Din ce sunt fabricate panourile solare și cum funcționează?

Cuprins:

1. Introducere
2. Ce sunt panourile solare?
3. Cum funcționează panourile solare?
4. Care sunt principalele componente ale panourilor solare?
5. Concluzie

Introducere

Odată cu creșterea globală a cererii de energie și conștientizarea tot mai mare a protecției mediului, energia solară a câștigat o atenție semnificativă ca sursă de energie curată și regenerabilă. Panourile solare sunt componentele esențiale ale sistemelor de energie solară, convertind lumina solară în electricitate pentru a oferi energie durabilă. Acest articol va oferi o introducere detaliată în componentele și funcțiile cheie ale panourilor solare, ajutând cititorii să înțeleagă mai bine compoziția și caracteristicile acestora.

Ce sunt panourile solare?

Panourile solare sunt dispozitive care convertesc energia solară în electricitate. Acestea constau din multiple celule solare, care folosesc efectul fotovoltaic pentru a transforma energia solară în energie electrică. Panourile solare sunt printre cele mai critice părți ale unui sistem de generare a energiei solare. Structura tipică a acestor module include (de sus în jos): sticlă—film EVA—celule solare—film EVA—foaie de fund sau sticlă, fixate cu un cadru din aliaj de aluminiu.
În plus, materialele auxiliare includ sticlă PV, film de încapsulare, benzi de lipit, foi de fund, silicon de etanșare, gel de etanșare pentru cutia de joncțiune AB, cutii de joncțiune și cadre.

Cum funcționează panourile solare

Panourile solare colectează energie curată și regenerabilă din lumina solară și o transformă în electricitate, care este apoi utilizată pentru alimentarea încărcăturilor electrice. Panourile solare sunt alcătuite din multiple celule solare individuale, fiecare compusă din straturi de siliciu, fosfor (care oferă încărcătură negativă) și bor (care oferă încărcătură pozitivă). Panourile solare absorb fotoni (particule de lumină), generând un curent electric. Când fotonii lovesc suprafața panoului solar, ei transferă energia lor către electroni, determinându-i să se desprindă din orbitele lor atomice și să intre în câmpul electric creat în interiorul celulei solare. Acești electroni eliberați sunt apoi atrași într-un curent direcțional, formând ceea ce este cunoscut sub numele de efect fotovoltaic.

Care sunt principalele componente ale panourilor solare?

1. Celule solare

Celulele solare sunt unele dintre componentele de bază ale panourilor solare, responsabile de conversia luminii solare în energie electrică. Acestea realizează acest lucru prin efectul fotovoltaic, unde fotonii luminii solare care lovesc suprafața celulei solare excită electronii, generând un curent electric care determină fluxul electronilor prin circuite.

(1) Tipuri de celule solare

Celulele solare sunt în principal categorisite în trei tipuri, în funcție de materialele și procesele de fabricație: celule solare din siliciu monocristalin, celule solare din siliciu policristalin și celule solare cu strat subțire. Celulele din siliciu monocristalin sunt utilizate pe scară largă datorită cristalinității lor ridicate și mobilității electronice bune. Pe de altă parte, celulele din siliciu policristalin sunt preferate pentru costurile lor mai scăzute și procesele de producție simplificate. Celulele solare cu strat subțire utilizează diverse materiale, cum ar fi siliciul amorf, seleniura de cupru indiu galiu (CIGS) și altele, oferind avantaje precum greutatea redusă, flexibilitatea și eficiența costurilor, făcându-le potrivite pentru aplicații specifice.

(2) Tehnologiile principale ale celulelor solare și starea actuală

Celulele solare sunt componentele esențiale ale generării de energie fotovoltaică, iar rutele tehnologice și nivelurile de proces ale acestora influențează direct eficiența și durata de viață a modulelor fotovoltaice. Pe baza elementelor de dopaj și a proceselor de fabricație, tipurile principale de celule solare dezvoltate și produse pe piață pot fi categorisite larg în patru tipuri: PERC, TOPCon, HJT și IBC.

a. PERC

Celulele PERC (Passivated Emitter and Rear Cell) utilizează tehnologia pasivării emițătorului și a spatelui celulei, având ca substrat un wafer de siliciu de tip P pentru emițătorul celulei. Această tehnologie, pionierată de omul de știință australian Martin Green în 1983, îmbunătățește eficiența de conversie prin adăugarea unui strat de pasivare pe partea din spate a celulei. Prin maximizarea gradientului potențial peste joncțiunea P-N, celulele PERC stabilizează fluxul de electroni, reduc recombinarea electronilor și ating niveluri de eficiență mai mari comparativ cu structurile standard ale celulelor.

b. IBC

Celulele IBC (Interdigitated Back Contact) nu au linii de grilă metalice pe partea frontală. Emițătorul și câmpul din spate sunt integrate într-un model de grilă încrucișată pe spatele celulei, evitând umbrirea din partea liniilor de grilă metalice. Combinate cu structuri piramidale și straturi antireflexie pe ambele suprafețe frontale și din spate, acest design unic maximizează utilizarea luminii și îmbunătățește semnificativ eficiența de conversie fotovoltaică a celulelor solare IBC.

c. TOPCon

Celulele TOPCon (Tunnel Oxide Passivated Contact) utilizează o structură de contact pasivată, în care un strat ultra-subțire de dioxid de siliciu este pregătit pe spatele celulei, urmat de un strat de siliciu dopat. Împreună, acestea formează o structură de contact pasivată cunoscută sub numele de tehnologia TOPCon. Stratul ultra-subțire de oxid permite purtătorilor minoritari să tunelizeze în stratul de siliciu policristalin, blocând în același timp recombinarea purtătorilor majoritari, îmbunătățind transportul lateral al electronilor și colectarea acestora de către contactele metalice. Acest lucru reduce semnificativ ratele de recombinare și astfel îmbunătățește eficiența de conversie a celulei.

d. HJT

Celulele HJT (Heterojunction with Intrinsic Thin-layer) sunt cunoscute și sub denumirea de celule heterojoncțiune. Dezvoltate inițial de Sanyo Electric (acum Panasonic) în 1990 și marcate comercial ca HIT, companiile care au intrat ulterior pe piața heterojoncțiunii au adoptat diferite denumiri, cum ar fi HJT, SHJ și HDT, pentru a evita disputele de brevet. Spre deosebire de celulele PERC și TOPCon, care utilizează dopajul aceluiași material (siliciu cristalin), celulele HJT utilizează dopajul a două materiale diferite (siliciu cristalin și siliciu amorf). Aceasta formează o joncțiune PN între waferul de siliciu și stratul de siliciu amorf, reducând recombinarea purtătorilor la joncțiunea PN și astfel îmbunătățind eficiența de conversie a celulei solare.

Aceste tehnologii reprezintă progrese semnificative în eficiența celulelor solare și sunt esențiale în dezvoltarea continuă a modulelor fotovoltaice de înaltă performanță.

2. Materialul de încapsulare frontală - Sticla panourilor solare

Panourile solare sunt dispozitive cruciale care convertesc energia solară în electricitate, iar structura și selecția materialelor lor impactează direct eficiența și durata de viață. În panourile solare, materialul de încapsulare frontală este de obicei sticla, folosită în principal pentru a proteja celulele solare interne, în timp ce îmbunătățește performanța generală a panoului.

Tipuri de sticlă pentru panouri solare

• Sticla ultra-transparentă: Cunoscuta și sub denumirea de sticlă cu conținut scăzut de fier, are o transmisie a luminii extrem de ridicată (până la 91%-93%) și este utilizată pe scară largă în panourile solare de înaltă eficiență. Sticla ultra-transparentă are un conținut foarte scăzut de fier, reducând absorbția luminii și îmbunătățind transmisia luminii.
• Sticla temperată: Sticla întărită prin metode fizice sau chimice are o rezistență și o rezistență la impact ridicată. Chiar dacă se sparge, se rupe în bucăți mici granulare, reducând deteriorarea celulelor solare. Sticla temperată este utilizată frecvent în panourile solare care necesită o rezistență mecanică ridicată.
• Sticla semi-temperată: Sticla semi-temperată are niveluri de stres între sticla plană obișnuită și sticla complet temperată, variind între 24MPa și 52MPa. Deși are o rezistență la impact mai mică, are o planeitate ridicată și nu prezintă tensiuni interne, făcând-o potrivită pentru procesarea prin laminare în producția de panouri solare, astfel îmbunătățind randamentul și calitatea.
• Sticla acoperită: Sticla cu un strat subțire special aplicat pe suprafață, care reduce reflexia, crește transmisia luminii și oferă funcții anti-murdărire și impermeabile. Este potrivită pentru panourile solare în condiții de mediu speciale.

Funcțiile și rolurile sticlei panourilor solare

Ca o componentă critică care acoperă celulele solare, sticla panourilor solare îndeplinește multiple funcții cruciale care impactează direct performanța și durabilitatea întregului modul de panouri solare.

• Transmisie ridicată a luminii: Sticla PV de înaltă calitate are de obicei o transmisie a luminii peste 90%, asigurând ca mai multă lumină solară să ajungă la celulele solare prin sticlă, sporind astfel eficiența de conversie fotovoltaică.
• Rezistența la intemperii: Sticla PV trebuie să funcționeze pe termen lung în diverse condiții de mediu, necesitând o rezistență ridicată la intemperii pentru a menține performanțe stabile în medii dure precum temperaturi ridicate, temperaturi scăzute, umiditate și expunere la UV, fără îmbătrânire, decolorare sau defecțiuni.
• Rezistență mecanică: Utilizarea sticlei temperate cu rezistență ridicată și rezistență la impact poate rezista presiunilor externe, cum ar fi încărcarea vântului, încărcarea zăpezii și grindina, asigurând siguranța și utilizabilitatea pe termen lung.
• Conținut scăzut de fier: Sticla cu conținut scăzut de fier (sticla ultra-transparentă) are un conținut foarte scăzut de fier, reducând absorbția luminii și îmbunătățind transmisia luminii, îmbunătățind semnificativ eficiența de conversie fotovoltaică.
• Strat anti-reflectiv: Adăugarea stratului anti-reflectiv reduce pierderile de reflexie a luminii, crescând și mai mult transmisia luminii, astfel încât mai multă lumină să pătrundă în celulele solare, îmbunătățind astfel eficiența globală de conversie fotovoltaică.

3. Film de încapsulare pentru panouri solare

Film de încapsulare este un material crucial în ambalarea modulelor fotovoltaice (PV) și esențial pentru durata de viață a modulului. Acesta sigilează și leagă pentru a proteja celulele interne ale modulului. Filmele de încapsulare includ EVA, POE și EPE co-extrudat.

EVA: Filmul EVA este unul dintre cele mai utilizate materiale de încapsulare, fiind deosebit de potrivit pentru încapsularea modulelor PERC de tip P cu monocristalin. Acest material este rentabil, oferă o bună procesabilitate și are o viteză rapidă de reticulare, protejând eficient celulele de impactele de mediu. În funcție de nevoi specifice, pot fi alese diferite tipuri de EVA, cum ar fi EVA cu transparență ridicată pentru față, EVA cu tăiere mare pentru spate sau EVA alb realizat cu dioxid de titan.

POE: Filmul POE este utilizat în principal pentru încapsularea modulelor PV cu dublu- sticlă și N-type. Comparativ cu EVA, POE prezintă proprietăți superioare, inclusiv permeabilitate scăzută la apă, rezistență la hidroliză, rezistență la îmbătrânire și rezistență excelentă la PID (Potential Induced Degradation). Cu toate acestea, suprafața sa netedă îl face susceptibil la deplasare și crește dificultatea procesării, rezultând în costuri mai mari.

EPE co-extrudat: Filmul EPE co-extrudat combină buna procesabilitate a EVA cu rezistența excelentă la PID și rezistența la vapori de apă a POE. Acest material este utilizat în mod obișnuit în modulele cu celule Topcon de tip N și modulele cu dublu sticlă, oferind un echilibru între performanță și rentabilitate.

Caracteristicile cheie ale filmelor de încapsulare pentru panouri solare

În panourile solare, filmele de încapsulare trebuie să posede mai multe caracteristici cheie pentru a asigura eficacitatea și fiabilitatea lor în procesul de conversie fotovoltaică:

• Transparență ridicată: Transparența filmelor de încapsulare trebuie să fie cât mai mare posibil pentru a permite penetrarea maximă a luminii solare, sporind astfel eficiența conversiei fotovoltaice. În general, cerința de transparență este de peste 95%.
• Pierderi optice reduse: Filmele de încapsulare ar trebui să minimizeze pierderile optice pentru a reduce absorbția și dispersia luminii în cadrul filmului. Pierderile optice includ în principal pierderi de absorbție și dispersie.
• Aderență excelentă: Filmele de încapsulare trebuie să prezinte o aderență puternică la materiale precum sticla, celulele și foliile de fund, asigurând robustețea și fiabilitatea modulului. Rezistența la legătură dintre filmul de încapsulare și celule trebuie să fie suficientă pentru a rezista la stresul mecanic în timpul funcționării modulului.
• Rezistență mecanică bună: Filmele de încapsulare trebuie să aibă o rezistență mecanică adecvată pentru a rezista la sarcinile mecanice în condiții de mediu dure, cum ar fi vântul, zăpada și grindina.
• Izolație electrică excelentă: Filmele de încapsulare trebuie să prevină eficient scurgerile și accidentele electrice, asigurând siguranța și fiabilitatea sistemului PV. Tensiunea de străpungere și rezistivitatea volumetrică a filmului de încapsulare trebuie să îndeplinească cerințele standardelor relevante.

4. Backsheet-ul și Sticla de Fund a Panourilor Solare

În encapsularea părții posterioare a modulelor fotovoltaice (PV), materialele includ în principal backsheet-ul și sticla de fund, jucând un rol crucial în protejarea și optimizarea performanței modulului.

Backsheet-ul:

Situat pe partea posterioară a panourilor solare, backsheet-ul are funcția principală de a proteja celulele solare interne și materialele de încapsulare de coroziunea și daunele externe ale mediului, asigurând funcționarea stabilă pe termen lung a modulului. Materialele comune pentru backsheet-uri includ Fibra de Sticlă armată cu Plastic (FRP) și backsheet-uri din Peliculă de Poliester. Backsheet-urile FRP oferă rezistență ridicată și rezistență la intemperii, fiind potrivite pentru diverse condiții de mediu. Backsheet-urile din peliculă de poliester sunt ușoare și posedă o bună flexibilitate și proprietăți mecanice.

Backsheet-urile constau în mod tipic dintr-o structură cu trei straturi, care cuprinde un strat exterior, un strat intermediar (de obicei substrat PET) și un strat interior. Diverse tipuri de backsheet-uri acoperite, inclusiv FPF, KPF, PPF și PF, oferă caracteristici diferite, cum ar fi acoperirile cu fluor (F sau C) și filmele PVDF (K) care îmbunătățesc rezistența la intemperii și proprietățile anti-îmbătrânire. Aceste structuri stratificate și acoperiri protejează eficient componentele interne ale modulului de lumină, umiditate, căldură și condiții de îngheț, asigurând stabilitatea și fiabilitatea acestuia în diverse setări de mediu.

Sticla de Fund:

Sticla de fund este materialul de sticlă care acoperă backsheet-ul în panourile solare. Rolul său principal este de a proteja structura posterioară și de a maximiza transmiterea luminii pentru a îmbunătăți eficiența conversiei fotovoltaice a modulului. Sticla de fund are, de asemenea, o excelentă rezistență la abraziune, rezistență la intemperii și rezistență la coroziune, făcând-o potrivită pentru utilizare pe termen lung în diverse condiții de mediu.

Sticla de fund utilizează în mod tipic sticlă fotovoltaică ultra-transparentă, cu conținut scăzut de fier și semi-temperată. Aceasta vine în diferite grosimi (cum ar fi 2.0mm și 1.6mm) și designuri cu sau fără grilă pentru a satisface cerințele diferitelor aplicații. Caracteristicile sale includ rate extrem de scăzute de transmitere a vaporilor de apă, care previn problemele de delaminare a backsheet-ului induse de umiditate. În plus, aceasta are proprietăți de izolare ridicate, sprijinind cerințele de tensiune ale sistemului.

5. Cadrul Panoului Solar:

Cadrul panoului solar este un accesoriu esențial al modulului, utilizat în principal pentru a proteja marginile sticlei panoului solar, a îmbunătăți performanța de etanșare a modulului și a crește rezistența mecanică, având un impact semnificativ asupra duratei de viață a modulului. Fiind o componentă crucială în modulul fotovoltaic, cadrele din aliaj de aluminiu au dominat piața datorită rezistenței lor ridicate, robusteții, conductivității bune, rezistenței la coroziune, rezistenței la oxidare, rezistenței puternice la tracțiune, ușurinței de transport și instalare, și a reciclabilității ușoare. Aceste proprietăți excelente au permis cadrelor din aliaj de aluminiu să mențină o rată de penetrare a pieței de peste 95%, evoluând alături de industria fotovoltaică de-a lungul anilor.

Cadrul panoului solar este un accesoriu de valoare ridicată în structura costurilor modulelor fotovoltaice, unde costurile celulelor constituie aproximativ 55%. Cu dimensiunile și greutățile actuale standard ale cadrelor de aluminiu, cadrul panoului solar reprezintă aproximativ 13% din costul total, mai mare decât alte accesorii precum EVA, sticla, backsheet-ul și panglicile. Este accesoriul cu cel mai mare cost. Pe lângă cadrele tradiționale din aliaj de aluminiu, există și cadre din aliaj de aluminiu-magneziu cu costuri reduse și cadre din materiale compozite pe piață. Totuși, datorită limitărilor în aparență și rezistență la coroziune, aceste materiale nu au devenit alegeri principale.

6. Cutia de Conexiuni:

Cutia de conexiuni este un conector situat între array-ul de celule fotovoltaice care formează panoul solar și dispozitivul de control al încărcării solare. Funcția sa principală este de a conecta electricitatea generată de celulele fotovoltaice solare la circuitele externe. Cutia de conexiuni este lipită de backsheet-ul modulului cu silicon. Firele de ieșire din interiorul modulului sunt conectate împreună prin cablarea internă a cutiei de conexiuni, care apoi conectează cablarea internă la cablurile externe, asigurând conexiunea modulului la cablurile externe.

Cutia de conexiuni a modulului fotovoltaic este o componentă critică de conexiune electrică. Structura sa principală include un carcasă cu o placă de circuite imprimate în interior. Placa de circuite imprimate are N terminale de conexiune a barelor colectoare și două terminale de conexiune a cablurilor. Fiecare terminal de conexiune a barelor colectoare este conectat în serie cu șirurile de celule fotovoltaice solare prin bare colectoare, iar terminalele de conexiune a barelor colectoare adiacente sunt conectate prin diode. Comutatoarele electronice sunt conectate în serie între terminalele de conexiune a barelor colectoare și terminalele de conexiune a cablurilor, controlate de semnalele de control primite pentru a le porni sau opri. Terminalul de conexiune a N-ului barelor colectoare este conectat la al doilea terminal de conexiune a cablurilor. Cele două terminale de conexiune a cablurilor sunt conectate la exterior prin cabluri, și un condensator de bypass este, de asemenea, plasat între cele două terminale de conexiune a cablurilor.

În concluzie:

Pe scurt, un modul fotovoltaic solar include componente esențiale precum celule fotovoltaice, folie de protecție, sticlă, materiale de închidere, cadru și cutie de joncțiune. Fiecare componentă joacă un rol crucial în asigurarea performanței generale și durabilității. Celulele fotovoltaice sunt nucleul, responsabile de conversia energiei solare în electricitate; folia de protecție și sticla asigură protecție și transparență; materialele de închidere garantează etanșeitatea și durabilitatea; în timp ce cadrul și cutia de joncțiune facilitează fixarea modulului, instalarea și conducția electrică. Sinergia dintre aceste componente permite modulelor fotovoltaice să funcționeze eficient și fiabil, îndeplinind diverse nevoi de aplicație.

Începând din 2008, Maysun Solar s-a angajat să producă panouri solare de cea mai înaltă calitate. Explorați gama noastră largă de panouri solare TOPCon, IBC și HJT disponibile în configurații argintii, negre, cu ramă neagră și sticlă-sticlă. Panourile noastre nu sunt doar extrem de eficiente, ci și plăcute estetic, îmbunătățind aspectul oricărei clădiri. Cu birouri și depozite stabilite și parteneriate cu cei mai buni instalatori la nivel global, Maysun Solar este alegerea de încredere. Pentru orice întrebări despre panouri solare sau pentru a primi cele mai recente oferte, nu ezitați să ne contactați. Suntem aici pentru a vă ajuta.

Referințe:

Panouri solare: A Brief Analysis of Process Route Development Status - Efficiency - Composite - Technology. (n.red.-c). Copyright © 2017 Sohu.com Inc. Toate drepturile rezervate. Retrieved from https://www.sohu.com/a/635276105_121123896

Ce este un panou solar? Cum funcționează un panou solar? (n.red.). https://www.mrsolar.com/what-is-a-solar-panel/

EcoProgetti. (2021, 9 iulie). Structura unui modul fotovoltaic. Ecoprogetti | Specialist în procesul de producție fotovoltaică. https://ecoprogetti.com/the-structure-of-photovoltaic-module/

Care este rolul cutiei de joncțiune de mijloc a modulului fotovoltaic, cutia de joncțiune a panoului fotovoltaic 4 terminale cum se face cablarea - cocoon cloud voltaic. (n.d.-b). https://www.pojianyunfu.com/news/1127.html

Cadrul fotovoltaic este unul dintre materialele auxiliare importante ale modulului, utilizat în principal pentru a proteja marginea sticlei fotovoltaice, pentru a consolida etanșarea modulului. . (n.red.-c). https://mguangfu.bjx.com.cn/mnews/20230831/1329267.shtml

V-ar putea interesa și: