Utangulizi wa Bidhaa

Kivuli ni moja ya matatizo ya kawaida katika ufungaji halisi wa PV.

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

Hivi karibuni seli za jua za BC zimevutia umakini mkubwa katika paa za usambazaji, PV za balcony, na moduli za kifahari. Sababu moja kubwa: Seli za BC kwa kawaida hushughulikia kivuli vizuri, na huendesha kwa joto la chini la hot-spot chini ya kivuli.

Katika SNEC, mara nyingi huwaona wauzaji wakifunika sehemu ya seli na kisha kuonyesha uvumilivu wa kivuli wa bidhaa zao za BC kwa kuangalia jinsi pampu ya maji inavyoweza kunyunyiza juu.

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

Hebu tujaribu kuelezea kwa lugha rahisi.

Kwa nini kivuli husababisha sehemu zenye joto?

Seli katika moduli ya PV kawaida huunganishwa kwa mfululizo.

Mizunguko ya mfululizo ina sifa moja muhimu: mkondo lazima uwe sawa kila mahali.

Hiyo inamaanisha kuwa mkondo kupitia mfululizo mzima umewekwa na kitanzi cha mfululizo pamoja. Wakati kila seli inapata mwanga kamili, kila moja huzalisha nguvu na zote hufanya kazi kwa uthabiti.

Lakini ikiwa seli moja inafunikwa na kivuli, mkondo wa picha unaozalishwa unaweza kupungua. Ikiwa mfululizo bado unahitaji kusukuma mkondo mkubwa zaidi kupitia, seli hiyo iliyofunikwa inaweza kulazimishwa kuwa katika bias kinyume na seli nyingine zisizofunikwa. Wakati huo inacha kuwa jenereta na inageuka kuwa kitu kinachotumia nguvu.

Kwa kivuli cha sehemu, seli iliyotiwa kivuli haijafa kabisa. Sehemu isiyo na kivuli bado inazalisha mkondo wa picha. Kwa hivyo, kile kinachopaswa kupita kwenye njia ya kuvunjika kwa nyuma, njia ya kuvuja, au njia ya kupita sio mkondo kamili wa mfuatano, bali tofauti kati ya mkondo wa mfuatano na mkondo ambao seli hiyo bado inaweza kuzalisha.

Tunaweza kuita tofauti hii mkondo wa kutolingana:

Imismatch = Istring - Igenerate

Kwa hivyo nguvu ya joto ya sehemu ya moto inaweza kuandikwa kwa urahisi kama:

Photspot ≈ ∣Vrev∣ × Imismatch

ambayo ni:

Photspot ≈ ∣Vrev∣ × (Istring - Igenerate)

Fomula hii inaonyesha suala muhimu: kwa mkondo sawa wa mfuatano, kadri voltage ya nyuma inavyokuwa juu, ndivyo nguvu inayochomwa na seli iliyotiwa kivuli inavyokuwa kubwa, na sehemu ya moto inakuwa moto zaidi.

Kwa hivyo ufunguo mmoja wa kupambana na sehemu za moto ni:

jinsi ya kupunguza voltage ya nyuma kwenye seli iliyotiwa kivuli, na kueneza joto kwa usawa zaidi.

Hapa ndipo seli za BC zinapong'aa.

Je, seli ya BC inatofautiana kwa muundo na seli ya kawaida?

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

Kwa ufupi:

• mbele ina mistari mizuri ya gridi na busbars, na mwanga huingia kutoka mbele;

• mkondo, ukishazalishwa ndani ya seli, unakusanywa na elektrodi za mbele na nyuma.

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

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

Hiyo inaleta 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 kufanywa kwa mshazari, hivyo ukusanyaji wa mkondo ni sawia 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 kuna maeneo mengi yaliyopishana ya p na n. 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 sawia zaidi ya upitishaji wa nyuma.

Wakati huo huo, kwa sababu viungo hivi vya nyuma vya PN 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, kadiri pengo kati ya maeneo ya p na n linavyokuwa dogo, ndivyo uwanja wa ndani unavyokuwa na nguvu zaidi, na kwa kawaida ni rahisi kupata voltage ya chini ya kuvunjika kinyume. Lakini hiyo inaweza pia kuleta mabadilishano katika uvujaji na upinzani wa shunt. Kwa hivyo, uvumilivu wa kivuli wa seli ya BC sio nambari isiyobadilika, unahusishwa kwa karibu na muundo wa seli, muundo wa muundo wa nyuma, ukubwa wa pengo, mkusanyiko wa doping, ubora wa passivation, na mchakato wa utengenezaji.

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

Wakati moduli inapofunikwa kwa kivuli kwa sehemu, seli iliyofunikwa inasukwa kwenye bias kinyume na mkondo wa mfuatano. Kadiri kivuli kinavyozidi kuwa mbaya, jumla ya voltage ya sehemu hiyo ya mfuatano inaendelea kushuka.

Katika moduli za kawaida, diode ya bypass kawaida huunganishwa sambamba kwenye sehemu ya mfuatano. Diode ya bypass haiwashwi kwa njia ya kidhibiti. Ni kifaa kisicho na uwezo. Ikiwa inafanya kazi inategemea tu voltage juu yake. Wakati jumla ya voltage ya sehemu hiyo ya mfuatano inakuwa hasi vya kutosha, diode ya bypass inapata bias ya mbele na kuwasha yenyewe.

Hali ya kuwasha inaweza kuandikwa kama:

Vsubstring ≤ -Vf

Vsubstring ni jumla ya voltage ya sehemu ya mfuatano inayolindwa na diode ya bypass;

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

Kwa sehemu ya mfuatano, jumla ya voltage yake inaweza kueleweka kama:

Vsubstring = ∑Vunshaded + ∑Vshaded

ambapo:

• seli zisizo na kivuli bado hutoa voltage chanya;

• seli zilizo na kivuli zina bias kinyume na hutoa voltage hasi.

Hali ya kuwasha kwa diode ya kupita inaweza kusomwa kama:

∣∑Vshaded∣ ≥ ∑Vunshaded + Vf

Kwa maneno mengine:

jumla ya voltages hasi za seli zilizo na kivuli lazima izidi jumla ya voltages chanya za seli zilizobaki zisizo na kivuli, pamoja na kushuka kwa voltage ya kuwasha ya diode ya bypass, kabla ya diode ya bypass kuanza kufanya kazi.

Faida ya moduli ya BC ni kwamba, kabla ya diode ya bypass ya nje hata kuwasha, muundo wa PN junction uliopachikwa nyuma wa seli ya BC tayari hutoa upitishaji wa kinyume uliosambazwa. Hii inafanya kazi kama diode ya zener iliyojengwa ndani ya seli.

Chini ya bias kinyume, muundo wa PN junction uliopachikwa nyuma wa seli ya BC unaweza kuunda upitishaji wa kinyume uliosambazwa kwa voltage ya chini, ambayo inazuia voltage kinyume kupanda juu. Kwa hivyo chini ya kivuli cha sehemu, na diode ya bypass ya nje bado haijawashwa, moduli ya BC bado inaweza kushikilia nguvu ya pato la juu.

Kielelezo 2 Curve ya IV ya moduli wakati seli moja imefunikwa.

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 wa kivuli haimaanishi kinga dhidi ya kivuli

Kuna kutoelewa kwa kawaida kunahitaji kufafanuliwa.

Seli za BC huvumilia kivuli vizuri zaidi, lakini hiyo haimaanishi kuwa kivuli hakina athari kwao.

Seli yoyote ya PV itazalisha nguvu kidogo mara tu inapokuwa kivulini.

Ikiwa eneo lenye kivuli ndani ya kikundi kimoja ni kubwa sana, au seli kadhaa zimefunikwa kabisa, basi voltage ya nyuma ya seli zenye kivuli inaweza hatimaye kuzidi voltage ya mbele ya seli zilizobaki zisizo na kivuli. Wakati huo, diode ya nje ya bypass inawasha.

Mara tu diode ya bypass inapowasha, mkondo unaelekea kuzunguka sehemu hii yote ya kikundi. Seli zisizo na kivuli katika kikundi hiki zinapitiwa bypass pamoja na zile zenye kivuli, na mchango wao kwa pato hupungua kwa kiasi kikubwa. Kwa hiyo, wakati eneo lenye kivuli ni kubwa, faida ya kizazi cha moduli ya BC inapungua pia.

Moduli za BC huwa na faida wakati:

• seli moja au seli chache zina kivuli kidogo;

• eneo lenye kivuli ndani ya kila kikundi ni dogo;

• kivuli ni cha mshazari, kama mstari, au kimetawanyika kwa ndani;

• diode ya nje ya bypass haijawasha kabisa.

Kwa mfano, kivuli cha mshazari kutoka kwa nguzo ya umeme kinaweza kuacha kila kikundi na eneo dogo tu lenye kivuli. Katika hali hiyo, moduli ya BC kwa kawaida huonyesha kizazi bora kinachostahimili kivuli.

Kwa nini moduli za BC huwa baridi zaidi kwenye sehemu za moto?

Moduli za BC zina joto la chini la sehemu za moto hasa kwa sababu mbili.

Kwanza, mkondo wa nyuma unaenea zaidi

Katika seli za kawaida, usambazaji wa mkondo wa nyuma mara nyingi hauna usawa. Kuvunjika kwa reverse kunaelekea kutokea kwanza kwenye sehemu dhaifu za ndani, kama vile:

• maeneo yenye kasoro za ndani;

• kingo za seli;

• maeneo ya metallization isiyo ya kawaida;

• nyufa ndogo au maeneo yaliyochafuliwa;

• maeneo yenye passivation dhaifu ya ndani.

Sehemu hizi hufanya kama sehemu dhaifu.

Mara tu mkondo wa nyuma unapojikita kwenye sehemu hizi dhaifu, msongamano wa nguvu wa ndani unakuwa mkubwa sana, joto linapanda haraka, na sehemu ya moto inayojulikana inaunda.

Ni kama kupasha joto vitu viwili kwa kiasi sawa cha joto:

• sahani nzima ya chuma;

• doa dogo kama kichwa cha pini.

Ya pili ina joto haraka, hakuna swali.

Kwa hiyo hatari ya seli ya kawaida chini ya kivuli sio "kupashwa joto sawasawa kwenye seli nzima", ni kupashwa joto kwa doa moja kali..

Seli ya BC ina makutano mengi ya PN yaliyopishana nyuma. Uendeshaji wa nyuma unaweza kuenea kwa urahisi katika maeneo mengi badala ya kujilimbikizia kwenye sehemu chache za kasoro.

Kwa hivyo usambazaji wa sasa wa nyuma wa seli ya BC ni sawia zaidi, msongamano wa nguvu za mitaa ni mdogo, na joto la sehemu ya moto pia ni la chini.

Pili, voltage ya kuvunjika kwa nyuma iko chini

Unaweza kuiona kutoka kwa fomula ya nguvu ya sehemu ya moto:

Photspot ≈ ∣Vrev∣ × Imismatch

Kwa sasa sawa ya kutolingana, kadri voltage ya nyuma inavyokuwa chini, ndivyo nguvu ya joto inavyopungua.

Ndiyo maana voltage ya chini ya kuvunjika kwa nyuma inaweza kufanya kazi kama utaratibu wa ulinzi chini ya kivuli.

Huu ni mfano rahisi.

Tuseme sasa ya moduli ni 10A, na seli moja imefunikwa kwa kivuli vibaya.

Ikiwa seli ya kawaida inafikia voltage ya nyuma ya 15V baada ya kivuli, nguvu inayochoma 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 inayochoma ni takriban:

P = 6V × 10A = 60W

Tofauti ni kubwa.

Bila shaka, joto halisi la sehemu ya 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 kuhukumu kwa nambari moja maalum.

Bado, katika baadhi ya majaribio halisi na uzoefu wa shamba, moduli za BC kwa kawaida huwa na joto la chini kwenye sehemu za moto kuliko za kawaida. Kwa mfano, baadhi ya moduli za BC zinaweza kuweka joto la sehemu ya 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 hufanikisha kitu kama "dioda ya kupita iliyojengwa ndani", na kupunguza joto la sehemu ya moto hadi karibu 90 °C wakati moduli ya kumbukumbu iko karibu 190 °C, ambayo inaonyesha muundo huu wa usambazaji wa nyuma unaweza kupunguza joto la sehemu ya moto kwa kiasi kikubwa.

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 chini ya kivuli, lakini inaweza pia 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 uendeshaji wa kawaida, weka ufanisi wa juu, uvujaji mdogo, na upinzani wa juu wa shunt;

2. chini ya upendeleo wa nyuma kutoka kwa kivuli, tengeneza uendeshaji salama na sawia wa nyuma kwa voltage ya chini.

Ndiyo maana pia seli tofauti za BC hutofautiana katika utendaji wa kivuli.

Baadhi ya seli za BC huelekea kwenye ufanisi, kwa hivyo zinaweza kutenga kwa nguvu zaidi na kuishia na voltage ya juu ya kuvunjika kwa nyuma. Nyingine huelekea kwenye uvumilivu wa kivuli, kwa hivyo zinaweza kubuni njia za chini na sawia za kuvunjika kwa nyuma.

Kwa hivyo huwezi kusema tu "seli zote za BC huvumilia kivuli sawa". Taarifa sahihi zaidi ni:

seli ya BC iliyoundwa vizuri inaweza kufikia kuvunjika kwa nyuma kwa chini na sawasawa kupitia muundo wake wa makutano ya PN ya nyuma iliyounganishwa, ambayo inaboresha uvumilivu wa kivuli na sehemu za moto.

Muhtasari wa faida za seli ya BC

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

• upotevu mdogo wa nguvu ya moduli chini ya kivuli kidogo, kabla ya diode ya nje ya bypass kuwasha;

• wiani mdogo wa nguvu wa ndani;

• joto la chini la sehemu ya moto;

• kiwango cha juu cha usalama cha moduli.

Hii inamaanisha nini kwa matumizi ya moduli?

Kwa vitendo, kivuli mara nyingi hakiwezi kuepukwa kabisa.

Hasa katika matukio yaliyosambazwa, kama vile:

• mapaa ya makazi;

• mapaa ya biashara na viwanda;

• PV ya balcony;

• BIPV;

• uwekaji wa mwelekeo mbalimbali;

• maeneo yenye majengo magumu jirani.

Katika matumizi haya, moduli zinaweza kupata kivuli kidogo mara kwa mara.

Ikiwa seli inavumilia kivuli vizuri na inaendesha baridi kwenye sehemu za moto, hiyo inamaanisha:

• Usalama bora wa moduli: joto la chini la sehemu ya moto hupunguza kuzeeka kwa encapsulant, 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 uzalishaji unaodhibitiwa zaidi: wakati kivuli kidogo hakiepukiki, moduli ya BC inaweza kupunguza baadhi 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.

Kuhitimisha

Seli za BC huvumilia kivuli vizuri na huendesha baridi kwenye sehemu za moto, si kwa sababu 'haziathiriwi na kivuli', bali kwa sababu zina faida katika muundo na tabia ya kuvunjika kwa nyuma.

Kwa seli ya kawaida chini ya kivuli, kuvunjika kwa nyuma kunaweza kujilimbikizia kwenye sehemu za kasoro za ndani, na kusababisha wiani mkubwa wa nguvu wa ndani na joto la juu la sehemu ya moto.

Muundo wa makutano ya PN ya nyuma iliyounganishwa ya seli ya BC hufanya kama clamp ya nyuma iliyosambazwa na iliyojengwa ndani. Chini ya kivuli, inaweza kuunda upitishaji wa nyuma kwa voltage ya chini ya nyuma na kueneza mkondo wa nyuma kwa usawa zaidi, ambayo hupunguza nguvu ya sehemu ya moto na joto la sehemu ya moto.

Lakini kumbuka, seli za BC si za kukinga kivuli kabisa. Wakati eneo la kivuli ni kubwa sana, seli kadhaa zimefunikwa kabisa, na voltage ya substring inakuwa hasi ya kutosha, diode ya nje ya bypass bado inawasha. Wakati huo, pato la substring iliyopitishwa linapungua kwa kiasi kikubwa.

Kwa hivyo kwa usahihi zaidi:

Faida ya seli ya BC sio kuondoa athari za kivuli, ni kuzifanya ziweze kudhibitiwa zaidi. Chini ya kivuli cha eneo ndogo inaweza kupunguza hasara ya nguvu; chini ya kivuli kizito inaweza kupunguza hatari ya sehemu yenye joto kali.

Hiyo ndiyo sababu ya msingi kwa nini seli za BC hufanya vizuri zaidi katika mazingira changamano ya kivuli.

Maoni ya Ooitech

Kinachotushangaza hapa ni kwamba faida ya kivuli ya BC inategemea hatua ya uwekaji wa nyuma wa mawasiliano, si katika nyenzo za kichawi, ambayo inamaanisha kuwa mstari wa moduli lazima ufikie uvumilivu mkali kwenye muundo wa interdigitated ili kupata uharibifu huo wa chini na sawa. Kwenye mstari wa uzalishaji tumeona fizikia sawa ikijitokeza katika upimaji wa EL na sehemu zenye joto kali, ambapo muundo usio sawa wa nyuma unaonekana kama sehemu za uharibifu zilizotawanyika muda mrefu kabla ya moduli kuona kivuli. Ikiwa unapenda aina hii ya uchambuzi wa kile kinachotokea kati ya seli na moduli iliyokamilishwa, kituo chetu cha YouTube cha www.youtube.com/ooitech kina zaidi kutoka ndani ya viwanda halisi vya jua.