TOPCon vs ogniwa słoneczne BC: porównanie od strony tylnej
Spis treści
Różnica między TOPCon i BC jest zwykle omawiana na przedniej stronie ogniwa, gdzie można ją zmierzyć. Większość ryzyka produkcyjnego tkwi na tylnej stronie, gdzie trzeba go szukać.
PV Cell Technology · Module Manufacturing · by Jerry, Ooitech
1. Porównanie na jednym zdjęciu
Rys. 1: Tylna strona ogniwa TOPCon (po lewej) obok tylnej strony ogniwa BC (po prawej). Tylna powierzchnia TOPCon to ciągłe, w dużej mierze jednolite pole. Tylna strona BC jest zorganizowana w dyskretne strefy elektrod.
Lewe ogniwo pokazuje, jak wygląda konwencjonalna struktura tylna: szerokie, równomierne pole z jedną rodziną cech biegnących w poprzek. Prawe ogniwo robi coś strukturalnie odmiennego. Zarówno elektrody dodatnie, jak i ujemne znajdują się na tej samej powierzchni, dlatego wzór jest gęstszy i bardziej segmentowany.
Ta pojedyncza obserwacja wyjaśnia kompromis, który towarzyszy BC na każdym etapie produkcji modułów.
2. Dlaczego BC kupuje wydajność przedniej strony kosztem bifacjalności
BC przenosi obie polaryzacje na tył. Przód ogniwa nie ma więc szyn zbiorczych ani palców, więc żaden metal nie blokuje padającego światła i nie ponosi się strat zacienienia z przodu. To jest źródło przewagi BC w wydajności przedniej strony i jest ona realna.
Koszt ponosi się z tyłu. Ponieważ cała metalizacja jest skoncentrowana na jednej powierzchni, tył ogniwa BC jest zatłoczony drobnymi palcami i szynami zbiorczymi. Te linie metalu zajmują obszar, który w przeciwnym razie zbierałby napromieniowanie z tylnej strony, więc moduł BC zbiera mniej światła z tyłu niż moduł TOPCon o tym samym formacie. To jest strukturalny powód, dla którego bifacjalność BC jest niższa niż bifacjalność TOPCon, i żadne dostrajanie procesu tego nie usuwa. To konsekwencja konstrukcji, a nie wada.
| TOPCon | BC | |
|---|---|---|
| Umiejscowienie elektrod | Przeciwne polaryzacje na przeciwnych powierzchniach | Obie polaryzacje na tylnej powierzchni |
| Zacienienie przedniej strony | Palce i szyny zbiorcze zacieniają przód | Brak metalizacji przedniej, więc brak zacienienia przedniej strony |
| Zbieranie światła z tyłu | Tył jest w dużej mierze wolny od metalizacji | Metalizacja tylna zmniejsza obszar zbierający |
| Dodatkowy etap procesu | Żaden specyficzny dla izolacji polaryzacji | Materiał izolacyjny między elektrodami o przeciwnej polaryzacji |
3. Problem układu elektrod
Rys. 2: Bliższe spojrzenie na tył BC. Podświetlony obszar znajduje się tam, gdzie struktury o przeciwnej polaryzacji biegną blisko siebie, czyli dokładnie tam, gdzie izolacja musi się utrzymać.
Na tyle TOPCon polaryzacje nigdy się nie spotykają, ponieważ znajdują się na różnych powierzchniach ogniwa. Na tyle BC dzielą jedną powierzchnię, ułożone w strefy: palce ujemne, szyny zbiorcze ujemne, palce dodatnie i szyny zbiorcze dodatnie, wszystkie przeplatane na tej samej płaszczyźnie.
To sąsiedztwo jest problemem inżynieryjnym. Dwie elektrody o przeciwnej polaryzacji znajdujące się w niewielkiej odległości od siebie spowodują zwarcie ogniwa, jeśli kiedykolwiek się zetkną, czy to przez defekt druku, wychylenie lutowania, zanieczyszczenie, czy uszkodzenie mechaniczne podczas obsługi. Materiał izolacyjny nadrukowany między nimi jest tym, co temu zapobiega, co czyni go warstwą funkcjonalną, a nie dodatkiem ochronnym.
Materiał i stronę procesową tego zagadnienia omawiamy szczegółowo w why BC solar cells need insulating glue on the back, w tym, co warstwa musi robić i jak jest nakładana.
4. Pytanie, na które nikt nie może odpowiedzieć testem laboratoryjnym
Gdy izolacja zależy od nadrukowanej warstwy, oczywistym pytaniem jest, jak długo ta warstwa wytrzyma. Gwarancja modułu trwa 25 lat, a środowisko terenowe nie jest łagodne: dobowe wahania temperatury, ciągła ekspozycja na promieniowanie UV, wnikanie wilgoci i powtarzające się cykle termiczne działają na tę samą granicę faz.
Warstwa izolacyjna musi pozostać izolująca przez cały ten okres. Nie może pękać, kredować, odwarstwiać się ani degradować do ścieżki przewodzącej. Świeżo wykonane ogniwo, które przechodzi kontrolę przychodzącą, dowodzi, że warstwa została prawidłowo nałożona w dniu testu. Nie dowodzi niczego o dwunastym roku.
To jest istota długoterminowej debaty o niezawodności wokół BC i jest to uczciwa debata, a nie krytyka. Trzy zmienne decydują o wyniku:
| Zmienna | Dlaczego to ma znaczenie |
|---|---|
| Formuła materiału | Odporność na warunki atmosferyczne jest właściwością chemii. Dwóch dostawców sprzedających „klej izolacyjny” może dzielić lata różnicy w wydajności UV i odporności na wilgotne ciepło. |
| Kontrola powłoki | Jednorodność grubości i definicja krawędzi decydują, czy izolacja jest ciągła. Cienki lub przerwany nadruk to ukryte zwarcie. |
| Utwardzanie | Niedoutwardzony materiał zachowuje reaktywne składniki i traci przyczepność; przetwardzenie czyni go kruchym. Oba skracają żywotność w terenie. |
Tu dostawcy się różnią. Producenci stosujący formuły o wysokiej odporności na warunki atmosferyczne z precyzyjną kontrolą druku i utwardzania kupują margines wobec 25-letniego pytania. Producenci, którzy traktują warstwę izolacyjną jako linię kosztową do zminimalizowania, noszą ryzyko, które nie pojawi się, dopóki moduły nie znajdą się w terenie i poza zasięgiem gwarancji.
5. Co to zmienia na linii modułów
Dla fabryki montującej moduły BC architektura tylna zmienia cztery rzeczy na hali.
| Powierzchnia | Co się zmienia |
|---|---|
| Łączenie w stringi | Wszystkie połączenia międzyogniwowe lądują na jednej powierzchni. Tolerancja umiejscowienia i kontrola temperatury lutowania mają większe znaczenie, ponieważ wychylenie lutowania w pobliżu warstwy izolacyjnej powoduje uszkodzenie niewidoczne optycznie. |
| Naprężenie mechaniczne | Nagrzewanie jednej strony ogniwa, podczas gdy druga pozostaje chłodniejsza, powoduje wyginanie. Sznury i moduły BC są na to bardziej wrażliwe, co omówiono w dlaczego sznury ogniw BC wyginają się jak łódka oraz dlaczego ogniwa BC są bardziej podatne na wyginanie. |
| Inspekcja | Zwarcie między sąsiednimi elektrodami może nie ujawnić się jako defekt mechaniczny. Obrazowanie EL ujawnia konsekwencję elektryczną, którą należy odczytywać, znając przebieg biegunów. |
| Identyfikowalność | Ponieważ tryb awarii jest utajony, a nie natychmiastowy, zapisy z testów poszczególnych modułów są jedynym sposobem, aby odpowiedzieć na reklamację terenową po latach. |
Nic z tego nie czyni BC trudniejszym w produkcji w kategoriach absolutnych. Zawęża to okno procesowe w konkretnych, dających się zidentyfikować miejscach i podnosi koszt niespójności. Ma to bezpośrednią konsekwencję sprzętową: linia produkująca formaty BC wymaga kontroli lutowania i zdolności inspekcyjnych dostosowanych do węższego okna niż ta sama linia produkująca TOPCon.
6. Jak zmniejszyć ryzyko
Cztery praktyczne środki, w kolejności zwrotu z inwestycji.
- Kwalifikuj materiał izolacyjny, a nie dostawcę. Proś o dane dotyczące UV i odporności na wilgotne ciepło dla konkretnej formulacji, a nie ogólne twierdzenie o "anti-PID" lub "izolacyjności". Porównaj formulacje w całym zakresie, którego możesz użyć, w tym każde planowane drugie źródło.
- Kontroluj druk i utwardzanie jako parametry procesu. Jednorodność grubości, definicja krawędzi i harmonogram utwardzania należą do planu kontroli procesu wraz z limitami i zapisami, ponieważ awaria, której zapobiegają, jest niewidoczna na stanowisku.
- Inspekcja elektryczna, nie tylko optyczna. Obrazowanie EL po sznurowaniu i po laminowaniu, w połączeniu z pomiarem I-V dla każdego kodu kreskowego modułu, zamienia ryzyko utajone w wykrywalne. Powody, dla których EL jest właściwym narzędziem, podano w EL testing: inline vs offline setup.
- Dopasuj sznurujący do formatu. Połączenia międzykontaktowe BC znajdują się na jednej stronie, więc konfiguracja głowicy lutowniczej, obsługa taśmy i profil temperaturowy są specyficzne dla formatu. Nasz SS-1500B tabber stringer jest określony tak, aby obejmować ogniwa BC, TOPCon i PERC właśnie z tego powodu, a dostarczyliśmy zdolności sznurowania BC europejskim producentom, w tym polskiemu producentowi modułów.
7. FAQ
Dlaczego dwustronność BC jest niższa niż TOPCon?
Ponieważ obie elektrody znajdują się z tyłu. Tylna metalizacja zajmuje obszar, który w innym przypadku zbierałby napromieniowanie z tylnej strony, więc mniej światła dociera do ogniwa od tyłu. TOPCon utrzymuje obie biegunowości na przeciwnych stronach, pozostawiając tył stosunkowo otwarty. Jest to strukturalna konsekwencja architektury, a nie różnica w jakości produkcji.
Do czego służy warstwa izolacyjna na ogniwie BC?
Izoluje elektrody dodatnią i ujemną, które dzielą tylną powierzchnię. Bez niej każdy kontakt między sąsiednimi strukturami o przeciwnej biegunowości powoduje zwarcie ogniwa. Jest to warstwa funkcjonalna, a nie opcjonalna powłoka.
Czy można udowodnić 25-letnią niezawodność tej warstwy?
Nie bezpośrednio. Testy przyspieszone i kontrola przychodząca wykazują, że warstwa została prawidłowo nałożona i wyspecyfikowana. To, czy pozostanie izolująca przez 25 lat, zależy od formulacji, jednorodności druku i utwardzania oraz od tego, jak wytrzymają one działanie UV, wilgoci i cykli termicznych. Dlatego specyfikacja materiału i zapisy procesowe mają takie samo znaczenie jak wynik testu przychodzącego.
Czy BC wymaga innego sprzętu niż TOPCon?
Nie innych maszyn, ale innych ustawień i ściślejszej kontroli w konkretnych miejscach: temperatury lutowania i konfiguracji głowicy, obsługi, która unika jednostronnego nagrzewania, oraz inspekcji, która potrafi wykryć usterkę elektryczną bez widocznego podpisu mechanicznego. Wiele platform sznurujących obsługuje oba formaty, gdy są prawidłowo skonfigurowane.
Czy wzór tylnej metalizacji wpływa na inspekcję EL?
Zmienia sposób odczytywania obrazu. Zwarcie lub przerwany obszar na tyle BC nie zawsze odpowiada oczywistemu defektowi wizualnemu, więc operator musi wiedzieć, gdzie przebiegają bieguny i jak wygląda normalny tył, zanim oceni anomalię. Obrazy referencyjne według formatu ogniwa warto trzymać na stanowisku.
Który format powinna wybrać nowa fabryka modułów?
To zależy od tego, gdzie moduły będą instalowane. Wyższa dwustronność TOPCon sprzyja instalacjom naziemnym i podwyższonym, gdzie napromieniowanie z tyłu ma znaczenie. Wydajność przedniej strony BC sprzyja zastosowaniom o ograniczonej powierzchni, takim jak dachy, gdzie upakowanie większej mocy na stałej powierzchni dachu ma większe znaczenie niż zysk z tyłu. Właściwa odpowiedź jest funkcją instalacji, a nie samego modułu.
Końcowe przemyślenia
Zdjęcie tylnej strony czyni kompromis BC czytelnym w sposób, w jaki karta danych tego nie robi. Przeniesienie obu biegunowości na tył daje wydajność przedniej strony i kosztuje dwustronność, a także wprowadza drukowaną warstwę izolacyjną, której długoterminowego zachowania nie można udowodnić w laboratorium. Dla fabryki modułów oznacza to trzy rzeczy do zrobienia dobrze: konkretną kwalifikację materiału izolacyjnego, kontrolę druku i utwardzania jako parametrów procesu wraz z zapisami oraz inspekcję elektryczną, aby utajona usterka stała się wykrytą. Jeśli konfigurujesz linię dla formatów BC lub TOPCon, podaj nam format ogniwa, specyfikację taśmy i docelowy rozmiar modułu, a my określimy konfigurację sznurowania i inspekcji wokół tego.
