Utangulizi

Kivuli ni tatizo la kawaida sana katika ufungaji halisi wa PV.

Vivuli vya miti, nguzo za umma, vumbi, kinyesi cha ndege, theluji, hata pembe za uwekaji wa moduli zisizo sawa zinaweza kusababisha kivuli cha sehemu. Kivuli sio tu kinapunguza pato la moduli, kinaweza pia kusababisha tatizo kubwa zaidi: sehemu zenye joto.

Katika miaka michache iliyopita, seli za jua za BC zimevutia umakini zaidi na 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 zenye joto hubaki chini chini ya kivuli.

Katika SNEC, mara nyingi unaona watengenezaji wakifunika sehemu ya mnyororo 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 kuelezea kwa maneno rahisi.

Kwa Nini Kivuli Husababisha Sehemu Zenye Joto

Kwa nini kivuli husababisha sehemu zenye joto?

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

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

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

Lakini ikiwa seli moja inafunikwa kivuli, mkondo wa picha unaoweza kuzalisha unapungua. Ikiwa mnyororo mzima bado unahitaji kubeba mkondo mkubwa, seli hiyo iliyofunikwa inaweza kusukumwa kwenye upendeleo wa nyuma na seli nyingine zisizofunikwa. Wakati huo inaacha kuwa chanzo cha nguvu na inageuka kuwa mtumiaji wa nguvu.

Kwa kivuli cha sehemu, seli iliyofunikwa haiachi kuzalisha kabisa. Sehemu yake isiyofunikwa bado inazalisha picha-mkondo. Kwa hiyo, kile kinachopaswa kutiririka kupitia njia ya kuvunjika kwa nyuma, njia ya kuvuja, au njia ya kupita 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 kutolingana:

Imismatch = Istring - Igenerate

Kwa hiyo, uharibifu wa nguvu wa sehemu ya moto unaweza kuandikwa kwa urahisi kama:

Photspot ≈ ∣Vrev∣ × Imismatch

ambayo ni:

Photspot ≈ ∣Vrev∣ × (Istring - Igenerate)

Fomula hii inaonyesha jambo moja muhimu: kwa mkondo sawa wa mnyororo, kadri voltage ya nyuma inavyokuwa juu, ndivyo nguvu inayotawanywa na seli iliyofunikwa inavyokuwa kubwa, na sehemu ya moto inakuwa moto zaidi.

Kwa hiyo, moja ya funguo za kupinga sehemu za moto ni:

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

Hapa ndipo seli za BC zinapong'aa.

Jinsi Seli za BC Zinatofautiana Kimuundo

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

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

Kwa urahisi:

• Mbele ina mistari laini ya gridi na busbars, na mwanga unaingia kutoka mbele;

• Mkondo unazalishwa ndani ya seli na kisha kukusanywa kupitia elektrodi za mbele na nyuma.

Seli ya BC, ikimaanisha Back Contact, ina sifa moja maarufu:

elektrodi zote chanya na hasi ziko nyuma ya seli, hakuna mistari ya gridi ya chuma mbele.

Hiyo inatoa faida mbili za moja kwa moja:

1. Hakuna kivuli cha gridi mbele, hivyo eneo la kupokea mwanga ni kubwa zaidi;

2. Elektrodi za nyuma zinaweza kujengwa kwa muundo wa kuingiliana, hivyo 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 na n yaliyopishana. Kati ya maeneo haya kuna viungo vingi vifupi vya PN vilivyowekwa doping nyingi. Kwa mtazamo wa mzunguko, haifanyi kazi kama diodi moja kubwa, bali kama diodi nyingi ndogo sambamba. Chini ya bias ya nyuma, viungo hivi vya PN vilivyosambazwa vinaweza kuunda njia ya upitishaji nyuma iliyosawazishwa zaidi.

Kwa sababu viungo hivi vya PN vya nyuma ni vifupi na vina doping nyingi kwa ndani, vinaweza kuingia katika kuvunjika kwa nyuma kwa voltage ya chini kiasi.

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

Kwa mfano, kadri pengo kati ya eneo la p na eneo la n linavyopungua, ndivyo uwanja wa ndani unavyozidi kuwa na nguvu, na kwa kawaida ni rahisi kuunda voltage ya chini ya kuvunjika kwa nyuma. Lakini hiyo pia inaweza kuleta mabadilishano 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 inapata kivuli kwa sehemu, mkondo wa kamba husukuma seli iliyotiwa kivuli kwenye bias ya nyuma. Kadri kivuli kinavyozidi kuwa mbaya, jumla ya voltage kwenye kamba ndogo hiyo inaendelea kushuka.

Katika moduli za jadi, diodi ya bypass kawaida huwekwa sambamba kwenye sehemu ya kamba. Diodi ya bypass haiwashwi kwa njia ya kidhibiti. Ni kifaa kisicho na uwezo wa kujiamulia. Ikiwa inapitisha mkondo inategemea tu voltage juu yake. Wakati jumla ya voltage ya kamba ndogo hiyo inakuwa hasi ya kutosha, diodi ya bypass inapata bias ya mbele na kuwasha kiotomatiki.

Hali ya kuwasha inaweza kuandikwa kama:

Vsubstring ≤ -Vf

Vsubstring ni jumla ya voltage ya kamba ndogo inayolindwa na diodi ya bypass;

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

Kwa kamba ndogo, jumla ya voltage yake inaweza kueleweka kama:

Vsubstring = ∑Vunshaded + ∑Vshaded

ambapo:

• Seli zisizo na kivuli bado hutoa voltage ya mbele;

• Seli zenye kivuli zina upendeleo wa nyuma na hutoa voltage hasi.

Hali ya kuwasha kwa diode ya kupita inaweza kusomwa kama:

∣∑Vshaded∣ ≥ ∑Vunshaded + Vf

Kwa maneno mengine:

jumla ya voltage ya nyuma ya seli zenye kivuli inapaswa kuzidi jumla ya voltage ya mbele ya seli zilizobaki zisizo na kivuli, pamoja na kushuka kwa mbele kwa diode ya kupita, kabla ya diode ya kupita kuwasha.

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

Chini ya upendeleo wa nyuma, PN junctions za nyuma zilizoingiliana za seli ya BC zinaweza kuunda upitishaji wa nyuma uliosambazwa kwa voltage ya chini, na hivyo kuzuia kuongezeka zaidi kwa voltage ya nyuma. Kwa hivyo chini ya kivuli cha sehemu, wakati diode ya nje ya kupita haijawasha bado, moduli ya BC bado inaweza kuweka nguvu ya juu ya pato.

Kielelezo 2 Mviringo wa IV wa moduli yenye seli moja yenye kivuli.

Chanzo: E. Özkalay, F. Valoti, M. Caccivio, A. Virtuani, G. Friesen, and C. Ballif, "The effect of partial shading on the reliability of photovoltaic modules in the built-environment," 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 athari ya kivuli

Dhana moja potofu ya kawaida inahitaji kufafanuliwa.

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

Seli yoyote ya PV hutoa nguvu kidogo mara tu inapokuwa na kivuli.

Ikiwa eneo lenye kivuli ndani ya kikundi kimoja cha seli linakuwa kubwa sana, au seli kadhaa zimefunikwa kabisa, basi jumla ya voltage ya nyuma ya seli zenye kivuli bado inaweza hatimaye kuzidi jumla ya voltage ya mbele ya seli zilizobaki zisizo na kivuli. Katika hatua hiyo diode ya nje ya kupita inawasha.

Mara tu diode ya kupita inapowasha, mkondo hupita kuzunguka kikundi kizima cha seli. Seli zisizo na kivuli katika kikundi hicho pia hupitishwa, na mchango wao kwa pato hupungua kwa kasi. Kwa hivyo wakati eneo lenye kivuli ni kubwa, faida ya uzalishaji wa moduli ya BC pia inapungua.

Matukio ambapo moduli za BC huangaza sana kwa kawaida ni:

• Seli moja au seli chache zinapata kivuli cha sehemu;

• Eneo lenye kivuli katika kila kikundi cha seli hubaki dogo;

• Kivuli ni cha mshazari, cha ukanda, au kimetawanyika kwa eneo;

• Dioda ya nje ya bypass haijawasha kikamilifu.

Kwa mfano, kivuli cha mshazari kutoka kwa nguzo ya umeme kinaweza kuacha kila kikundi cha seli na eneo dogo tu lenye kivuli. Katika hali hiyo, moduli ya BC huwa inaonyesha uwezo wake bora wa kustahimili kivuli.

Kwa Nini Moduli za BC Zina Sehemu za Moto Zinazopoa Zaidi

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 zenye joto la chini.

Kwanza, mkondo wa nyuma unaenea zaidi

Kwa seli za kawaida, usambazaji wa mkondo wa nyuma mara nyingi hauna usawa. Kuvunjika kwa nyuma kunaweza kuanza kwenye sehemu dhaifu za ndani, kama vile:

• Sehemu zenye kasoro za ndani;

• Kingo za seli;

• Hitilafu za uwekaji metali;

• Nyufa ndogo au maeneo yaliyochafuliwa;

• Maeneo yenye uzuiaji dhaifu wa ndani.

Sehemu hizi hufanya kama sehemu dhaifu.

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

Ni kama kutumia kiasi sawa cha joto kwenye vitu viwili:

• Sahani nzima ya chuma;

• Sehemu ndogo kama ncha ya pini.

Ya pili huwaka kwa kasi zaidi hakika.

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

Seli ya BC ina viungo vingi vya PN vilivyopishana nyuma yake. Upitishaji wa nyuma unaweza kuenea kwa urahisi katika maeneo mengi badala ya kujikita kwenye sehemu chache zenye kasoro.

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

Pili, voltage ya kuvunjika kwa nyuma iko 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 kuvunjika kwa nyuma inaweza kufanya kazi kama utaratibu wa ulinzi katika hali za kivuli.

Huu ni mfano rahisi.

Sema mkondo wa sasa ni 10A na seli moja inafunikwa kwa kiasi kikubwa.

Ikiwa seli ya kawaida inafikia voltage ya nyuma ya 15V baada ya kufunikwa, nguvu inayotolewa ni takriban:

P = 15V × 10A = 150W

Ikiwa seli ya BC inazuia kutokana na muundo wake wa nyuma na voltage ya nyuma imepunguzwa hadi karibu 6V, nguvu inayotolewa ni takriban:

P = 6V × 10A = 60W

Tofauti ni wazi kabisa.

Joto halisi la sehemu ya moto linategemea eneo lililofunikwa, joto la mazingira, kasi ya upepo, ufungaji wa moduli, ukubwa wa glasi, muundo wa seli, na njia ya majaribio, kwa hivyo huwezi kuhukumu kwa nambari moja maalum.

Lakini katika baadhi ya majaribio halisi na uzoefu wa shamba, moduli za BC kwa kawaida huwa na joto la chini la sehemu ya moto kuliko zile za kawaida. Kwa mfano, baadhi ya moduli za BC zinaweza kuweka joto la sehemu ya moto chini ya 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 sehemu ya moto hadi karibu 90 °C wakati moduli ya kumbukumbu iko karibu 190 °C, ikionyesha kuwa aina hii ya muundo wa upitishaji wa nyuma uliosambazwa unaweza kupunguza joto la sehemu ya moto kwa kiasi kikubwa.

Je, Voltage ya Chini ya Kuvunjika kwa Nyuma Daima ni Bora?

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

Si lazima.

Voltage ya chini ya kuvunjika kwa nyuma husaidia kupunguza joto la sehemu ya moto wakati wa kufunikwa, lakini pia inaweza kuleta mabadilishano ya muundo.

Ikiwa njia ya upitishaji wa nyuma haijaundwa vizuri, inaweza kuongeza uvujaji na kupunguza upinzani wa shunt, ambayo inadhuru 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 nyuma wa kufunikwa, tengeneza upitishaji salama na sawa wa nyuma kwa voltage ya chini.

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

Baadhi ya seli za BC huelekea ufanisi na zinaweza kujenga kizuizi kikali, kwa hivyo voltage yao ya kuvunjika kwa nyuma huwa juu. Nyingine huelekea uvumilivu wa kufunikwa na zinaweza kubuni njia za chini na sawa za kuvunjika kwa nyuma.

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

seli ya BC iliyoundwa vizuri inaweza kutumia muundo wake wa makutano ya PN ya nyuma iliyounganishwa kwa njia ya kuingiliana ili kufikia kuvunjika kwa nyuma kwa chini na sawasawa, na hiyo inaboresha uvumilivu wa kivuli na sehemu za moto.

Faida za Seli za BC Zimefupishwa

faida za seli za BC zimefupishwa

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

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

• Uzito wa chini wa nguvu za mitaa;

• Joto la chini la sehemu ya moto;

• Kiwango cha juu cha usalama cha moduli.

Hii Inamaanisha Nini kwa Matumizi ya Moduli

Hii inamaanisha nini kwa matumizi ya moduli?

Katika matumizi halisi, kivuli mara nyingi hakiwezi kuepukwa kabisa.

Hasa katika matukio yaliyosambazwa, kama vile:

• Paa za makazi;

• Paa za biashara na viwanda;

• PV ya balcony;

• BIPV;

• Uwekaji wa mwelekeo mwingi;

• Maeneo yaliyozungukwa na majengo magumu.

Katika matumizi haya, moduli zinaweza kukabiliwa na kivuli cha ndani mara kwa mara.

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 linapunguza 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 linaharakisha kuzeeka kwa nyenzo. Kadiri sehemu ya moto inavyokuwa dhaifu, ndivyo moduli inavyobaki imara kwa muda.

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

• Muundo wa mfumo unaofaa zaidi.

Moduli za BC zinabadilika vizuri kwenye paa ngumu, mazingira ya uwekaji yaliyosambazwa, na matukio ya kivuli nyingi.

Muhtasari

Muhtasari

Seli za BC hutoa uvumilivu bora wa kivuli na joto la chini la sehemu ya moto, si kwa sababu 'haziathiriwi na kivuli,' lakini kwa sababu zina faida katika muundo na tabia ya upendeleo wa nyuma.

Chini ya kivuli, seli za kawaida zinaweza kuona kuvunjika kwa nyuma kukizingatia sehemu za kasoro za ndani, na kusababisha uzito wa juu wa nguvu za mitaa na joto la juu la sehemu ya moto.

Muundo wa makutano ya PN ya nyuma iliyounganishwa wa seli ya BC hufanya kama kikwazo cha ndani cha reverse kilichosambazwa. Chini ya kivuli, inaweza kuunda upitishaji wa reverse kwa voltage ya chini ya reverse na kueneza mkondo wa reverse kwa usawa zaidi, ambayo inapunguza nguvu ya hot spot na joto la hot spot.

Lakini kumbuka, seli za BC hazina kinga kamili dhidi ya kivuli. Wakati eneo lenye kivuli ni kubwa sana, seli kadhaa zimefunikwa kabisa, na voltage ya substring inakuwa hasi ya kutosha, diode ya nje ya bypass bado inawasha. Kwa wakati huo, pato la substring iliyopitishwa linashuka kwa kiasi kikubwa.

Kwa hivyo njia sahihi zaidi ya kusema:

faida ya seli ya BC sio kuondoa athari ya kivuli, lakini kufanya athari hiyo iweze kudhibitiwa zaidi. Chini ya kivuli kidogo, inapunguza upotevu wa nguvu; chini ya kivuli kikubwa, inapunguza hatari ya hot spot.

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

Maoni ya Ooitech

Sehemu ya kuvutia hapa ni kwamba uvumilivu wa kivuli sio tu chaguo la muundo wa seli, pia inategemea jinsi muundo huo wa nyuma uliounganishwa unavyotolewa kwa usawa katika kila seli kwenye mstari. Mabadiliko madogo katika uwekaji wa metali, ukubwa wa pengo, au ubora wa upitishaji yanaweza kubadilisha tabia ya kuvunjika kwa reverse tuliyoelezea, ndiyo sababu 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 hivyo 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 mstari halisi wa uzalishaji zinazostahili kuangaliwa.