądu, gdyby ogniwo znajdowało się w otwartym obwodzie.
Jednakże, prąd ten zostanie zmniejszony, jeśli ogniwo będzie znajdowało się w warunkach zacienionych. Zostanie również zahamowany, jeśli znajdzie się w stanie uszkodzonym. Dzieje się tak dlatego, że ogniwo będzie działać jak opornik półprzewodnikowy. Gdy chmura zostanie usunięta, ogniwo powróci do normalnego stanu pracy.
Encapsulant
W ostatnich czasach opracowano różne rodzaje polimerowych materiałów enkapsulujących do modułów PV. Materiały te służą do różnych celów i zapewniają ochronę przed obciążeniami środowiskowymi. Jednakże, materiały te napotykają na wyzwania. Dlatego należy przeprowadzić więcej badań w celu poprawy obecnych metod enkapsulacji EVA. Ostatecznie musi zostać opracowany nowy produkt, który równoważy wydajność materiału z jego początkowym kosztem.
Enkapsulanty fotowoltaiczne chronią ogniwa słoneczne i utrzymują izolację elektryczną. Zapewniają również integralność mechaniczną. Ponadto zapewniają ochronę przed promieniowaniem UV. Dodatkowo, materiały enkapsulacyjne pozwalają na lepsze procesy produkcji modułów.
W modułach fotowoltaicznych z krzemu krystalicznego, silikon jest stosowany w celu zwiększenia długoterminowej trwałości. Materiał ten jest niepalny i ma wysoką rezystywność objętościową. Posiada również elastyczność zbliżoną do gumy. Ponadto enkapsulanty silikonowe są atrakcyjne, ponieważ można je łatwo formować.
Oprócz ochrony przed promieniowaniem UV, enkapsulanty fotowoltaiczne chronią ogniwa słoneczne przed stresem środowiskowym. Zapobiegają dyfuzji tlenu, wilgoci i substancji chemicznych. Zapewniają również mechaniczną integralność i wsparcie pozycjonowania ogniw słonecznych. Ponadto zapewniają integralność połączenia elektrycznego pomiędzy ogniwami słonecznymi a elementami obwodu.
Polimerowe materiały enkapsulacyjne dla modułów PV w ostatnich latach stanęły przed wyzwaniami. Opracowano jednak nowe kleje, które poprawiają odporność na ciepło. Ważne jest, aby zrozumieć cechy każdego materiału dla długoterminowej niezawodności.
Obecnie, octan etylenu-co-winylu (EVA) jest dominującym materiałem enkapsulacyjnym dla aplikacji PV. Materiał ten oferuje odporność na promieniowanie UV, wysoką wytrzymałość mechaniczną i odporność na pęknięcia naprężeniowe.
POE jest polimerem termoplastycznym, który jest wykonany z monomerów polietylenu i propylenu. Ma podobne właściwości do EVA. Jednakże POE nie zawiera grup acetylowych. Ma również lepszą odporność na promieniowanie UV i stabilność termiczną.