Proč se řežou solární články?

Obsah:

1. Proč řezat solární články？
2. Principy řezání
3. Výhody panelů řezaných na 1/3 oproti panelům řezaným na polovinu
4. Proč výrobci nevyrábějí solární články s 1/4 řezem nebo dokonce s 1/5 řezem?
5. Závěr

Proč se řežou solární články?

V posledních letech rychle pokročila technologie fotovoltaických (PV) systémů a stala se široce využívanou. Narůstá poptávka po vysokovýkonných solárních panelech a snižování energetických ztrát a zvyšování výkonu těchto panelů se stalo zaměřením výrobců po celém světě. Řezání solárních článků je technika, která zvyšuje účinnost panelů zmenšením článků, což snižuje odpor a zlepšuje výkon.

Ale proč se řezání solárních článků stalo teprve nedávno populárním tématem v průmyslu? Jedním důvodem je zvětšení velikosti křemíkových destiček z 156 mm (M1) na 161,7 mm (M4). Toto zvětšení velikosti zvýšilo plochu destiček a proud o přibližně 7 %, ale zároveň zvýšilo elektrické ztráty o 15 %. To vedlo průmysl k hledání způsobů, jak snížit ztráty související s proudem. Kromě toho může řezání článků snížit stínící ztráty z kovových elektrod článku a zvýšit počet sběračů, což pomáhá zlepšit proudový tok.

Navíc pokroky ve výrobě destiček a článků nyní umožňují screenování plnohodnotných článků bez potřeby opětovného měření řezaných článků po jejich rozdělení. Tím se zefektivňuje výrobní proces, což jej činí efektivnějším a nákladově úspornějším.

Shrnutí: Řezání solárních článků na menší kusy pomáhá vytvářet solární panely silnější a účinnější, čímž odpovídá rostoucí poptávce po vysokovýkonných řešeních solární energie.

Principy řezání solárních článků

1. Proces řezání

• Obdélníkování křemíkového ingotu: Zpracování křemíkového ingotu na blok, který splňuje požadované specifikace.
• Řezání a broušení křemíkového bloku: Odstranění konců, vyrovnání, zkosení a zaoblení křemíkového bloku.
• Lepení křemíkového bloku: Přilepení křemíkového bloku na pracovní desku připravenou pro řezání drátem.
• Řezání křemíkového bloku: Použití multifunkčního drátového pily k řezání křemíkového bloku na tenké křemíkové destičky.
• Čištění křemíkové destičky: Čištění povrchu destičky od slizů pomocí předčištění, vložení a ultrazvukového čištění.
• Třídění a balení křemíkových destiček: Hodnocení destiček podle standardů a jejich balení pro skladování.

2. Techniky řezání

LSC - Laserové řezání a lámání

Tato technika využívá technologii laserové ablace. Technologie half-cut článků obvykle využívá laserového řezání, kdy standardní solární články jsou vertikálně rozřezány podél hlavních sběračů na dvě stejně velké poloviny. Tyto poloviny jsou pak propojeny pomocí svařování pro sériové spojení. Zde je jak to funguje:
Proces: Laser vytváří plně dlouhé řezné linky podél hran half-cut článku. V některých případech řezání neodděluje úplně článek, ale zanechá drážku asi na polovinu tloušťky článku. Článek je poté mechanicky rozlámán podél těchto řezných linek.
Výhody: Tato metoda se vyhýbá vytváření shuntových cest v p-n přechodu tím, že řezání probíhá zezadu článku. U PERC článků s kompletní zadní kovovou vrstvou nezpůsobuje vytvoření malého otvoru na zadní straně žádné ztráty výkonu.
Inovace: Fraunhofer CSP vyvinul a patentoval pokročilou verzi techniky LSC. Tato verze zahrnuje aplikaci laserového řezání na mírně ohnuté solární články, dosahující jednoúrovňového procesu, kde řezání a lámání probíhá ve stejné stanici.

TMC - Termomechanické lámání

Na rozdíl od LSC TMC nepoužívá ablační techniky, které mohou způsobovat mikropukliny. Namísto toho aplikuje vysoko koncentrovaný teplotní gradient podél hrany half-cut článku, čímž indukuje lokální mechanické napětí, které vede k praskání.

Proces: Aplikací teplotního gradientu materiál podstupuje lokální mechanické napětí, které vede k praskání bez ablace materiálu.

Výhody: Procesy TMC nezahrnují ablační procesy a snižují celkové tepelné vedlejší účinky, což minimalizuje strukturální poškození destiček při optimalizaci procesních parametrů.

Inovace: Některé vybavení pro half-cut články metodou TMC je již komerčně dostupné nebo ve vývoji. Významní výrobci zahrnují 3D-Micromac AG a Innolas Solutions GmbH z Německa.

V souhrnu, řezání solárních článků zahrnuje sérii přesných kroků, aby se zajistila optimální výkonnost a účinnost. Techniky LSC a TMC nabízejí různé výhody a lze je vybírat podle konkrétních potřeb a výrobních schopností.

Výhody 1/3-cut článků ve srovnání s half-cut články

1. Snížení ztrát odporu a zvýšení výstupního výkonu

Jedním z důvodů ztráty výkonu u solárních panelů jsou ztráty odporu, které vznikají během přenosu proudu. Solární články používají sběrače k připojení k sousedním drátům a článkům, a proud tekoucí těmito sběrači způsobuje určité energetické ztráty. Řezáním solárních článků na poloviny se proud vyprodukovaný každým článkem sníží na polovinu, což vede ke snížení ztrát odporu při průtoku proudu skrz články a dráty solárního panelu. S použitím vzorce pro ztráty elektrického výkonu P=I2RP = I^2RP=I2R, pokud se proud sníží na jednu třetinu původní hodnoty, jsou ztráty významně sníženy. U 1/3-cut článků je proud pouze jednu třetinu původního článku ve srovnání s polovičním průměrem v half-cut článkách. To dále snižuje sériový odpor článků, minimalizuje energetické ztráty a tím zvyšuje výstupní výkon a účinnost solárních modulů.

2. Snížení efektu teplého místa

V tradičních modulech s plně velkými články může zastínění článku vést k vytvoření teplého místa, což vede ke snížení výkonu nebo dokonce k poškození článku. Technologie 1/3-cut článků snižuje riziko vzniku teplých míst tím, že zvyšuje počet článků a tím snižuje proud v každém článku. S rovnoměrnějším rozložením tepla a snížením efektů teplého místa mají moduly 1/3-cut prodlouženou životnost a vyšší dlouhodobou spolehlivost.

3. Zvýšený faktor vyplnění

Faktor vyplnění (FF) je měřítkem kvality solárního článku. Tento faktor je dostupný výkon u bodu maximálního výkonu (Pm) dělený otevřeným obvodovým napětím (VOC) a zkratovým proudem (ISC):

Faktor vyplnění je přímo ovlivněn hodnotami sériového odporu článku, shuntového odporu (Rsh) a ztrát diod. Zvýšení shuntového odporu (Rsh) a snížení sériového odporu (Rs) vedou k vyššímu faktoru vyplnění, což vede ke zvýšení účinnosti a přibližuje výstupní výkon článku k jeho teoretickému maximu.

Technologie 1/3-cut článků zlepšuje správu proudu, zvyšuje faktor vyplnění modulu a tím zlepšuje jeho výkon v reálných provozních podmínkách.

4. Zlepšená tolerance stínění

Ve srovnání s plně velkými články prokazují half-cut články větší odolnost vůči efektům stínění. To však není způsobeno samotnými články, ale spíše způsobem zapojení drátů, které spojují half-cut články uvnitř panelu. V tradičních solárních panelech postavených s plně velkými články jsou články zapojeny sériově, kde zastínění jednoho článku v sérii může zastavit generování energie celé řady. Standardní panel obvykle má 3 řady nezávisle zapojených článků, takže zastínění jednoho článku v řadě eliminuje polovinu výstupního výkonu tohoto panelu.

Stejně tak i half-cut články jsou zapojeny sériově, ale panely vyrobené s half-cut články mají dvojnásobný počet článků (120 místo 60), což vede k dvojnásobnému počtu nezávislých řad článků. Tato konfigurace zapojení snižuje ztrátu výkonu u panelů postavených s half-cut články, když je zastíněn jeden článek, protože zastínění jednoho článku může eliminovat pouze jednu šestinu celkového výstupního výkonu panelu.

Rozšířením tohoto principu, 1/3-cut články vykazují ještě nižší citlivost na lokální zastínění ve srovnání s half-cut články. I když jsou některé segmenty článků zastíněny, celkový výstupní výkon zůstává téměř nezměněný, což zajišťuje vyšší celkovou účinnost při generování elektrické energie.

5. Zlepšená tržní konkurenceschopnost

Zlepšený výkon a účinnost 1/3-cut modulů je činí na trhu konkurenceschopnějšími, schopnými splnit požadavky na vysoké trhy a specializované aplikace. Tato zlepšení snižují náklady na provoz, čímž přinášejí vyšší ekonomické výhody.

Díky zvýšenému výstupnímu výkonu na modul se potřebuje méně modulů k vytvoření požadovaného množství elektřiny jak pro zemní instalace, tak pro solární instalace na střechách. Toto snížení počtu modulů přispívá k minimalizaci potřebného prostoru pro instalaci. Pro velké solární farmy na výrobu elektřiny na škále utilit je snížený požadavek na prostor užitečný při snižování potřeby země pro vytvoření solárních fotovoltaických zařízení.

Proč výrobci neprodukují solární články typu 1/4-cut nebo dokonce 1/5-cut?

Zatímco články typu 1/4-cut a 1/5-cut by mohly nabídnout mírně vyšší výstupní výkon na modul, optimalizace energetického řešení zahrnuje zvážení dalších výrobních složitostí.

Konkrétně začlenění více řezů solárního článku vyžaduje další bypass diody pro ochranu obvodu v rámci modulu. To zvyšuje spotřebu surovin, což vede ke zvýšeným nákladům a prodloužení výrobních termínů. Pro rezidenční solární řešení zaměřené na snižování nákladů vedle efektivity je výhodné udržovat moduly jednoduché a elegantní. Solární články typu 1/3-cut, které vyžadují pouze tři bypass diody, nacházejí rovnováhu mezi cenovou dostupností a zvýšeným výkonem pro uživatele. Tento design také minimalizuje rizika spojená s budoucími úpravami a zároveň maximalizuje stávající efektivitu.

Závěr

Solární články typu 1/3-cut ve srovnání s polovičními články výrazně zvyšují celkový výkon a efektivitu modulů solárních panelů díky dalšímu snižování proudu a odporu, minimalizaci ztrát výkonu, optimalizaci distribuce tepla a zlepšení spolehlivosti součástek. Tyto výhody činí technologii 1/3-cut atraktivnější pro vysokoškolské aplikace a specifické scénáře. Navzdory složitějšímu výrobnímu procesu často vylepšení výkonu a ekonomické výhody převažují nad těmito dodatečnými náklady.

Společnost Maysun Solar se specializuje na výrobu vysoce kvalitních fotovoltaických modulů od roku 2008. Kromě solární elektrárny na balkóně Maysun Solar nabízí širokou škálu černých, rámových černých, stříbrných a skleněných solárních panelů, které využívají technologie half-cut, MBB, IBC a HJT. Tyto panely nabízejí vynikající výkon a stylový design, který se bezproblémově hodí do jakéhokoli prostředí. Maysun Solar úspěšně zřídil kanceláře, sklady a dlouhodobé vztahy s vynikajícími instalatéry v mnoha zemích! Prosím, kontaktujte nás pro nejnovější nabídky modulů nebo jakékoliv dotazy týkající se PV. Jsme nadšeni, že vám můžeme pomoci.

Odkazy:

Sharma, N. (2024, 15. března). Half-Cut Solar Cells- Are they Worth the Hype? Ornate Solar. https://ornatesolar.com/blog/why-should-you-choose-half-cut-cell-modules-for-your-solar-projects

Společnost Trina Solar. (2022, 31. října). Co je to za humbuk kolem 1⁄3-Cut solárních článků? https://www.trinasolar.com/us/resources/blog/third-cut-solar-cells.

Přispěvatelé Wikipedie. (2024, 21. dubna). Účinnost solárních článků. Wikipedie. https://en.wikipedia.org/wiki/Solar-cell_efficiency

Může se vám také líbit: