Contents:
- Dlaczego przecinać ogniwa słoneczne?
- Zasady cięcia ogniw
- Zalety paneli 1/3 cut w porównaniu do paneli half-cut
- Dlaczego producenci nie produkują ogniw słonecznych 1/4-cut czy nawet 1/5-cut?
- Podsumowanie
Dlaczego przecinać ogniwa słoneczne?
W ostatnich latach technologia fotowoltaiczna (PV) dynamicznie się rozwijała i stała się powszechnie stosowana. Wzrasta zapotrzebowanie na panele słoneczne o wysokiej mocy, a redukcja strat energii oraz zwiększenie mocy wyjściowej tych paneli stało się priorytetem dla producentów na całym świecie. Cięcie ogniw słonecznych to technika zwiększająca efektywność paneli poprzez zmniejszenie rozmiaru ogniw, co zmniejsza opór i poprawia moc wyjściową.
Dlaczego jednak cięcie ogniw słonecznych stało się popularnym tematem dopiero niedawno w branży? Jednym z powodów jest zwiększenie rozmiaru płytek krzemowych z 156 mm (M1) do 161,7 mm (M4). Ten wzrost rozmiaru zwiększył powierzchnię płytki i prąd o około 7%, ale również spowodował wzrost strat elektrycznych o 15%. To skłoniło branżę do poszukiwania sposobów na redukcję strat związanych z prądem. Dodatkowo, cięcie ogniw może zmniejszyć straty zacienienia spowodowane przez metalowe elektrody ogniw i zwiększyć liczbę szyn zbiorczych, co wspomaga przepływ prądu.
Co więcej, postęp w procesach produkcji płytek i ogniw teraz pozwala na przesiewanie pełnowymiarowych ogniw bez konieczności ponownego pomiaru przyciętych ogniw po ich podziale. To usprawnia proces produkcji, czyniąc go bardziej efektywnym i opłacalnym.
Podsumowując, cięcie ogniw słonecznych na mniejsze części pomaga zwiększyć moc i efektywność paneli słonecznych, odpowiadając na rosnące zapotrzebowanie na wysoko wydajne rozwiązania energetyki słonecznej.
Zasady cięcia ogniw
1. Proces cięcia
- Kwadratowanie sztabki krzemu: Przetwarzanie sztabki krzemu na blok spełniający wymagane specyfikacje.
- Cięcie i szlifowanie bloku krzemu: Usuwanie końcówek, wyrównywanie krawędzi, fazowanie i zaokrąglanie bloku krzemu.
- Klejenie bloku krzemu: Klejenie bloku krzemu do płyty roboczej w przygotowaniu do cięcia drutem.
- Cięcie bloku krzemu: Użycie wielodrutowej piły do cięcia bloku krzemu na cienkie płytki krzemowe.
- Czyszczenie płytek krzemowych: Czyszczenie powierzchni płytki z osadów poprzez przedczyszczenie, wstawianie i czyszczenie ultradźwiękowe.
- Sortowanie i pakowanie płytek krzemowych: Klasyfikowanie płytek zgodnie ze standardami oraz pakowanie ich do przechowywania.
2. Techniki cięcia
(1) LSC - Laserowe nacinanie i łamanie
Ta technika polega na wykorzystaniu technologii ablacji laserowej. Technologia półcięcia zwykle wykorzystuje cięcie laserowe, gdzie standardowe ogniwa słoneczne są pionowo przecinane wzdłuż głównych szyn zbiorczych na dwie równe części. Te części są następnie połączone za pomocą spawania dla połączenia szeregowego. Oto jak to działa:
Proces: Laser tworzy pełne linie nacinania wzdłuż krawędzi półciętego ogniwa. W niektórych przypadkach nacinanie nie oddziela całkowicie ogniwa, ale pozostawia rowek o głębokości około połowy grubości ogniwa. Następnie ogniwo jest mechanicznie łamane wzdłuż tych linii nacinania.
Zalety: Ta metoda unika tworzenia ścieżek shuntowych w złączu p-n, wykonując nacinanie od tyłu ogniwa. Dla ogniw z pasywnym emiterem i tylnym kontaktem (PERC) z kompletną metalową warstwą tylną, stworzenie małego otworu na tylnej stronie nie powoduje żadnych strat mocy.
Innowacje: Fraunhofer CSP opracował i opatentował zaawansowaną wersję techniki LSC. Polega to na stosowaniu laserowego nacinania nieznacznie zagiętych ogniw słonecznych, osiągając jednoczesny proces, w którym nacinanie i łamanie odbywają się na tej samej stacji.
(2) TMC - Termiczne mechaniczne łamanie
W przeciwieństwie do LSC, TMC nie używa technik ablacji, które mogą powodować mikropęknięcia. Zamiast tego, aplikuje się wysoko skoncentrowany gradient temperatury wzdłuż krawędzi półciętego ogniwa, co powoduje lokalne naprężenia mechaniczne prowadzące do pęknięć.
Proces: Poprzez zastosowanie gradientu temperatury, materiał ulega lokalnym naprężeniom mechanicznym, które prowadzą do pęknięć bez ablacji materiału.
Zalety: Procesy TMC nie obejmują ablacji i redukują ogólne efekty uboczne termiczne, minimalizując uszkodzenia strukturalne płyt krzemowych przy optymalizacji parametrów procesu.
Innowacja: Niektóre urządzenia do półciętych ogniw metodą TMC są już dostępne na rynku lub są w fazie rozwoju. Do znanych producentów należą niemieckie firmy 3D-Micromac AG i Innolas Solutions GmbH.
Podsumowując, cięcie ogniw słonecznych wymaga serii precyzyjnych kroków, aby zapewnić optymalną wydajność i efektywność. Techniki LSC i TMC oferują różne zalety i mogą być wybierane w zależności od konkretnych potrzeb i możliwości produkcyjnych.
Zalety paneli 1/3 cut w porównaniu do paneli half-cut
1. Zmniejszone straty oporu i zwiększona moc wyjściowa
Jednym ze źródeł strat mocy w panelach słonecznych są straty oporu, które występują podczas przesyłania prądu. Ogniwa słoneczne wykorzystują szyny zbiorcze do połączenia z sąsiednimi przewodami i komórkami, a prąd płynący przez te szyny zbiorcze powoduje pewne straty energetyczne. Przycinając ogniwa słoneczne na pół, prąd produkowany przez każde ogniwo jest halowany, co prowadzi do mniejszych strat oporowych podczas przepływu prądu przez komórki i przewody panelu słonecznego.
Korzystając z formuły na straty mocy elektrycznej P=I^2R, gdy prąd jest zmniejszony do jednej trzeciej jego pierwotnej wartości, straty mocy są znacząco zmniejszone. W przypadku komórek 1/3-cut prąd wynosi tylko jedną trzecią prądu komórki pierwotnej, w porównaniu do połowy w komórkach half-cut. Dodatkowo, zmniejsza to opór szeregowy komórek, minimalizując straty energii i tym samym zwiększając moc wyjściową i efektywność modułów słonecznych.
2. Zredukowany efekt punktu gorącego
W tradycyjnych modułach z pełnowymiarowymi komórkami, jeśli komórka jest zacieniona, może powstać punkt gorący, co prowadzi do degradacji wydajności lub nawet uszkodzenia komórki. Technologia komórek 1/3-cut zmniejsza ryzyko wystąpienia punktów gorących poprzez zwiększenie liczby komórek, a tym samym zmniejszenie prądu w każdej komórce. Dzięki równomierniejszemu rozprowadzeniu ciepła i zmniejszeniu efektów punktów gorących, moduły 1/3-cut mają wydłużoną żywotność i wyższą długoterminową niezawodność.
3. Zwiększony współczynnik wypełnienia
Współczynnik wypełnienia (FF) jest miarą jakości ogniwa słonecznego. Oblicza się go jako dostępną moc w punkcie maksymalnej mocy (Pm) podzieloną przez napięcie obwodu otwartego (VOC) i prąd zwarciowy (ISC):
Współczynnik wypełnienia jest bezpośrednio wpływany przez wartości szeregowe i równoległe rezystancji ogniwa oraz straty w diodach. Zwiększenie rezystancji równoległej (Rsh) i zmniejszenie rezystancji szeregowej (Rs) prowadzi do wyższego współczynnika wypełnienia, co przekłada się na większą efektywność i zbliżenie mocy wyjściowej ogniwa do jego maksymalnej teoretycznej wartości.
Technologia komórek 1/3-cut poprawia zarządzanie prądem, wzmacnia współczynnik wypełnienia modułu, co przekłada się na lepsze działanie w rzeczywistych warunkach eksploatacji.
4. Poprawiona tolerancja cienia
W porównaniu do pełnowymiarowych komórek, komórki half-cut wykazują większą odporność na efekty zacienienia. Jest to efekt metody połączenia komórek half-cut wewnątrz panelu, a nie samej budowy komórek. W tradycyjnych panelach słonecznych zbudowanych z pełnowymiarowych komórek, komórki są połączone szeregowo, gdzie zacienienie jednej komórki w szeregu może zatrzymać generowanie energii przez cały rząd. Standardowy panel zazwyczaj ma 3 rzędy niezależnie połączonych komórek, więc zacienienie jednej komórki w rzędzie eliminuje połowę mocy panelu.
Podobnie komórki half-cut są również połączone szeregowo, ale panele wykonane z komórek half-cut mają dwa razy więcej komórek (120 zamiast 60), co skutkuje dwukrotnie większą liczbą niezależnych rzędów komórek. Taka konfiguracja połączeń zmniejsza straty mocy w panelach zbudowanych z komórek half-cut, gdy zacieniona jest pojedyncza komórka, ponieważ zacienienie jednej komórki może jedynie eliminować jedną szóstą całkowitej mocy panelu.
Przy rozszerzeniu tego podejścia, komórki 1/3-cut wykazują jeszcze mniejszą wrażliwość na lokalne zacienienie w porównaniu do komórek half-cut. Nawet jeśli niektóre segmenty komórek są zacienione, ogólna moc wyjściowa pozostaje w dużej mierze niezmieniona, zapewniając wyższą ogólną efektywność w generacji energii elektrycznej.
5. Zwiększona konkurencyjność na rynku
Poprawiona wydajność i efektywność modułów 1/3-cut czyni je bardziej konkurencyjnymi na rynku, zdolnymi do zaspokojenia wymagań rynków wysokiej klasy i specjalistycznych zastosowań. Ta poprawa redukuje koszty wydatków, co przekłada się na wyższe korzyści ekonomiczne.
Dzięki zwiększonej mocy wyjściowej na moduł, do generowania wymaganej ilości energii elektrycznej potrzebne są mniej liczne moduły zarówno do instalacji naziemnych, jak i dachowych. Zmniejszenie ilości modułów przyczynia się do minimalizacji wymaganego miejsca do instalacji. W przypadku dużych farm fotowoltaicznych, mniejsze wymagania co do powierzchni pomagają w redukcji potrzebnej do założenia instalacji fotowoltaicznych. To z kolei zmniejsza koszty kapitałowe dla deweloperów fotowoltaiki, ponieważ ziemia stanowi znaczący początkowy nakład inwestycyjny na budowę dużych elektrowni słonecznych.
Si bien los módulos de corte 1/4 y 1/5 podrían ofrecer un rendimiento ligeramente mayor por módulo, optimizar una solución energética implica considerar complejidades adicionales en la fabricación.
Específicamente, incorporar más cortes en las células solares requiere de diodos de derivación adicionales para la protección del circuito dentro del módulo. Esto aumenta el uso de materiales brutos, resultando en costos adicionales y tiempos de producción prolongados. Para soluciones solares residenciales centradas en la reducción de costos junto con la eficiencia, mantener los módulos simples y sencillos es ventajoso. Las células solares de corte 1/3, que requieren solo tres diodos de derivación, encuentran un equilibrio entre asequibilidad y mejor rendimiento para los usuarios finales. Este diseño también minimiza los riesgos asociados con futuras actualizaciones mientras maximiza las capacidades de eficiencia actuales.
Conclusión
Las células solares de corte 1/3, en comparación con las células half-cut, mejoran significativamente el rendimiento y la eficiencia general de los módulos de paneles solares al reducir aún más el flujo de corriente y la resistencia, minimizar las pérdidas de energía, optimizar la distribución del calor y mejorar la fiabilidad de los componentes. Estas ventajas hacen que la tecnología 1/3-cut sea más atractiva para aplicaciones de alta gama y escenarios específicos. A pesar del proceso de fabricación más complejo, las mejoras en el rendimiento y los beneficios económicos suelen superar estos costos adicionales.
Maysun Solar se especializa en la producción de módulos fotovoltaicos de alta calidad desde 2008. Además de la Estación de Energía Solar para Balcones, Maysun Solar ofrece una amplia variedad de paneles solares en negro completo, marco negro, plata y vidrio-vidrio que utilizan tecnologías half-cut, MBB, IBC y HJT. Estos paneles ofrecen un rendimiento superior y diseños elegantes que se integran perfectamente con cualquier edificio. ¡Maysun Solar ha establecido con éxito oficinas, almacenes y relaciones a largo plazo con excelentes instaladores en numerosos países! Contáctenos para obtener las últimas cotizaciones de módulos o cualquier consulta relacionada con la energía fotovoltaica. Estamos emocionados de asistirle.
Referencje:
Sharma, N. (2024, 15 marca). Ogniwa słoneczne Half-Cut - czy są warte szumu? Ornate Solar. https://ornatesolar.com/blog/why-should-you-choose-half-cut-cell-modules-for-your-solar-projects
Trina Solar. (2022, 31 października). O co tyle szumu wokół ogniw słonecznych 1⁄3-Cut? https://www.trinasolar.com/us/resources/blog/third-cut-solar-cells.
Wikipedia contributors. (2024, 21 kwietnia). Wydajność ogniw słonecznych. Wikipedia. https://en.wikipedia.org/wiki/Solar-cell_efficiency
Może Ci się również spodobać: