Mengapa Sel Suria BC Menawarkan Toleransi Teduhan yang Lebih Baik dan Suhu Titik Panas yang Lebih Rendah?

Pengenalan Produk

Teduhan adalah salah satu masalah paling biasa dalam pemasangan PV dunia sebenar.

Bayang-bayang pokok, tiang utiliti, habuk, najis burung, salji, malah sudut pemasangan yang tidak rata semuanya boleh menyebabkan teduhan separa. Teduhan bukan sahaja mengurangkan output modul, tetapi juga boleh mencetuskan masalah yang lebih serius: titik panas.

Kebelakangan ini sel solar BC telah menarik banyak perhatian di bumbung teragih, PV balkoni, dan modul premium. Satu sebab besar: Sel BC biasanya mengendalikan teduhan dengan lebih baik, dan ia berjalan pada suhu titik panas yang lebih rendah di bawah teduhan.

Di SNEC, anda sering melihat vendor meneduhkan sebahagian sel dan kemudian menunjukkan toleransi teduhan produk BC mereka dengan melihat seberapa tinggi pam air boleh menyembur.

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

Mari cuba jelaskan dalam bahasa yang mudah.

Mengapa teduhan menyebabkan titik panas?

Sel dalam modul PV biasanya disambung secara siri.

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

Ini bermakna arus melalui keseluruhan rentetan ditetapkan oleh gelung siri bersama. Apabila setiap sel mendapat cahaya penuh, setiap satu menjana kuasa dan semuanya berkelakuan agak konsisten.

Tetapi jika satu sel diteduhkan, arus foto yang dihasilkan boleh menurun. Jika rentetan masih perlu menolak arus yang lebih besar melaluinya, sel yang diteduhkan itu boleh dipaksa ke dalam pincang songsang oleh sel-sel lain yang tidak diteduhkan. Pada ketika itu ia berhenti menjadi penjana dan bertukar menjadi elemen pengguna kuasa.

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

Kita boleh panggil perbezaan ini sebagai arus ketidakpadanan:

Imismatch = Irentetan - Ijana

Jadi kuasa pemanasan titik panas boleh ditulis secara kasar sebagai:

Photspot ≈ ∣Vrev∣ × Imismatch

iaitu:

Photspot ≈ ∣Vrev∣ × (Irentetan - Ijana)

Formula ini menunjukkan isu utama: pada arus rentetan yang sama, semakin tinggi voltan songsang, semakin banyak kuasa yang dibakar oleh sel teduh, dan semakin panas titik panas tersebut.

Jadi salah satu kunci untuk melawan titik panas adalah:

bagaimana untuk menurunkan voltan songsang pada sel teduh, dan menyebarkan haba dengan lebih sekata.

Inilah tepatnya di mana sel BC cemerlang.

Bagaimanakah struktur sel BC berbeza daripada sel biasa?

Sel silikon kristal biasa biasanya mempunyai struktur sentuhan depan-dan-belakang.

Secara ringkas:

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

• arus, setelah dihasilkan di dalam sel, dikumpulkan oleh elektrod depan dan belakang.

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

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

Ini membawa dua faedah langsung:

1. tiada teduhan garisan grid di depan, jadi kawasan penerima cahaya lebih besar;

2. elektrod belakang boleh dibuat berselang-seli, jadi pengumpulan arus lebih seragam.

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 mempunyai banyak kawasan p dan n yang berselang-seli. Di antara kawasan ini terdapat banyak simpang PN pendek yang didopkan berat. Dari pandangan litar, ia tidak lagi berkelakuan seperti satu diod besar, tetapi lebih seperti banyak diod kecil secara selari. Di bawah pincang songsang, simpang PN yang tersebar ini boleh membentuk laluan konduksi songsang yang lebih seragam.

Pada masa yang sama, kerana simpang PN belakang ini pendek dan didopkan berat secara setempat, ia boleh memasuki pecahan 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 n, semakin kuat medan setempat, dan biasanya lebih mudah untuk mendapatkan voltan pecahan songsang yang lebih rendah. Tetapi itu juga boleh membawa kepada pertukaran dalam kebocoran dan rintangan shunt. Jadi toleransi teduhan sel BC bukanlah nombor tetap, ia berkait rapat dengan struktur sel, reka bentuk corak belakang, saiz jurang, kepekatan doping, kualiti pasivasi, dan proses pembuatan.

Mengapa modul BC kehilangan kurang kuasa selepas teduhan?

Apabila modul mendapat teduhan separa, sel yang teduh ditolak ke dalam pincang songsang oleh arus rentetan. Apabila teduhan menjadi lebih teruk, jumlah voltan bahagian rentetan itu terus menurun.

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

Keadaan hidup boleh ditulis sebagai:

Vsubrentetan ≤ -Vf

Vsubstring ialah jumlah voltan bahagian rentetan yang dilindungi oleh diod pintasan;

Vf ialah penurunan voltan ke hadapan diod pintasan.

Untuk bahagian rentetan, jumlah voltannya boleh difahami sebagai:

Vsubrentetan = ∑Vtidak teduh + ∑Vteduh

di mana:

• sel yang tidak teduh masih menghasilkan voltan positif;

• sel yang teduh 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 teduh perlu melebihi jumlah voltan hadapan sel yang tidak teduh yang tinggal, ditambah dengan voltan hidup diod pintasan, sebelum diod pintasan berfungsi.

Kelebihan modul BC ialah, sebelum diod pintasan luaran dihidupkan, struktur simpang PN berselang-seli di belakang sel BC sendiri sudah menyediakan beberapa pengaliran songsang teragih. Ini berkelakuan sedikit seperti diod zener yang dibina ke dalam sel.

Di bawah pincang songsang, struktur simpang PN berselang-seli di belakang sel BC boleh membentuk pengaliran songsang teragih pada voltan yang lebih rendah, yang mengehadkan sejauh mana voltan songsang boleh meningkat. Jadi di bawah teduhan separa, dengan diod pintasan luaran belum dicetuskan, modul BC masih boleh mengekalkan kuasa keluaran yang agak tinggi.

Rajah 2 Lengkung IV modul apabila satu sel dilindungi.

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 teduhan yang lebih baik tidak bermakna kebal terhadap teduhan

Satu salah faham biasa perlu dijelaskan.

Sel BC lebih toleran terhadap teduhan, tetapi itu tidak bermakna teduhan tidak memberi kesan kepada mereka.

Mana-mana sel PV akan menghasilkan kurang kuasa setelah ia dilorek.

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

Setelah diod pintasan diaktifkan, arus akan melalui bahagian rentetan ini. Sel yang tidak dilorek dalam subrentetan ini turut dipintas bersama sel yang dilorek, dan sumbangan mereka kepada output berkurangan dengan ketara. Jadi apabila kawasan berlorek besar, kelebihan penjanaan modul BC juga berkurangan.

Modul BC cenderung mempunyai kelebihan apabila:

• satu sel atau beberapa sel dilorek sebahagian;

• kawasan berlorek dalam setiap subrentetan adalah kecil;

• lorekan adalah pepenjuru, seperti jalur, atau bertaburan setempat;

• diod pintasan luaran belum diaktifkan sepenuhnya.

Sebagai contoh, bayang pepenjuru dari tiang utiliti mungkin meninggalkan setiap subrentetan dengan hanya kawasan berlorek kecil. Dalam kes itu, modul BC biasanya menunjukkan penjanaan toleran lorek yang lebih baik.

Mengapa modul BC berjalan lebih sejuk di titik panas?

Modul BC mempunyai suhu titik panas yang lebih rendah terutamanya kerana dua sebab.

Pertama, arus songsang lebih tersebar

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

• tapak kecacatan setempat;

• tepi sel;

• kawasan metalisasi tidak normal;

• retak mikro atau kawasan tercemar;

• kawasan dengan pasif setempat yang lemah.

Titik-titik ini bertindak seperti titik lemah.

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

Ia seperti memanaskan dua objek dengan jumlah haba yang sama:

• seluruh plat logam;

• titik sebesar jarum.

Yang kedua memanas lebih cepat, tidak dapat dipertikaikan.

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

Sel BC mempunyai banyak simpang PN yang saling bertaut di bahagian belakang. Pengaliran songsang boleh merebak dengan lebih mudah merentasi banyak kawasan dan bukannya bertumpu pada beberapa titik kecacatan.

Jadi taburan arus songsang sel BC lebih seragam, ketumpatan kuasa setempat lebih rendah, dan suhu titik panas juga lebih rendah.

Kedua, voltan pecahan songsang adalah lebih rendah

Anda boleh melihatnya daripada formula kuasa titik panas:

Photspot ≈ ∣Vrev∣ × Imismatch

Pada arus ketidakpadanan yang sama, semakin rendah voltan songsang, semakin kurang kuasa pemanasan.

Itulah sebabnya voltan pecah songsang yang rendah sebenarnya boleh berfungsi sebagai mekanisme perlindungan di bawah teduhan.

Berikut adalah contoh mudah.

Katakan arus rentetan modul ialah 10A, dan satu sel dilindungi dengan teruk.

Jika sel biasa mencapai voltan songsang 15V selepas teduhan, kuasa yang dibakar adalah kira-kira:

P = 15V × 10A = 150W

Jika sel BC mengapit disebabkan struktur belakangnya dan voltan songsang dihadkan kepada sekitar 6V, kuasa yang dibakar adalah kira-kira:

P = 6V × 10A = 60W

Perbezaannya sangat ketara.

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

Namun, dalam beberapa ujian sebenar dan pengalaman lapangan, modul BC biasanya berjalan lebih sejuk pada titik panas berbanding 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", menurunkan suhu titik panas kepada sekitar 90 °C manakala modul rujukan berada hampir 190 °C, yang menunjukkan reka bentuk pengaliran songsang teragih ini boleh mengurangkan suhu titik panas dengan banyak.

Adakah voltan pecahan songsang yang lebih rendah sentiasa lebih baik?

Tidak semestinya.

Voltan pecah songsang yang rendah membantu menurunkan suhu titik panas di bawah teduhan, tetapi ia juga boleh membawa 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, mengekalkan kecekapan tinggi, kebocoran rendah, dan rintangan pintasan tinggi;

2. di bawah pincang songsang akibat teduhan, membentuk pengaliran songsang yang selamat dan seragam pada voltan rendah.

Itu juga sebabnya sel BC yang berbeza berbeza dalam prestasi teduhan.

Sesetengah sel BC cenderung kepada kecekapan, jadi ia mungkin mengasingkan dengan lebih kuat dan berakhir dengan voltan pecah songsang yang lebih tinggi. Yang lain cenderung kepada toleransi teduhan, jadi ia mungkin mereka bentuk laluan pecah songsang yang lebih rendah dan lebih seragam.

Jadi anda tidak boleh hanya mengatakan "semua sel BC bertolak ansur dengan teduhan sama". Pernyataan yang lebih tepat ialah:

sel BC yang direka dengan baik boleh mencapai kerosakan songsang yang lebih rendah dan lebih seragam melalui struktur simpang PN interdigitated belakangnya, yang meningkatkan toleransi teduhan dan titik panas.

Ringkasan kelebihan sel BC

Secara keseluruhan, kelebihan sel BC di bawah teduhan termasuk:

• kurang kehilangan kuasa modul 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.

Apakah maksudnya untuk aplikasi modul?

Dalam amalan, teduhan sering tidak dapat dielakkan sepenuhnya.

Terutamanya dalam senario teragih, seperti:

• bumbung kediaman;

• bumbung komersial dan perindustrian;

• PV balkoni;

• BIPV;

• pemasangan pelbagai orientasi;

• tapak dengan bangunan sekeliling yang kompleks.

Dalam aplikasi ini, modul mungkin sering mendapat teduhan separa.

Jika sel lebih tahan teduhan dan berjalan lebih sejuk di titik panas, itu bermakna:

• Keselamatan modul yang lebih baik: suhu titik panas yang lebih rendah mengurangkan penuaan enkapsulan, kerosakan lembaran 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 separa 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.

Kesimpulan

Sel BC lebih tahan teduhan dan berjalan lebih sejuk di titik panas, terutamanya bukan kerana mereka 'tidak terjejas oleh teduhan', tetapi kerana mereka mempunyai kelebihan dalam struktur dan tingkah laku pincang songsang.

Dengan sel biasa di bawah teduhan, kerosakan songsang mungkin tertumpu pada titik kecacatan tempatan, menyebabkan ketumpatan kuasa tempatan yang tinggi dan suhu titik panas yang tinggi.

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

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

Jadi dengan lebih tepat:

Kelebihan sel BC bukanlah menghilangkan kesan teduhan, tetapi menjadikannya lebih terkawal. Di bawah teduhan kawasan kecil ia boleh mengurangkan kehilangan kuasa; di bawah teduhan berat ia boleh mengurangkan risiko titik panas.

Itulah sebab asas sel BC berprestasi lebih baik dalam persekitaran teduhan yang kompleks.

Pandangan Ooitech

Apa yang benar-benar menarik perhatian kami di sini ialah kelebihan teduhan BC terletak pada langkah metalisasi sentuhan belakang, bukan pada bahan ajaib, yang bermaksud barisan modul perlu mencapai toleransi ketat pada corak interdigitated untuk benar-benar mendapat kerosakan balikan yang rendah dan sekata itu. Pada barisan pengeluaran, kami telah melihat fizik yang sama berlaku dalam ujian EL dan titik panas, di mana corak belakang yang tidak sekata muncul sebagai titik kerosakan yang tersebar jauh sebelum modul melihat bayang. Jika anda suka analisis terperinci seperti ini tentang apa yang berlaku antara sel dan modul siap, saluran YouTube kami di www.youtube.com/ooitech mempunyai lebih banyak dari dalam kilang solar sebenar.