Conținut:
- De ce se taie celulele solare?
- Principiile tăierii
- Avantajele panourilor tăiate în 1/3 față de cele tăiate în jumătate
- De ce nu produc producătorii celule solare tăiate în 1/4 sau chiar 1/5?
- Concluzie
De ce se taie celulele solare?
Dar de ce a devenit tăierea celulelor solare un subiect popular doar recent în industrie? Un motiv este creșterea dimensiunii plăcilor de siliciu de la 156mm (M1) la 161,7mm (M4). Această creștere de dimensiune a sporit suprafața și curentul plăcii cu aproximativ 7%, dar a crescut și pierderile electrice cu 15%. Acest lucru a determinat industria să caute modalități de reducere a pierderilor legate de curent. În plus, tăierea celulelor poate reduce pierderile de umbrire din electrozii metalici ai celulei și poate crește numărul de bare de bus, ceea ce ajută la îmbunătățirea fluxului de curent.
În plus, progresele în procesele de fabricație a placilor și celulelor permit acum screening-ul celulelor de dimensiuni complete fără a fi necesară re-măsurarea celulelor tăiate după divizare. Acest lucru optimizează procesul de producție, făcându-l mai eficient și mai rentabil.
În concluzie, tăierea celulelor solare în bucăți mai mici contribuie la creșterea puterii și eficienței panourilor solare, satisfăcând cererea în creștere pentru soluții energetice solare de înaltă performanță.
Principiile tăierii
1. Procesul de tăiere
- Îndreptarea inelului de siliciu: Procesarea inelului de siliciu într-un bloc care îndeplinește specificațiile necesare.
- Tăierea și șlefuirea blocului de siliciu: Îndepărtarea extremităților și aplatizarea, șanfrenarea și rotunjirea blocului de siliciu.
- Lipirea blocului de siliciu: Lipirea blocului de siliciu pe o placă de lucru în pregătirea pentru tăierea cu sârmă.
- Tăierea blocului de siliciu: Utilizarea unei fierăstraie cu sârmă multiplă pentru a tăia blocul de siliciu în foi subțiri de siliciu.
- Curățarea feliilor de siliciu: Curățarea suprafeței feliilor de slurry prin pre-curățare, introducere și curățare cu ultrasunete.
- Sortarea și ambalarea feliilor de siliciu: Clasificarea feliilor conform standardelor și ambalarea lor pentru depozitare.
2. Tehnici de tăiere
(1) LSC - Laser Scribing and Cleaving (Tăiere cu laser și despărțire)
Această tehnică se bazează pe tehnologia de ablație cu laser. Tehnologia celulelor tăiate pe jumătate folosește în mod obișnuit tăierea cu laser, în care celulele solare de dimensiuni standard sunt tăiate vertical în lungul barelor principale de conexiune în două jumătăți egale. Aceste jumătăți sunt apoi interconectate prin sudură pentru conexiune în serie. Iată cum funcționează:
Proces: Un laser creează linii de scribe pe întreaga lungime a marginilor celulei tăiate pe jumătate. În unele cazuri, scribing-ul nu separă complet celula, ci lasă o crestătură de aproximativ jumătate din grosimea celulei. Celula este apoi ruptă mecanic de-a lungul acestor linii de scribe.
Avantaje: Această metodă evită crearea de căi de scurtcircuit în joncțiunea p-n prin efectuarea scribing-ului din spatele celulei. Pentru celulele cu emițător pasiv și contact posterior (PERC) cu un strat metalic complet pe partea din spate, crearea unei mici deschideri pe partea din spate nu cauzează pierderi de putere.
Inovații: Fraunhofer CSP a dezvoltat și brevetat o versiune avansată a tehnicii LSC. Aceasta implică aplicarea scribing-ului cu laser pe celule solare ușor îndoite, realizând un proces într-o singură etapă în care scribing-ul și ruperea au loc în aceeași stație.
(2) TMC - Thermal Mechanical Cleaving (Despărțire termică mecanică)
Spre deosebire de LSC, TMC nu folosește tehnici de ablație care pot cauza microfisuri. În schimb, aplică un gradient termic concentrat de-a lungul marginii celulei tăiate pe jumătate, inducând tensiuni mecanice localizate care duc la crăpare.
Proces: Prin aplicarea unui gradient termic, materialul este supus unei tensiuni mecanice locale care duce la crăpare fără ablație a materialului.
Avantaje: Procesele TMC nu implică ablație și reduc efectele laterale termice generale, minimizând daunele structurale la placile de siliciu când parametrii de proces sunt optimizați.
Inovație: Unele echipamente pentru celulele tăiate pe jumătate TMC sunt deja disponibile comercial sau în dezvoltare. Producătorii remarcabili includ 3D-Micromac AG și Innolas Solutions GmbH din Germania.
În rezumat, tăierea celulelor solare implică o serie de pași precisați pentru a asigura o performanță și eficiență optimă. Tehnicile LSC și TMC oferă avantaje diferite și pot fi alese în funcție de nevoile specifice și capacitățile de fabricație.
Avantajele panourilor tăiate în 1/3 față de cele tăiate în jumătate
1. Reducerea pierderilor de rezistență și creșterea puterii de ieșire
Una dintre sursele pierderilor de putere în panourile solare este pierderea de rezistență, care apare în timpul transmisiei curentului. Celulele solare folosesc bare de bus pentru a se conecta la firele și celulele adiacente, iar curentul care curge prin aceste bare de bus cauzează o anumită pierdere de energie. Prin tăierea celulelor solare în jumătate, curentul produs de fiecare celulă este redus la jumătate, rezultând pierderi mai mici de rezistență pe măsură ce curentul circulă prin celule și firele panoului solar.
Folosind formula pentru pierderile de putere electrică P=I^2R, când curentul este redus la o treime din valoarea sa originală, pierderea de putere este redusă semnificativ. Cu celulele tăiate în 1/3, curentul este doar o treime din celula originală, comparativ cu jumătate în celulele tăiate în jumătate. Acest lucru reduce și mai mult rezistența în serie a celulelor, minimizând pierderile de energie și, implicit, crescând puterea și eficiența de ieșire a modulelor solare.
2. Reducerea efectului de punct fierbinte
În modulele tradiționale cu celule de dimensiune completă, dacă o celulă este umbrită, poate crea un punct fierbinte, ceea ce duce la degradarea performanței sau chiar la deteriorarea celulei. Tehnologia cu celule tăiate în 1/3 reduce riscul de puncte fierbinți prin creșterea numărului de celule și implicit prin reducerea curentului în fiecare celulă. Cu o distribuție mai uniformă a căldurii și efecte reduse ale punctului fierbinte, modulele tăiate în 1/3 au o durată de viață extinsă și o fiabilitate mai mare pe termen lung.
3. Creșterea Factorului de Umplere
Factorul de umplere (FF) este o măsură a calității unei celule solare. Acesta reprezintă puterea disponibilă la punctul de putere maximă (Pm) împărțită la tensiunea circuitului deschis (VOC) și curentul circuitului scurt (ISC):
Factorul de umplere este direct afectat de valorile rezistențelor în serie și paralel (rezistența serie - Rs și rezistența paralel - Rsh) ale celulei și de pierderile de diode. Creșterea rezistenței paralele (Rsh) și reducerea rezistenței serie (Rs) conduc la un factor de umplere mai mare, astfel îmbunătățind eficiența și aducând puterea de ieșire a celulei mai aproape de valoarea sa maximă teoretică.
Tehnologia celulelor tăiate în 1/3 îmbunătățește gestionarea curentului, sporește factorul de umplere al modulului și, prin urmare, performează mai bine în condiții reale de operare.
4. Toleranța îmbunătățită la umbrire
Comparativ cu celulele de dimensiune completă, celulele tăiate în jumătate demonstrează o mai mare rezistență la efectele umbrei. Aceasta nu se datorează celulelor în sine, ci metodei de cablare folosite pentru conectarea celulelor tăiate în jumătate în cadrul panoului. În panourile solare tradiționale construite cu celule de dimensiune completă, celulele sunt conectate în serie, astfel încât umbrirea unei celule dintr-o serie poate opri întreaga rândul din a genera energie. Un panou standard are în mod tipic 3 rânduri de celule conectate independent, astfel încât umbrirea unei celule într-un rând elimină jumătate din puterea totală a panoului.
Similar, celulele tăiate în jumătate sunt, de asemenea, conectate în serie, dar panourile realizate cu celule tăiate în jumătate au de două ori mai multe celule (120 în loc de 60), rezultând în dublul numărului de rânduri independente de celule. Această configurație de cablare reduce pierderile de putere în panourile construite cu celule tăiate în jumătate atunci când o singură celulă este umbrită, deoarece umbrirea unei celule poate elimina doar o șaseime din puterea totală a panoului.
Prin extensie, celulele tăiate în 1/3 prezintă o sensibilitate chiar mai redusă la umbrire locală în comparație cu celulele tăiate în jumătate. Chiar dacă unele segmente ale celulelor sunt umbrite, producția totală de energie rămâne în mare măsură neafectată, asigurând o eficiență generală mai ridicată în generarea de electricitate.
5. Creșterea competitivității pe piață
Performanța și eficiența îmbunătățite ale modulelor cu celule tăiate în 1/3 le fac mai competitive pe piață, capabile să îndeplinească cerințele piețelor de top și ale aplicațiilor specializate. Această îmbunătățire reduce costurile de expediere, oferind astfel beneficii economice mai mari.
Cu o putere de ieșire mai mare pe modul, sunt necesare mai puține module pentru a produce energia electrică necesară pentru instalațiile solare montate la sol și pe acoperiș. Această reducere a numărului de module contribuie la minimizarea spațiului necesar pentru instalare. Pentru fermele solare de mari dimensiuni, necesarul redus de spațiu ajută la diminuarea terenului necesar pentru înființarea facilităților fotovoltaice solare. Aceasta, la rândul său, reduce costurile de investiții de capital pentru dezvoltatorii de energie solară, deoarece terenul reprezintă o investiție semnificativă inițială pentru construirea centralelor solare de mare amploare.
De ce nu produc producătorii celule solare tăiate în 1/4 sau chiar 1/5?
În timp ce modulele tăiate în 1/4 și 1/5 ar putea oferi o putere de ieșire ușor mai mare pe modul, optimizarea unei soluții energetice implică luarea în considerare complexităților suplimentare de fabricație.
În mod specific, includerea mai multor tăieturi de celule solare necesită diode de derivare suplimentare pentru protecția circuitului în cadrul modulului. Acest lucru crește utilizarea materiilor prime, ceea ce duce la costuri suplimentare și la extinderea timpilor de producție. În soluțiile solare rezidențiale axate pe reducerea costurilor alături de eficiență, menținerea modulelor compacte și simplificate este avantajoasă. Celulele solare tăiate în 1/3, care necesită doar trei diode de derivare, găsesc un echilibru între accesibilitate și performanță îmbunătățită pentru utilizatorii finali. Acest design minimizează, de asemenea, riscurile asociate cu upgrade-urile viitoare, maximizând în același timp capacitățile actuale de eficiență.
Concluzie
Celulele solare tăiate în 1/3, în comparație cu cele tăiate în jumătate, îmbunătățesc semnificativ performanța și eficiența generală a modulelor panourilor solare prin reducerea suplimentară a curentului și rezistenței, minimizarea pierderilor de putere, optimizarea distribuției căldurii și îmbunătățirea fiabilității componentelor. Aceste avantaje fac tehnologia tăierii în 1/3 mai atractivă pentru aplicații de înaltă performanță și scenarii specifice. În ciuda procesului de fabricație mai complex, îmbunătățirile în performanță și beneficiile economice adesea depășesc aceste costuri suplimentare.
Maysun Solar s-a specializat în producția de module fotovoltaice de înaltă calitate începând din 2008. În plus față de Stația de Energie Solară pentru Balcoane, Maysun Solar oferă o varietate largă de panouri solare în culori complet negre, cu ramă neagră, argintii și sticlă-sticlă, care utilizează tehnologii precum tăierea în jumătate, MBB (Multi Busbar), IBC (Interdigitated Back Contact) și HJT (Heterojunction Technology). Aceste panouri oferă performanțe superioare și designuri elegante care se integrează perfect în orice clădire. Maysun Solar a stabilit cu succes birouri, depozite și relații pe termen lung cu instalatori excelenti în numeroase țări! Vă rugăm să ne contactați pentru cele mai recente oferte de module sau pentru orice întrebări legate de fotovoltaice. Suntem încântați să vă asistăm.
Referințe:
Sharma, N. (2024, 15 martie). Half-Cut Solar Cells- Are they Worth the Hype? Ornate Solar. https://ornatesolar.com/blog/why-should-you-choose-half-cut-cell-modules-for-your-solar-projects
Trina Solar. (2022, 31 octombrie). What’s the big hype about 1⁄3-Cut solar cells？https://www.trinasolar.com/us/resources/blog/third-cut-solar-cells
Contribuitori Wikipedia. (2024, 21 aprilie). Eficiența celulelor solare. Wikipedia. https://en.wikipedia.org/wiki/Solar-cell_efficiency
vă poate plăcea și: