Materiały modułów paneli słonecznych — warstwa po warstwie

Krótka odpowiedź: Moduł panelu słonecznego składa się z ośmiu głównych materiałów, z których każdy pełni określoną funkcję w stosie. Hartowane szkło przednie o niskiej zawartości żelaza przenosi obciążenie optyczne i chroni ogniwa. Enkapsulant — zwykle EVA — wiąże warstwy i zatrzymuje wilgoć, a podczas laminowania sieciuje w temperaturze około 150 °C. Ogniwa słoneczne generują prąd. Taśma je łączy, folia tylna uszczelnia tylną stronę przed UV i wilgocią, puszka przyłączeniowa odprowadza moc wyjściową, a aluminiowa rama zapewnia wytrzymałość mechaniczną i interfejs montażowy. Dwa mniejsze elementy dopełniają listę: uszczelniacz krawędziowy i materiały izolacyjne wewnątrz puszki. Każdy materiał ma istotną specyfikację — przepuszczalność szkła, zawartość żelu w enkapsulancie, wytrzymałość dielektryczna folii tylnej — a niezgodność między dowolnymi dwoma z nich ujawnia się później jako rozwarstwienie, korozja lub nieudany test bezpieczeństwa.

Produkcja modułów PV · autor: Jerry, Ooitech

Wprowadzenie

Rola optyczna powierzchni szkła osłonowego oraz to, dlaczego tekstura jest określona, a nie przypadkowa, została omówiona w dlaczego szkło panelu słonecznego jest teksturowane.

Większość modułów fotowoltaicznych jest zbudowana z kilku podstawowych materiałów. Typowy moduł słoneczny składa się z materiału powierzchni przedniej, ogniw słonecznych, enkapsulant materiału, materiału powierzchni tylnej, ramy i kilku części wspierających. Każda warstwa ma swoje zadanie, a razem decydują o wydajności modułu i jego trwałości. Przejdźmy przez nie po kolei.

Materiał powierzchni przedniej

Co robi i dlaczego szkło wygrywa

Materiał powierzchni przedniej modułu PV musi charakteryzować się wysoką przepuszczalnością w zakresie długości fal wykorzystywanych przez ogniwa słoneczne, a także niskim współczynnikiem załamania, aby światło słoneczne było pochłaniane tak efektywnie, jak to możliwe. Poza transmisją i odbiciem materiał przedni powinien być nieprzepuszczalny dla wody, mieć dobrą odporność na uderzenia, pozostawać stabilny przy długotrwałej ekspozycji na UV oraz mieć niski opór cieplny, aby zapobiec korozji kontaktów metalowych i połączeń przez wodę lub parę wodną, co skróciłoby żywotność modułu.

Ponieważ moduły znajdują się na zewnątrz i często są narażone na trudne warunki pogodowe, takie jak wiatr, piasek, deszcz i śnieg, materiał przedni musi również mieć pewną sztywność, aby chronić ogniwa wewnątrz przed uderzeniami zewnętrznymi.

Istnieje kilka opcji dla powierzchni przedniej, w tym akryl, polimery i szkło. Najczęstszym wyborem jest hartowane szkło niskożelazowe, ponieważ jest tanie, mocne, stabilne, wysoce przezroczyste, wodoszczelne, hermetyczne i oferuje dobrą samooczyszczalność.

Ogniwa słoneczne

Serce wytwarzania energii

Ogniwo słoneczne jest jedną z najważniejszych części modułu PV i bezpośrednio decyduje o całkowitej mocy wyjściowej modułu. Jest to płytka półprzewodnikowa, która wytwarza energię elektryczną ze światła słonecznego, a przy spełnieniu określonych warunków oświetlenia ogniwo wytwarza napięcie i prąd po podłączeniu w obwodzie.

Istnieje wiele opcji ogniw. Ze względu na technologię procesu obejmują one TOPCon, BC, HJT i inne. Ze względu na specyfikację rozmiaru dostępne są 182, 183, 210 i więcej. Nawet w ramach tej samej technologii i rozmiaru ogniwa są dodatkowo klasyfikowane według wydajności.

Materiał enkapsulujący

Warstwa wiążąca, która wszystko łączy

Enkapsulant zapewnia przyczepność między ogniwami słonecznymi a przednią i tylną powierzchnią modułu. Musi pozostać stabilny w wysokiej temperaturze i przy silnym narażeniu na promieniowanie UV. Powinien być również optycznie przezroczysty, o niskim oporze cieplnym i wysokim oporze elektrycznym.

EVA (kopolimer etylenu i octanu winylu) jest najczęściej stosowanym enkapsulantem. Występuje w postaci cienkiej folii, którą układa się między ogniwami a przednią i tylną powierzchnią, tworząc strukturę kanapkową. Ta kanapka jest następnie podgrzewana do 140-150°C pod określonym ciśnieniem przez pewien czas, co pozwala EVA spolimeryzować i scalić moduł. Na poniższym obrazie półprzezroczysta folia na ogniwach to EVA.

Folia tylna

Ochronna tylna powierzchnia

Folia tylna PV to tylna powierzchnia modułu. Jej kluczowe wymagania to niski opór cieplny oraz zdolność do zatrzymywania wody lub pary wodnej. Moduły z pojedynczą szybą zazwyczaj wykorzystują folię polimerową jako folię tylną, natomiast moduły z podwójną szybą używają zamiast niej szkła, ponieważ przezroczyste szklane tyły mogą pochłaniać światło odbite od podłoża i zwiększać moc wyjściową.

Taśma PV (taśma miedziana cynowana)

Jak prąd jest zbierany i przewodzony

Taśma PV, taśma miedziana powlekana cyną, dzieli się głównie na taśmę łączącą i taśmę szynoprzewodu. Taśma łącząca łączy ogniwa wewnątrz modułu; jest lutowana bezpośrednio do przewodzących szyn na powierzchni ogniwa przez maszynę do stringowania, przewodząc i zbierając prąd z każdego ogniwa. Taśma szynoprzewodu łączy łańcuchy ogniw w module; jest lutowana do taśm łączących i gromadzi prąd wytwarzany przez ogniwa w puszka przyłączeniowa.

Podstawą taśmy PV jest metal miedziany, pokryty cienką warstwą cyny. Podstawa miedziana zapewnia wysoką przewodność i niski opór, zmniejszając opór wewnętrzny modułu i ograniczając straty mocy. Powłoka cynowa jest potrzebna, ponieważ miedź ma wysoki punkt topnienia i sama w sobie słabą lutowalność; pokrycie cyną podstawy miedzianej nadaje taśmie dobrą spawalność i pozwala taśmie łączącej mocno przylutować się do szyn na powierzchni ogniwa, zapewniając dobry przepływ prądu.

Puszka przyłączeniowa

Most do obwodu zewnętrznego

Puszka przyłączeniowa przewodzi prąd w module PV. Łączy się z wewnętrzną taśmą szynoprzewodu i łączy moduł z obwodem zewnętrznym. Wymaga dobrych właściwości elektrycznych, a jej konstrukcja i wymiary muszą spełniać wymagania środowiska pracy, w tym wymagania elektryczne, mechaniczne, odporności na ciepło, korozję i warunki atmosferyczne, nie stwarzając przy tym zagrożenia dla użytkowników ani środowiska. Typowe puszki przyłączeniowe modułów PV wykorzystują szybkozłącza MC4.

Rama

Wytrzymałość, szczelność i łatwy montaż

Rama pełni kilka funkcji. Po pierwsze, chroni krawędź szkła i zapobiega pękaniu modułu pod wpływem sił zewnętrznych. Po drugie, w połączeniu z uszczelniaczem krawędziowym wzmacnia szczelność modułu. Po trzecie, znacznie poprawia ogólną wytrzymałość mechaniczną modułu. Po czwarte, ułatwia montaż i transport modułu oraz pełni funkcję nośnika łączącego moduł z konstrukcją montażową, dzięki czemu prawidłowe zamocowanie zapewnia najlepszą odporność na obciążenia, skalując się od pojedynczych uchwytów do zintegrowanych macierzy i zwiększając możliwości mechaniczne całego systemu elektrowni.

Uszczelniacz

Zatrzymywanie wilgoci na zewnątrz

Uszczelniacz służy do przyklejania puszki przyłączeniowej do tylnej warstwy modułu PV, zapewniając wodoszczelność szczeliny między nimi i poprawiając odporność modułu na warunki atmosferyczne. Klei również moduł do ramy, wzmacniając połączenie między nimi i zapobiegając przedostawaniu się pary wodnej do modułu.

Opinia Ooitech

Ooitech uważa: wydajność i żywotność modułu słonecznego zależą od tego, jak dobrze jego warstwowe materiały, od przedniego szkła po uszczelniacz, współpracują jako jeden system.