Menu

Nowe rozwiązania w ogniwach PV krzemowych

Na świecie cały czas trwa wyścig w produkcji ogniw o najwyższej sprawności optycznej. Co jakiś czas bite są nowe rekordy, większość rozwiązań ma jednak zastosowanie bardziej laboratoryjne i doświadczalne, a nie przekłada się na linie produkcyjne. Poniżej omówię technologie sprawdzone w praktyce.

Przy produkcji i pracy ogniw PV występują problemy z zacienieniem, mikropęknięciami, odbiciem światła od różnych elementów ogniw (np. ścieżek prądowych), jak i samych kosztów produkcji. Wszystkie te elementy powodują szukanie nowych rozwiązań optymalizujących pracę ogniwa, tym samym zwiększających jego długotrwałą produkcję energii, także w warunkach słabego oświetlenia.

 

Wzrost liczby Busbarów

 Typowe ogniwa krzemowe, szczególnie starszej generacji posiadają elektrody przednie wykonane w postaci cienkich ścieżek poziomych  (fingers) zbierających ładunki z całej płytki i przekazujących je dalej ścieżkom pionowym połączeniowym (tzw. busbar). Ilość ścieżek pionowych i poziomych wpływa na dwa parametry pracy ogniwa:

- tzw. współczynnik wypełnienia FF

- rezystancję szeregową Rs

W praktyce na rezystancję ogniwa wpływa długość drogi jaką musi pokonać ładunek elektryczny w płytce.

Wzrost liczby ścieżek pionowych (busbarów) zmienia odległość pomiędzy najdalej wysuniętym punktem ścieżki zbierającej a ścieżką połączeniową. W ogniwach typu 2BB droga ta wynosi 38mm, 3BB - 25mm, a 5BB już tylko 12,5mm (dla ogniwa 6").  Wstarszych rozwiązaniach ogniw ilość busbarów  wynosiła zwykle 2. W najnowszych dochodzi już do 5. Dalsze zwiększanie ilość busbarów jest bezcelowe, bowiem spada parametr FF. Zwiększenie ilości busbarów wpływa nie tylko na wzrost sprawności ogniw, ale także polepsza ich pracę w warunkach zacienienia jak i mikropęknięć, lub uszkodzeń mechanicznych wyłączających w tym wypadku mniejszą powierzchnię ogniwa.

folowo20.jpg

 

  Na rynku możemy też spotkać ogniwa wykonane w technologii MBB czyli (Multi-Busbar), gdzie ściezki prądowe są wykonane w odmienny sposób a ich ilość może wynosić 15 i więcej. Ilość ścieżek  i sposób przepływu ładunku zależy tutaj od zastosowanej metody produkcji. Na świecie możemy obecnie spotkać co najmniej trzy odrębne rozwiązania: technologia Smartwire szwajcarskiej firmy Meyer Burger, technologia Merlin oraz Multi Busbar Connector Schmidta. 

Smartwire -   polega na zastosowaniu siatki przewodów na płaszczyźnie ogniwa fotowoltaicznego zamiast konwencjonalnego rozwiązania jakim są szyny połączeniowe. Ilość połączeń elektrycznych w pojedynczym ogniwie dochodzi tutaj do 2660, co zapewnia:

- wyższą odporność na obciążenie śniegiem i mikropęknięcia

- wysoką wydajność w warunkach słabego oświetlenia

folowo21.jpg

folowo22.jpg

folowo23.jpg

 

Technologia Merlin -  polega na tym, że zamiast srebrowych busbarów w ogniwie krzemowym umieszcza się specjalnie uformowaną siatkę miedzianą na i pod ogniwem fotowoltaicznym. Według GT  ta technologia ma wiele zalet, np. zmniejsza zużycie srebra w procesie produkcyjnym PV, ma lepsze właściwości transportu ładunku z ogniwa, połączenia wewnętrzne są zdecydowanie mocniejsze co umożliwia produkcję lżejszych i wytrzymalszych modułów.

folowo24.jpg

Kluczowym elementem nowej technologii jest elastyczna siatka, która zastępuje tradycyjne elektrody przewodzące ("busbars"), a jednocześnie znacznie redukuje zużycie kosztownych past wymaganych w produkcji tradycyjnych ogniw.

Oczekuje się, że nowe rozwiązania technologii Merlin zmniejszą ilość konsumpcji srebra w produkcji o 80%, przy jednoczesnym zwiększeniu wydajności i zmniejszenie kosztów produkcji paneli o około 10 %. Firma GT Advances Technology sądzi, że w wyniku zmiany sposobu elektryfikacji ogniw, moduły w technologii Merlin będą bardziej niezawodne i trwałe. Co więcej, Amerykanie wierzą, że umożliwi ona niższe koszty transportu i instalacji dzięki mniejszej wielkości i wadze paneli. Technologia Merlin ma także łatwo integrować się z istniejącymi liniami służącymi do produkcji ogniw i paneli.

 

Technologia Mutli Busbar Connector - firmy niemieckiej Schmidt - opiera się na siatce przewodów z drutu miedzianego o średnicy zaledwie 360mikronów pokrytej stopem SnPbAg o grubości 15 mikronów. Ilość busbarów na każdym ogniwie wynosi 12. Jednak technologia ich wykonania i mikroskopijna grubość zapewnia większy współczynnik wypełnienia niż w ogniwach z trzema busbarami. Okrągłe przewody powodują też odbicie bezpośrednio padających promieni słonecznych pod kątem i ich powrót do komórki. Jak podaje firma średni zysk energii w panelu w stosunku do tradycyjnych rozwiązań wynosi 6-9W.

folowo25.jpg

 

Przykładem panelu wykonanego w tej technologii jest np.   NeON 2 Firmy LG (fot.poniżej) o mocy 320Wp przy wymiarach 1640x1000mm (sprawność modułu 19,5%).

folowo26.jpg

 

Technologia PERC 

PERC, czyli pasywacja tylnej ścianki ogniwa (Passivated Emitter Rear Cell skrót PERC). 

Moduły fotowoltaiczne wykonane w technologii krzemu polikrystalicznego, wykorzystujące technologię pasywacji tylnej ścianki ogniwa, posiadają większą wydajność modułu przez zwiększenie skuteczności absorpcji promieniowania słonecznego. Dodatkowa wydajność energetyczna komórek PV z technologią PERC jest spowodowana lepszą zdolnością wychwytywania światła przy dłuższych długościach fali, na przykład gdy Słońce jest pod kątem (wczesne rano i wieczorem) lub w warunkach zachmurzenia. W tym czasie większa ilość niebieskiego światła (długości fali między 450 a 495 nm) jest pochłaniana przez atmosferę, ponieważ ma dłuższą drogę do przemieszczania się na powierzchnię Ziemi niż w przypadku, gdy Słońce jest bezpośrednio nad nim. Światło niebieskie jest zazwyczaj przekształcane w energię w pobliżu górnej części komórki, podczas gdy czerwone światło (długości fali między 620 a 750 nm) penetruje dalej przez komórkę i jest przekształcane w energię w pobliżu dna. Czerwone światło jest słabo absorbowane przez atmosferę Ziemi i w rezultacie komórki, które przechwytują więcej czerwonego światła są ogólnie bardziej wydajne (rys.7 poniżej).  

folowo28.jpg

Rys.7 Technologia PERC poprawia wewnętrzne odbicie światła przy długich długościach fal.

 

Długość fali powyżej 1180 nm nie są absorbowane przez płytkę krzemową. Zamiast tego, w standardowych komórkach, takie fale są absorbowane tylko w metalizowanej tylnej warstwie, wytwarzając ciepło, które zwiększa temperaturę komórki i zmniejsza jej wydajność konwersji. Ponieważ warstwa PERC odbija to światło z powrotem przez komórkę , zmniejsza ona poziom absorpcji przez warstwę metalizującą aluminium, a zatem samo nagrzewanie się paneli. To zmniejszenie absorpcji pomaga komórce pracować w chłodniejszych temperaturach i pozytywnie wpływa na wydajność energetyczną. Wzrost wrażliwości na światło wytwarzany przy użyciu technologii PERC widać w odpowiedzi widmowej komórki PERC (rys. 8). Jak pokazuje wykres, technologia PERC zwiększa absorpcję światła podczerwonego (długość fali między 1000 a 1180 nm), co powoduje zwiększoną wydajność prądową i komórkową. 

folowo29.jpg Rys.8 Technologia PERC zwiększa wrażliwość komórek na długość fali między 1000 i 1180 nm

 

Panele w technologii PERC wykazują większa moc średnio o 4W dla panelu z 60 ogniwami.

 

Podział modułu na dwie niezależne sekcje

 

Kolejne rozwiązanie mające przynieść korzyści przy zacienieniu. Poniżej przykład panelu REC Twin Peak firmy REC. Przy standardowych modułach nawet przy niewielkim zacienieniu część lub całość modułu przestaje pracować. W najlepszym przypadku nie pracuje 33,3% modułu, a w najgorszym nie działa nawet cały moduł. W modułach Twin Peak zastosowano podział modułu na 2 części co powoduje, że w przypadku gdy cień pada na część modułu np. poprzez liść czy komin moduł REC Twin Peak osiąga o 16,6% wyższy uzysk energii.

folowo31.jpg

 

a w przypadku zacienienia dolnej powierzchni modułu np. poprzez śnieg lub zbyt blisko zamontowany kolejny rząd Twin Peak osiąga o 50% większą produkcję niż standardowy panel (rys. poniżej)

folowo32.jpg

folowo33.jpg

W opisywanym powyżej module  nowością jest też rozdzielenie puszek przyłączeniowych w tylnej części modułu na 3 części (zdjęcie tylnej ściany modułu poniżej). W standardowych modułach montuje się jedną puszkę przyłączeniową. Dzięki rozwiązaniu zastosowanemu w modułach Twin Peak obniżono temperaturę przewodów, poprawiono chłodzenie diód by-pass oraz zmniejszono awaryjności tych komponentów. 

 

Fot. Wygląd tylnej ściany modułu REC Twin Peak

(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});