Mengapa Sel Suria BC Mengendalikan Teduhan Lebih Baik dan Menjalankan Titik Panas Lebih Sejuk

Pengenalan

Teduhan adalah masalah yang sangat biasa dalam pemasangan PV dunia sebenar.

Bayang-bayang pokok, tiang utiliti, habuk, najis burung, salji, malah sudut pemasangan modul yang tidak konsisten sedikit pun boleh menyebabkan teduhan separa. Teduhan bukan sahaja mengurangkan output modul, ia juga boleh mencetuskan isu yang lebih serius: titik panas.

Sejak beberapa tahun kebelakangan ini, sel solar BC telah mendapat lebih banyak perhatian dalam bumbung teragih, PV balkoni, dan modul premium. Satu sebab utama adalah ini: Sel solar BC biasanya menawarkan toleransi teduhan yang lebih baik, dan suhu titik panas mereka kekal lebih rendah di bawah teduhan.

Di SNEC, anda sering melihat pengeluar meneduhkan sebahagian daripada rentetan sel dan kemudian menggunakan ketinggian air dari pam untuk menunjukkan toleransi teduhan produk BC mereka.

Jadi mengapa sel BC mempunyai kelebihan ini? Apakah fizik di sebaliknya?

Mari cuba jelaskannya dalam istilah yang agak mudah.

Mengapa Teduhan Menyebabkan Titik Panas

Mengapa teduhan menyebabkan titik panas?

Sel di dalam modul PV biasanya disambung secara siri.

Litar siri mempunyai satu ciri yang menentukan: arus mestilah sama di mana-mana.

Ini bermakna arus melalui keseluruhan rentetan ditetapkan oleh gelung secara keseluruhan. Apabila setiap sel mendapat cahaya penuh, setiap satu menjana kuasa dan semuanya berada dalam keadaan yang agak konsisten.

Tetapi jika satu sel dilindungi, arus foto yang boleh dihasilkannya akan menurun. Jika keseluruhan rentetan masih perlu membawa arus yang besar, sel yang dilindungi itu boleh ditolak ke dalam pincang songsang oleh sel-sel lain yang tidak dilindungi. Pada ketika itu, ia berhenti menjadi sumber kuasa dan bertukar menjadi pengguna kuasa.

Untuk teduhan separa, sel yang dilindungi tidak berhenti menjana sepenuhnya. Kawasan yang tidak dilindungi masih menghasilkan sedikit arus foto. Jadi apa yang sebenarnya perlu mengalir melalui laluan pecahan songsang, laluan bocor, atau laluan pintasan bukanlah arus rentetan penuh, tetapi perbezaan antara arus rentetan dan arus yang masih boleh dihasilkan oleh sel tersebut.

Perbezaan ini boleh dipanggil arus ketidakpadanan:

Imismatch = Irentetan - Ijana

Jadi pelesapan kuasa titik panas boleh ditulis secara kasar sebagai:

Photspot ≈ ∣Vrev∣ × Imismatch

iaitu:

Photspot ≈ ∣Vrev∣ × (Irentetan - Ijana)

Formula ini menunjukkan satu perkara utama: pada arus rentetan yang sama, semakin tinggi voltan songsang, semakin banyak kuasa yang dilesapkan oleh sel yang dilindungi, dan semakin panas titik panas tersebut.

Jadi salah satu kunci untuk menahan titik panas adalah:

bagaimana untuk menurunkan voltan songsang pada sel yang dilindungi dan menjadikan pemanasan lebih sekata.

Inilah tepatnya di mana sel BC cemerlang.

Bagaimana Sel BC Berbeza Dari Segi Struktur

Bagaimana sel BC berbeza dari segi struktur berbanding sel biasa?

Sel silikon kristal biasa biasanya menggunakan struktur sentuhan depan dan belakang.

Secara ringkas:

• Bahagian depan mempunyai garisan grid halus dan basbar, dan cahaya masuk dari depan;

• Arus dihasilkan di dalam sel dan kemudian dikumpul melalui elektrod depan dan belakang.

Sel BC, yang bermaksud Back Contact, mempunyai satu ciri menonjol:

kedua-dua elektrod positif dan negatif terletak di belakang sel, tanpa garisan grid logam di depan.

Itu memberikan dua faedah langsung:

1. Tiada teduhan garisan grid di depan, jadi lebih banyak kawasan penerima cahaya;

2. Elektrod belakang boleh dibina dalam corak berselang-seli, jadi pengumpulan arus lebih sekata.

Rajah 1 Skema struktur sel BC.

Sumber: Calcabrini, A., Procel Moya, P., Huang, B., Kambhampati, V., Manganiello, P., Muttillo, M., Zeman, M., & Isabella, O. (2022). Low-breakdown-voltage solar cells for shading-tolerant photovoltaic modules. Cell Reports Physical Science, 3(12), 101155. https://doi.org/10.1016/j.xcrp.2022.101155

Bahagian belakang sel BC membawa banyak kawasan-p dan kawasan-n yang berselang-seli. Di antara kawasan ini terdapat banyak simpang PN pendek yang didop berat. Dari pandangan litar, ia tidak lagi berkelakuan seperti satu diod besar tunggal, tetapi lebih seperti banyak diod kecil secara selari. Di bawah pincang songsang, simpang PN yang tersebar ini boleh membentuk laluan konduksi songsang yang lebih sekata.

Oleh kerana simpang PN belakang ini pendek dan didop berat secara setempat, ia boleh memasuki kerosakan songsang pada voltan songsang yang agak rendah.

Sudah tentu, ini bergantung pada parameter reka bentuk khusus sel BC.

Sebagai contoh, semakin kecil jurang antara kawasan-p dan kawasan-n, semakin kuat medan setempat, dan biasanya semakin mudah untuk membentuk voltan kerosakan songsang yang lebih rendah. Tetapi itu juga boleh membawa pertukaran dalam kebocoran dan rintangan pintasan. Jadi toleransi teduhan sel BC bukanlah nilai tetap. Ia berkait rapat dengan struktur sel tertentu, reka bentuk corak belakang, saiz jurang, kepekatan dop, kualiti pempasifan, dan proses pembuatan.

Mengapa Sel BC Kehilangan Kurang Kuasa Di Bawah Teduhan

Mengapa sel BC kehilangan kurang kuasa selepas teduhan?

Apabila modul mendapat teduhan separa, arus rentetan menolak sel yang teduh ke dalam pincang songsang. Apabila teduhan bertambah buruk, jumlah voltan merentasi subrentetan itu terus menurun.

Dalam modul tradisional, diod pintasan biasanya diletakkan secara selari merentasi bahagian rentetan. Diod pintasan tidak diaktifkan secara aktif oleh pengawal. Ia adalah peranti pasif. Sama ada ia mengalir bergantung hanya pada voltan merentasinya. Apabila jumlah voltan subrentetan itu menjadi cukup negatif, diod pintasan menjadi pincang ke hadapan dan dihidupkan secara automatik.

Keadaan hidup boleh ditulis sebagai:

Vsubrentetan ≤ -Vf

Vsubrentetan ialah jumlah voltan subrentetan yang dilindungi oleh diod pintasan;

Vf ialah penurunan voltan ke hadapan diod pintasan.

Untuk subrentetan, jumlah voltannya boleh difahami sebagai:

Vsubrentetan = ∑Vtidak teduh + ∑Vteduh

di mana:

• Sel yang tidak teduh masih menghasilkan voltan ke hadapan;

• Sel yang berlorek adalah pincang songsang dan menghasilkan voltan negatif.

Keadaan pengaktifan diod pintasan boleh dibaca sebagai:

∣∑Vlorek∣ ≥ ∑Vtidak_lorek + Vf

Dengan kata lain:

jumlah voltan songsang sel yang berlorek mesti melebihi jumlah voltan hadapan sel yang tidak berlorek yang tinggal, ditambah dengan penurunan hadapan diod pintasan, sebelum diod pintasan diaktifkan.

Kelebihan modul BC ialah, sebelum diod pintasan luaran diaktifkan, struktur simpang PN belakang berselang-seli sel BC itu sendiri sudah menyediakan keupayaan pengaliran songsang teragih. Ini berkelakuan sedikit seperti diod Zener terbina dalam sel.

Di bawah pincang songsang, simpang PN belakang berselang-seli sel BC boleh membentuk pengaliran songsang teragih pada voltan yang lebih rendah, mengehadkan kenaikan voltan songsang selanjutnya. Oleh itu, di bawah lorekan separa, apabila diod pintasan luaran belum diaktifkan, modul BC masih boleh mengekalkan kuasa keluaran yang agak tinggi.

Rajah 2 Lengkung IV modul dengan satu sel berlorek.

Sumber: E. Özkalay, F. Valoti, M. Caccivio, A. Virtuani, G. Friesen, dan C. Ballif, "The effect of partial shading on the reliability of photovoltaic modules in the built-environment," EPJ Photovoltaics, jil. 15, hlm. 7, Jan. 2024, doi: 10.1051/epjpv/2024001. Boleh didapati: https://doi.org/10.1051/epjpv/2024001

Toleransi Lebih Baik Tidak Bermakna Kebal Terhadap Lorekan

Toleransi lorekan yang lebih baik tidak bermakna sel BC kebal terhadap lorekan

Satu salah tanggapan biasa perlu dijelaskan.

Toleransi lorekan yang lebih baik tidak bermakna sel BC tidak terjejas oleh lorekan.

Mana-mana sel PV menghasilkan kurang kuasa setelah dilorek.

Jika kawasan berlorek dalam satu subrentetan terlalu besar, atau beberapa sel dilorek sepenuhnya, maka jumlah voltan songsang sel yang berlorek masih boleh akhirnya melebihi jumlah voltan hadapan sel yang tidak berlorek yang tinggal. Pada ketika itu diod pintasan luaran diaktifkan.

Sebaik sahaja diod pintasan diaktifkan, arus mengelilingi keseluruhan subrentetan itu. Sel yang tidak berlorek dalam subrentetan itu juga dipintas, dan sumbangan mereka kepada keluaran menurun secara mendadak. Jadi apabila kawasan berlorek besar, kelebihan penjanaan modul BC juga lemah.

Senario di mana modul BC benar-benar cemerlang biasanya:

• Satu sel atau beberapa sel mendapat lorekan separa;

• Kawasan berlorek dalam setiap subrentetan kekal kecil;

• Lorekan adalah pepenjuru, berbentuk jalur, atau bertaburan setempat;

• Diod pintasan luaran belum dihidupkan sepenuhnya.

Contohnya, bayang pepenjuru dari tiang utiliti mungkin meninggalkan setiap subrentetan dengan hanya kawasan berlorek kecil. Dalam kes itu, modul BC cenderung menunjukkan penjanaan toleran lorekan yang lebih baik.

Mengapa Modul BC Mempunyai Titik Panas yang Lebih Sejuk

Mengapa modul BC mempunyai suhu titik panas yang lebih rendah?

Terdapat dua sebab utama modul BC mempunyai titik panas yang lebih sejuk.

Pertama, arus songsang lebih tersebar

Untuk sel biasa, taburan arus songsang selalunya tidak sekata. Pecahan songsang mungkin berlaku terlebih dahulu di beberapa titik lemah setempat, seperti:

• Tapak kecacatan setempat;

• Tepi sel;

• Keabnormalan metalisasi;

• Mikroretak atau kawasan tercemar;

• Kawasan dengan pasif setempat yang lebih lemah.

Titik-titik ini bertindak seperti titik lemah.

Sebaik sahaja arus songsang tertumpu di titik lemah ini, ketumpatan kuasa setempat menjadi sangat tinggi, suhu meningkat dengan cepat, dan titik panas yang jelas terbentuk.

Ia seperti menggunakan jumlah haba yang sama pada dua objek:

• Seluruh plat logam;

• Titik sebesar jarum.

Yang kedua pasti lebih cepat panas.

Jadi risiko untuk sel biasa di bawah lorekan bukanlah "pemanasan sekata di seluruh sel," tetapi pemanasan titik setempat yang kuat.

Sel BC mempunyai banyak simpang PN berselang-seli di belakangnya. Konduksi songsang boleh merebak dengan lebih mudah merentasi pelbagai kawasan dan bukannya tertumpu pada beberapa titik kecacatan.

Jadi arus songsang dalam sel BC mengedar lebih sekata, ketumpatan kuasa setempat kekal lebih rendah, dan suhu titik panas juga kekal lebih rendah.

Kedua, voltan pecahan songsang adalah lebih rendah

Daripada formula kuasa titik panas:

Photspot ≈ ∣Vrev∣ × Imismatch

pada arus ketidakpadanan yang sama, voltan songsang yang lebih rendah bermakna pelesapan kuasa yang lebih sedikit.

Itulah sebabnya voltan pecahan songsang yang rendah sebenarnya boleh bertindak sebagai mekanisme perlindungan dalam senario lorekan.

Berikut adalah contoh mudah.

Katakan arus tali ialah 10A dan satu sel dilindungi dengan teruk.

Jika sel biasa mencapai voltan songsang 15V selepas dilindungi, kuasa yang dilesapkan adalah lebih kurang:

P = 15V × 10A = 150W

Jika sel BC mengapit disebabkan struktur belakangnya dan voltan songsang dihadkan kepada sekitar 6V, kuasa yang dilesapkan adalah lebih kurang:

P = 6V × 10A = 60W

Perbezaannya sangat jelas.

Suhu titik panas sebenar bergantung pada kawasan terlindung, suhu persekitaran, kelajuan angin, enkapsulasi modul, saiz kaca, reka bentuk sel, dan kaedah ujian, jadi anda tidak boleh menilainya dengan satu nombor tetap.

Tetapi dalam beberapa ujian sebenar dan pengalaman lapangan, modul BC biasanya mempunyai suhu titik panas yang lebih rendah daripada modul konvensional. Sebagai contoh, sesetengah modul BC boleh mengekalkan suhu titik panas di bawah kira-kira 120 °C, manakala jenis modul lain mungkin mencapai 160 °C atau lebih tinggi.

Sesetengah sel BC yang direka khas mencapai sesuatu seperti "diod pintasan terbina dalam sel." Ini boleh menurunkan suhu titik panas kepada kira-kira 90 °C manakala modul rujukan berada sekitar 190 °C, menunjukkan bahawa reka bentuk pengaliran songsang teragih ini boleh mengurangkan suhu titik panas dengan ketara.

Adakah Voltan Pecahan Songsang Lebih Rendah Sentiasa Lebih Baik

Adakah voltan pecahan songsang yang lebih rendah sentiasa lebih baik?

Tidak semestinya.

Voltan pecahan songsang yang rendah membantu menurunkan suhu titik panas semasa perlindungan, tetapi ia juga boleh membawa kepada pertukaran reka bentuk.

Jika laluan pengaliran songsang direka dengan buruk, ia boleh meningkatkan kebocoran dan mengurangkan rintangan shunt, yang menjejaskan prestasi penjanaan normal sel.

Jadi sel BC berkecekapan tinggi biasanya perlu mengimbangi dua matlamat:

1. Semasa operasi normal, kekalkan kecekapan tinggi, kebocoran rendah, dan rintangan shunt tinggi;

2. Di bawah pincang songsang perlindungan, bentuk pengaliran songsang yang selamat dan sekata pada voltan yang lebih rendah.

Itulah juga sebab toleransi perlindungan berbeza antara sel BC yang berbeza.

Sesetengah sel BC cenderung kepada kecekapan dan mungkin membina pengasingan yang lebih kuat, jadi voltan pecahan songsangnya lebih tinggi. Yang lain cenderung kepada toleransi perlindungan dan mungkin mereka bentuk laluan pecahan songsang yang lebih rendah dan lebih sekata.

Jadi anda tidak boleh hanya mengatakan "semua sel BC mempunyai toleransi perlindungan yang sama." Cara yang lebih tepat untuk menyatakannya ialah:

sel BC yang direka dengan baik boleh menggunakan struktur simpang PN belakang interdigitatednya untuk mencapai pecahan songsang yang lebih rendah dan lebih sekata, dan ini meningkatkan toleransi teduhan dan titik panas.

Keistimewaan Sel BC Dirumuskan

Keistimewaan sel BC dirumuskan

Secara keseluruhan, kelebihan sel BC di bawah teduhan termasuk:

• Kehilangan penjanaan modul yang lebih kecil di bawah teduhan kawasan kecil, sebelum diod pintasan luaran diaktifkan;

• Ketumpatan kuasa tempatan yang lebih rendah;

• Suhu titik panas yang lebih rendah;

• Margin keselamatan modul yang lebih tinggi.

Maksudnya untuk Aplikasi Modul

Apakah maksudnya untuk aplikasi modul?

Dalam penggunaan sebenar, teduhan sering tidak dapat dielakkan sepenuhnya.

Terutamanya dalam senario teragih, seperti:

• Bumbung kediaman;

• Bumbung komersial dan perindustrian;

• PV balkoni;

• BIPV;

• Pemasangan pelbagai orientasi;

• Tapak yang dikelilingi oleh bangunan kompleks.

Dalam aplikasi ini, modul sering menghadapi teduhan setempat.

Jika sel mempunyai toleransi teduhan yang lebih baik dan suhu titik panas yang lebih rendah, ia bermaksud:

• Keselamatan modul yang lebih baik: suhu titik panas yang rendah mengurangkan penuaan enkapsulasi, kerosakan kepingan belakang, tekanan kaca tempatan, dan risiko elektrik.

• Kebolehpercayaan jangka panjang yang lebih baik: suhu tinggi tempatan mempercepatkan penuaan bahan. Semakin lemah titik panas, semakin stabil modul dari semasa ke semasa.

• Kehilangan penjanaan yang lebih terkawal: apabila teduhan setempat tidak dapat dielakkan, modul BC boleh mengurangkan sebahagian kehilangan kuasa.

• Reka bentuk sistem yang lebih mesra.

Modul BC lebih sesuai untuk bumbung kompleks, persekitaran pemasangan teragih, dan senario pelbagai teduhan.

Ringkasan

Ringkasan

Sel BC menawarkan toleransi teduhan yang lebih baik dan suhu titik panas yang lebih rendah, bukan kerana ia "tidak terjejas oleh teduhan," tetapi kerana ia mempunyai kelebihan dalam struktur dan tingkah laku pincang songsang.

Di bawah teduhan, sel biasa mungkin melihat pecahan songsang tertumpu pada titik kecacatan tempatan, menyebabkan ketumpatan kuasa tempatan yang tinggi dan suhu titik panas yang tinggi.

Struktur simpang PN belakang interdigitated sel BC bertindak seperti pengapit songsang terbina dalam yang teragih. Di bawah teduhan, ia boleh membentuk pengaliran songsang pada voltan songsang yang lebih rendah dan menyebarkan arus songsang dengan lebih sekata, yang mengurangkan kedua-dua kuasa titik panas dan suhu titik panas.

Tetapi perlu diingat, sel BC tidak sepenuhnya kebal terhadap teduhan. Apabila kawasan teduhan terlalu besar, beberapa sel diteduh sepenuhnya, dan voltan subrentetan menjadi cukup negatif, diod pintasan luaran masih akan hidup. Pada ketika itu, output subrentetan yang dipintas akan menurun dengan ketara.

Jadi cara yang lebih tepat untuk menyatakannya:

kelebihan sel BC bukanlah untuk menghapuskan kesan teduhan, tetapi untuk menjadikan kesan itu lebih terkawal. Di bawah teduhan kawasan kecil, ia mengurangkan kehilangan kuasa; di bawah teduhan berat, ia mengurangkan risiko titik panas.

Itulah sebab utama sel BC mempunyai kelebihan dalam persekitaran teduhan yang kompleks.

Pandangan Ooitech

Bahagian yang menarik di sini ialah toleransi teduhan bukan sekadar pilihan reka bentuk sel, ia juga bergantung pada seberapa konsisten corak belakang interdigitated itu dihasilkan semula pada setiap sel dalam satu barisan. Penyimpangan kecil dalam metalisasi, saiz jurang, atau kualiti pasivasi boleh mengubah tingkah laku pecahan songsang yang baru kita huraikan, itulah sebabnya kawalan proses pada barisan modul BC sama pentingnya dengan resipi sel. Ooitech telah menghabiskan masa bertahun-tahun membina barisan pengeluaran modul turnkey untuk modul TOPCon, HPBC, ABC dan jenis BC yang lain, jadi kami memantau tetingkap proses sesentuh belakang ini dengan teliti. Jika anda ingin melihat bagaimana modul ini sebenarnya dibina di lantai kilang, saluran YouTube kami di www.youtube.com/ooitech mempunyai banyak rakaman barisan pengeluaran sebenar yang patut ditonton.