Kwa Nini Seli za Jua za BC Hushughulikia Kivuli Vizuri na Kuendesha Hot Spots Baridi

Utangulizi

Kivuli ni tatizo la kawaida sana katika ufungaji wa PV katika ulimwengu wa kweli.

Vivuli vya miti, nguzo za umeme, vumbi, kinyesi cha ndege, theluji, hata pembe zisizofanana za kuweka moduli zinaweza kusababisha kivuli cha sehemu. Kivuli sio tu kinapunguza pato la moduli, kinaweza pia kusababisha tatizo kubwa zaidi: sehemu za moto.

Katika miaka ya hivi karibuni, seli za jua za BC zimevutia umakini zaidi katika paa za usambazaji, PV za balcony, na moduli za kifahari. Sababu moja kuu ni hii: Seli za jua za BC kwa kawaida hutoa uvumilivu bora wa kivuli, na joto la sehemu zao za moto hubaki chini chini ya kivuli.

Katika SNEC, mara nyingi huona wazalishaji wakifunika sehemu ya mstari wa seli na kisha kutumia urefu wa maji kutoka kwa pampu kuonyesha uvumilivu wa kivuli wa bidhaa zao za BC.

Kwa hivyo kwa nini seli za BC zina faida hii? Fizikia nyuma yake ni nini?

Hebu tujaribu kuielezea kwa maneno rahisi.

Kwa Nini Kivuli Husababisha Sehemu za Moto

Kwa nini kivuli husababisha sehemu za moto?

Seli ndani ya moduli ya PV kwa kawaida huunganishwa kwa mfululizo.

Mzunguko wa mfululizo una sifa moja ya kufafanua: mkondo lazima uwe sawa kila mahali.

Hiyo inamaanisha mkondo kupitia mstari mzima umewekwa na kitanzi kwa ujumla. Wakati kila seli inapata mwanga kamili, kila moja huzalisha nishati na zote zinakaa katika hali thabiti.

Lakini ikiwa seli moja inafunikwa, mkondo wa picha unaozalishwa unaweza kupungua. Ikiwa mstari mzima bado unahitaji kubeba mkondo mkubwa, seli hiyo iliyofunikwa inaweza kusukumwa kwenye reverse bias na seli nyingine zisizofunikwa. Wakati huo inaacha kuwa chanzo cha nishati na inageuka kuwa mtumiaji wa nishati.

Kwa kivuli cha sehemu, seli iliyofunikwa haiachi kuzalisha kabisa. Sehemu yake isiyofunikwa bado inazalisha baadhi ya mkondo wa picha. Kwa hiyo, kile kinachopaswa kupita kwenye njia ya kuvunja reverse, njia ya kuvuja, au njia ya bypass si mkondo kamili wa mnyororo, bali tofauti kati ya mkondo wa mnyororo na mkondo ambao seli hiyo bado inaweza kuzalisha.

Tofauti hii inaweza kuitwa mkondo wa kutofautiana:

Imismatch = Istring - Igenerate

Kwa hiyo, upotevu wa nishati ya hot spot unaweza kuandikwa takriban kama:

Photspot ≈ ∣Vrev∣ × Imismatch

ambayo ni:

Photspot ≈ ∣Vrev∣ × (Istring - Igenerate)

Fomula hii inaonyesha jambo moja muhimu: kwa mkondo sawa wa mnyororo, kadiri voltage ya reverse inavyokuwa juu, ndivyo nishati inayotolewa na seli iliyofunikwa inavyokuwa kubwa, na hot spot inavyokuwa moto zaidi.

Kwa hiyo, moja ya funguo za kupinga hot spots ni:

jinsi ya kupunguza voltage ya reverse kwenye seli iliyofunikwa na kufanya joto liwe sawa zaidi.

Hapa ndipo seli za BC zinapong'aa.

Jinsi Seli za BC Zinavyotofautiana Kimuundo

Je, seli ya BC inatofautiana kimuundo na seli ya kawaida?

Seli za kawaida za silicon ya fuwele kwa kawaida hutumia muundo wa mawasiliano ya mbele-na-nyuma.

Kwa ufupi:

• Mbele ina mistari laini na busbars, na mwanga huingia kutoka mbele;

• Mkondo huzalishwa ndani ya seli na kisha hukusanywa kupitia electrodes za mbele na nyuma.

Seli ya BC, ikimaanisha Back Contact, ina kipengele kimoja maarufu:

electrodes zote mbili chanya na hasi ziko nyuma ya seli, bila mistari ya chuma mbele.

Hiyo inatoa faida mbili za moja kwa moja:

1. Hakuna kivuli cha mistari mbele, kwa hiyo eneo la kupokea mwanga ni kubwa zaidi;

2. Electrodes za nyuma zinaweza kujengwa kwa muundo wa interdigitated, kwa hiyo ukusanyaji wa mkondo ni sawa zaidi.

Kielelezo 1 Mchoro wa muundo wa seli ya BC.

Chanzo: 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

Nyuma ya seli ya BC hubeba maeneo mengi ya p yaliyounganishwa na maeneo ya n. Kati ya maeneo haya kuna viungio vingi vifupi vya PN vilivyowekwa doping nyingi. Kwa mtazamo wa mzunguko, haifanyi kazi kama diode moja kubwa, bali kama diode nyingi ndogo zinazofanana. Chini ya reverse bias, viungio hivi vya PN vilivyosambazwa vinaweza kuunda njia ya upitishaji wa reverse iliyosawazishwa zaidi.

Kwa sababu viungio hivi vya nyuma vya PN ni vifupi na vina doping nyingi ndani, vinaweza kuingia katika reverse breakdown kwa voltage ya chini ya reverse.

Bila shaka, hii inategemea vigezo maalum vya muundo wa seli ya BC.

Kwa mfano, kadiri pengo kati ya eneo la p na eneo la n linavyokuwa ndogo, ndivyo uwanja wa ndani unavyokuwa na nguvu, na kwa kawaida ni rahisi kuunda voltage ya chini ya reverse breakdown. Lakini hiyo inaweza pia kuleta ubadilishanaji katika uvujaji na upinzani wa shunt. Kwa hiyo, uvumilivu wa kivuli wa seli ya BC sio thamani isiyobadilika. Inahusiana kwa karibu na muundo maalum wa seli, muundo wa nyuma, ukubwa wa pengo, mkusanyiko wa doping, ubora wa passivation, na mchakato wa utengenezaji.

Kwa Nini Seli za BC Hupoteza Nguvu Kidogo Chini ya Kivuli

Kwa nini seli za BC hupoteza nguvu kidogo baada ya kivuli?

Wakati moduli inapopata kivuli kidogo, mkondo wa mfuatano husukuma seli iliyofunikwa kwenye reverse bias. Kadiri kivuli kinavyozidi kuwa mbaya, jumla ya voltage kwenye kifungu hicho kinashuka.

Katika moduli za jadi, diode ya bypass kawaida huwekwa sambamba kwenye sehemu ya mfuatano. Diode ya bypass haiwashwi kwa hiari na mtawala. Ni kifaa kisicho na nguvu. Ikiwa inapitisha umeme inategemea tu voltage iliyopo juu yake. Wakati jumla ya voltage ya kifungu hicho inapokuwa hasi ya kutosha, diode ya bypass inapata forward bias na kuwasha kiotomatiki.

Hali ya kuwasha inaweza kuandikwa kama:

Vsubstring ≤ -Vf

Vsubstring ni jumla ya voltage ya kifungu kinacholindwa na diode ya bypass;

Vf ni kushuka kwa voltage ya mbele ya diode ya bypass.

Kwa kifungu, jumla ya voltage yake inaweza kueleweka kama:

Vsubstring = ∑Vunshaded + ∑Vshaded

ambapo:

• Seli zisizo na kivuli bado huzalisha voltage ya mbele;

• Seli zilizofunikwa zina reverse bias na huzalisha voltage hasi.

Hali ya kuwasha ya diode ya bypass inaweza kusomwa kama:

∣∑Vshaded∣ ≥ ∑Vunshaded + Vf

Kwa maneno mengine:

Jumla ya voltage ya kinyume ya seli zilizofunikwa inapaswa kuzidi jumla ya voltage ya mbele ya seli zilizobaki ambazo hazijafunikwa, pamoja na kushuka kwa mbele kwa diode ya bypass, kabla ya diode ya bypass kuwasha.

Faida ya moduli za BC ni kwamba, kabla ya diode ya nje ya bypass hata kuwasha, muundo wa PN junction ya nyuma iliyounganishwa wa seli ya BC yenyewe tayari hutoa uwezo fulani wa usambazaji wa kinyume. Hii inafanya kazi kama diode ya Zener iliyojengwa ndani ya seli.

Chini ya voltage ya kinyume, PN junctions za nyuma zilizounganishwa za seli ya BC zinaweza kuunda usambazaji wa kinyume kwa voltage ya chini, kupunguza kuongezeka zaidi kwa voltage ya kinyume. Kwa hiyo chini ya kivuli cha sehemu, wakati diode ya nje ya bypass haijawasha, moduli ya BC bado inaweza kuweka nguvu ya pato ya juu kiasi.

Kielelezo 2 Curve ya IV ya moduli na seli moja iliyofunikwa.

Chanzo: E. Özkalay, F. Valoti, M. Caccivio, A. Virtuani, G. Friesen, na C. Ballif, "Athari ya kivuli cha sehemu kwenye kuegemea kwa moduli za photovoltaic katika mazingira yaliyojengwa," EPJ Photovoltaics, vol. 15, p. 7, Jan. 2024, doi: 10.1051/epjpv/2024001. Inapatikana: https://doi.org/10.1051/epjpv/2024001

Uvumilivu Bora Haumaanishi Kinga Dhidi ya Kivuli

Uvumilivu bora wa kivuli haumaanishi seli za BC hazina kinga dhidi ya kivuli

Dhana moja ya kawaida inahitaji kufafanuliwa.

Uvumilivu bora wa kivuli haumaanishi seli ya BC haijaathiriwa na kivuli.

Seli yoyote ya PV hutoa nguvu kidogo mara tu inapofunikwa.

Ikiwa eneo lililofunikwa ndani ya substring moja linakuwa kubwa sana, au seli kadhaa zimefunikwa kabisa, basi jumla ya voltage ya kinyume ya seli zilizofunikwa bado inaweza hatimaye kuzidi jumla ya voltage ya mbele ya seli zilizobaki ambazo hazijafunikwa. Wakati huo diode ya nje ya bypass inawasha.

Mara tu diode ya bypass inapowasha, mkondo hupita kuzunguka substring nzima. Seli zisizofunikwa katika substring hiyo pia hupitishwa, na mchango wao kwa pato hupungua kwa kasi. Kwa hiyo wakati eneo lililofunikwa ni kubwa, faida ya uzalishaji wa moduli ya BC pia hupungua.

Matukio ambapo moduli za BC zinang'aa kweli ni kawaida:

• Seli moja au seli chache zinapata kivuli cha sehemu;

• Eneo lililofunikwa katika kila substring linabaki dogo;

• Kivuli ni cha diagonal, cha ukanda, au cha kutawanyika kwa ndani;

• Diode ya nje ya bypass haijawasha kabisa.

Kwa mfano, kivuli cha mshazari kutoka kwa nguzo ya umeme kinaweza kuacha kila sehemu ndogo ikiwa na eneo dogo la kivuli. Katika hali hiyo, moduli ya BC huwa inaonyesha uzalishaji wake bora wa kustahimili kivuli.

Kwa Nini Moduli za BC Zinaendesha Sehemu za Joto Zinazopoa

Kwa nini moduli za BC zina joto la chini kwenye sehemu za moto?

Kuna sababu kuu mbili kwa nini moduli za BC zina sehemu za moto zinazopoa zaidi.

Kwanza, mkondo wa nyuma unaenea zaidi

Kwa seli za kawaida, usambazaji wa mkondo wa nyuma mara nyingi hauna usawa. Uvunjaji wa nyuma unaweza kuanza kwanza kwenye sehemu dhaifu za mahali, kama vile:

• Sehemu za kasoro za mahali;

• Kingo za seli;

• Hitilafu za uwekaji wa chuma;

• Nyufa ndogo au maeneo yaliyochafuliwa;

• Maeneo yenye ulinzi dhaifu wa ndani.

Sehemu hizi hufanya kama pointi dhaifu.

Mara tu mkondo wa nyuma unapojilimbikizia kwenye pointi hizi dhaifu, msongamano wa nishati ya ndani huwa wa juu sana, joto hupanda haraka, na sehemu ya moto inayoonekana hutokea.

Ni kama kutumia kiasi sawa cha joto kwenye vitu viwili:

• Bamba zima la chuma;

• Sehemu ndogo kama ncha ya sindano.

Ya pili hupata joto haraka zaidi kwa hakika.

Kwa hiyo hatari kwa seli ya kawaida chini ya kivuli sio "kupashwa joto sawasawa kwenye seli nzima," bali ni kupashwa joto kwa nguvu kwenye sehemu ndogo.

Seli ya BC ina viungo vingi vya PN vilivyopishana kwenye mgongo wake. Upitishaji wa nyuma unaweza kuenea kwa urahisi katika maeneo mengi badala ya kujilimbikizia kwenye pointi chache za kasoro.

Kwa hiyo mkondo wa nyuma katika seli ya BC husambazwa kwa usawa zaidi, msongamano wa nishati ya ndani hubakia chini, na joto la sehemu ya moto pia hubakia chini.

Pili, voltage ya uvunjaji wa nyuma ni ya chini

Kutoka kwa fomula ya nishati ya sehemu ya moto:

Photspot ≈ ∣Vrev∣ × Imismatch

kwa mkondo sawa wa kutolingana, voltage ya chini ya nyuma inamaanisha upotevu mdogo wa nishati.

Ndiyo maana voltage ya chini ya uvunjaji wa nyuma inaweza kufanya kazi kama utaratibu wa ulinzi katika hali za kivuli.

Hapa kuna mfano rahisi.

Tuseme mkondo wa mstari ni 10A na seli moja inafunikwa na kivuli kikubwa.

Ikiwa seli ya kawaida itafikia voltage ya nyuma ya 15V baada ya kivuli, nishati inayopoteza ni takriban:

P = 15V × 10A = 150W

Ikiwa seli ya BC inafunga kwa sababu ya muundo wake wa nyuma na voltage ya kinyume imepunguzwa hadi karibu 6V, nguvu inayotolewa ni takriban:

P = 6V × 10A = 60W

Tofauti ni wazi sana.

Joto halisi la eneo la moto linategemea eneo lenye kivuli, joto la mazingira, kasi ya upepo, ufungaji wa moduli, ukubwa wa glasi, muundo wa seli, na njia ya majaribio, kwa hivyo huwezi kuamua kwa namba moja maalum.

Lakini katika majaribio halisi na uzoefu wa shambani, moduli za BC kwa kawaida huwa na joto la chini la eneo la moto kuliko zile za kawaida. Kwa mfano, baadhi ya moduli za BC zinaweza kuweka joto la eneo la moto chini ya takriban 120 °C, wakati aina nyingine za moduli zinaweza kufikia 160 °C au hata zaidi.

Baadhi ya seli za BC zilizoundwa maalum hufikia kitu kama "dioda ya kupita iliyojengwa ndani ya seli." Hiyo inaweza kupunguza joto la eneo la moto hadi takriban 90 °C wakati moduli ya kumbukumbu iko karibu 190 °C, ikionyesha kwamba aina hii ya muundo wa upitishaji wa kinyume uliosambazwa unaweza kupunguza joto la eneo la moto kwa kiasi kikubwa.

Je, Voltage ya Chini ya Kuvunjika kwa Kinyume Daima ni Bora

Je, voltage ya chini ya kuvunjika kwa kinyume daima ni bora?

Si lazima.

Voltage ya chini ya kuvunjika kwa kinyume husaidia kupunguza joto la eneo la moto wakati wa kivuli, lakini pia inaweza kuleta mabadiliko ya muundo.

Ikiwa njia ya upitishaji wa kinyume haijabuniwa vizuri, inaweza kuongeza uvujaji na kupunguza upinzani wa shunt, jambo linalodhuru utendaji wa kawaida wa uzalishaji wa seli.

Kwa hivyo seli ya BC yenye ufanisi wa juu kwa kawaida inapaswa kusawazisha malengo mawili:

1. Wakati wa operesheni ya kawaida, weka ufanisi wa juu, uvujaji mdogo, na upinzani wa juu wa shunt;

2. Chini ya upendeleo wa kinyume wa kivuli, tengeneza upitishaji wa kinyume salama na sawa kwa voltage ya chini.

Hiyo pia ndiyo sababu uvumilivu wa kivuli hutofautiana kati ya seli tofauti za BC.

Baadhi ya seli za BC zinaelekea kwenye ufanisi na zinaweza kujenga kizuizi kikali, kwa hivyo voltage yao ya kuvunjika kwa kinyume huwa juu. Nyingine zinaelekea kwenye uvumilivu wa kivuli na zinaweza kubuni njia za chini na sawa za kuvunjika kwa kinyume.

Kwa hivyo huwezi kusema tu "seli zote za BC zina uvumilivu sawa wa kivuli." Njia sahihi zaidi ya kusema ni:

seli ya BC iliyobuniwa vizuri inaweza kutumia muundo wake wa PN wa nyuma uliosokotana kufikia kuvunjika kwa kinyume cha chini na sawa, na hiyo inaboresha uvumilivu wa kivuli na joto la eneo la moto.

Faida za Seli za BC Zimefupishwa

Faida za seli za BC zimefupishwa

Kwa ujumla, faida za seli za BC chini ya kivuli ni pamoja na:

• Upotevu mdogo wa uzalishaji wa moduli chini ya kivuli cha eneo dogo, kabla ya diode ya nje ya bypass kuwasha;

• Uzito mdogo wa nishati ya ndani;

• Joto la chini la sehemu ya moto;

• Kiwango cha juu cha usalama wa moduli.

Maana Yake Kwa Matumizi ya Moduli

Hii inamaanisha nini kwa matumizi ya moduli?

Katika matumizi halisi, kivuli mara nyingi hakiwezi kuepukwa kabisa.

Hasa katika hali za usambazaji, kama vile:

• Paa za makazi;

• Paa za biashara na viwanda;

• PV ya balcony;

• BIPV;

• Ufungaji wa mwelekeo mwingi;

• Maeneo yaliyozungukwa na majengo magumu.

Katika matumizi haya, moduli mara nyingi zinaweza kukabili kivuli cha ndani.

Ikiwa seli ina uvumilivu bora wa kivuli na joto la chini la sehemu ya moto, inamaanisha:

• Usalama bora wa moduli: joto la chini la sehemu ya moto hupunguza kuzeeka kwa encapsulation, uharibifu wa backsheet, mkazo wa kioo wa ndani, na hatari ya umeme.

• Kuegemea bora kwa muda mrefu: joto la juu la ndani huharakisha kuzeeka kwa nyenzo. Kadiri sehemu ya moto inavyokuwa dhaifu, ndivyo moduli inavyobaki imara kwa muda.

• Upotevu wa uzalishaji unaodhibitiwa zaidi: wakati kivuli cha ndani hakiepukiki, moduli ya BC inaweza kupunguza sehemu ya upotevu wa nishati.

• Muundo wa mfumo unaofaa zaidi.

Moduli za BC zinajiboresha vizuri kwa paa ngumu, mazingira ya ufungaji wa usambazaji, na hali za kivuli nyingi.

Muhtasari

Muhtasari

Seli za BC zina uvumilivu bora wa kivuli na joto la chini la sehemu ya moto, si kwa sababu "haziathiriwi na kivuli," bali kwa sababu zina faida katika muundo na tabia ya reverse bias.

Chini ya kivuli, seli za kawaida zinaweza kuona kuvunjika kwa reverse kukilenga katika pointi za kasoro za ndani, na kusababisha uzito mkubwa wa nishati ya ndani na joto la juu la sehemu ya moto.

Muundo wa pn junction ya nyuma ya interdigitated ya seli ya BC hufanya kama clamp ya reverse ya ndani iliyosambazwa. Chini ya kivuli, inaweza kuunda upitishaji wa reverse kwa voltage ya chini ya reverse na kueneza mkondo wa reverse kwa usawa zaidi, ambayo hupunguza nishati ya sehemu ya moto na joto la sehemu ya moto.

Lakini kumbuka, seli za BC si kinga kamili dhidi ya kivuli. Wakati eneo la kivuli ni kubwa sana, seli kadhaa zimefunikwa kabisa, na voltage ya substring inapungua hadi hasi ya kutosha, diode ya nje ya bypass bado inawasha. Wakati huo, pato la substring iliyopitishwa hupungua kwa kiasi kikubwa.

Kwa hiyo njia sahihi zaidi ya kusema:

faida ya seli ya BC si kuondoa athari ya kivuli, bali kufanya athari hiyo iweze kudhibitiwa zaidi. Chini ya kivuli cha eneo ndogo, inapunguza upotevu wa nishati; chini ya kivuli kikubwa, inapunguza hatari ya hot spot.

Hiyo ndiyo sababu ya msingi kwa nini seli za BC zina faida katika mazingira magumu ya kivuli.

Maoni ya Ooitech

Sehemu ya kuvutia hapa ni kwamba uvumilivu wa kivuli si tu chaguo la muundo wa seli, bali pia inategemea jinsi muundo huo wa back-contact uliounganishwa unavyotolewa kwa usahihi katika kila seli kwenye mstari. Mabadiliko madogo katika metallization, ukubwa wa pengo, au ubora wa passivation yanaweza kubadilisha tabia ya reverse breakdown tuliyoelezea, ndiyo maana udhibiti wa mchakato kwenye mistari ya moduli za BC ni muhimu kama kichocheo cha seli. Ooitech imetumia miaka mingi kujenga mistari ya uzalishaji wa moduli za turnkey kwa TOPCon, HPBC, ABC na aina nyingine za moduli za BC, kwa hiyo tunaangalia kwa karibu madirisha haya ya mchakato wa back-contact. Ikiwa unataka kuona jinsi moduli hizi zinavyojengwa kwenye sakafu ya kiwanda, kituo chetu cha YouTube kwenye www.youtube.com/ooitech kina picha nyingi za kweli za mstari wa uzalishaji zinazostahili kuangaliwa.