Μενού περιεχομένου
● Εισαγωγή
● Χωρητικότητα απορρόφησης φωτός
● Αντίσταση σε περιβαλλοντικούς παράγοντες
● Ποια είναι τα πιο αποτελεσματικά σχέδια ηλιακών πάνελ που είναι διαθέσιμα σήμερα;
● Ηλιακοί συλλέκτες ετεροεξοδικής (HJT)
● Ηλιακοί πάνελ παθητικοποιημένης επαφής με σήραγγα (topcon)
● Πίσω επιφανειακούς ηλιακούς συλλέκτες
>> 1. Ποιοι είναι οι κύριοι παράγοντες που επηρεάζουν την αποτελεσματικότητα των ηλιακών συλλεκτών;
>> 2 Μπορεί να βελτιωθεί η αποτελεσματικότητα των ηλιακών συλλεκτών μετά την εγκατάσταση;
>> 3. Πώς επηρεάζει η θερμοκρασία την αποτελεσματικότητα των ηλιακών συλλεκτών;
>> 4. Υπάρχουν διαφορές στην αποτελεσματικότητα μεταξύ διαφορετικών τύπων ηλιακών συλλεκτών;
>> 5. Πώς επηρεάζει η σκίαση την αποτελεσματικότητα των ηλιακών συλλεκτών;
Η επιλογή των υλικών επηρεάζει σημαντικά την αποτελεσματικότητα των ηλιακών συλλεκτών. Διαφορετικά υλικά έχουν διαφορετικές ικανότητες για να απορροφήσουν το φως του ήλιου, να μετατρέψουν τα φωτόνια σε ηλεκτρόνια και να διεξάγουν ηλεκτρική ενέργεια. Για παράδειγμα, υλικά ημιαγωγών υψηλής ποιότητας όπως το μονοκρυσταλλικό πυρίτιο μπορούν να επιτύχουν υψηλότερες αποτελεσματικότητες μετατροπής καθώς έχουν μια πιο διατεταγμένη δομή, επιτρέποντας την καλύτερη κινητικότητα των ηλεκτρονίων. Αντίθετα, μερικά λιγότερο δαπανηρά υλικά μπορεί να έχουν χαμηλότερους ρυθμούς απορρόφησης ή περισσότερο ανασυνδυασμό ηλεκτρονίων και οπών, μειώνοντας τη συνολική αποτελεσματικότητα των ηλιακών συλλεκτών. Επιπλέον, τα υλικά που χρησιμοποιούνται στην κατασκευή του πίνακα, όπως το υλικό ενθυλάκωσης και τα αγώγιμα στρώματα, μπορούν επίσης να επηρεάσουν παράγοντες όπως η ανθεκτικότητα και οι ηλεκτρικές απώλειες, οι οποίες με τη σειρά τους επηρεάζουν τη μακροπρόθεσμη αποτελεσματικότητα των ηλιακών συλλεκτών.
Χωρητικότητα απορρόφησης φωτός
Συντελεστής απορροφήσεως: Τα υλικά με υψηλό συντελεστή απορρόφησης μπορούν να απορροφήσουν περισσότερα φωτόνια σε μικρότερο μήκος διαδρομής. Για παράδειγμα, σε σύγκριση με το κρυσταλλικό πυρίτιο, τα υλικά περοβσκίτη έχουν υψηλότερο συντελεστή απορρόφησης στην περιοχή ορατού φωτός. Αυτό επιτρέπει στα ηλιακά κύτταρα Perovskite να επιτυγχάνουν αποτελεσματικότητα απορρόφησης υψηλής φωτός με λεπτότερο ενεργό στρώμα, βελτιώνοντας έτσι τη συνολική αποτελεσματικότητα των ηλιακών συλλεκτών.
Πλάτος bandgap: Το συγκρότημα ενός υλικού καθορίζει το εύρος των μηκών κύματος του φωτός που μπορεί να απορροφήσει. Τα υλικά ημιαγωγών με κατάλληλο bandgap μπορούν να ταιριάζουν πιο αποτελεσματικά με το ηλιακό φάσμα. Το κρυσταλλικό πυρίτιο έχει μια ζώνη περίπου 1,1 eV, το οποίο του επιτρέπει να απορροφά ένα σημαντικό τμήμα του ηλιακού φάσματος, αλλά εξακολουθούν να υπάρχουν κάποια μήκη κύματος που δεν μπορεί να χρησιμοποιήσει αποτελεσματικά. Αντίθετα, ορισμένα νέα υλικά, όπως οι κβαντικές κουκίδες, μπορούν να ρυθμίσουν το ζώνης, αλλάζοντας το μέγεθος και τη σύνθεσή τους, επιτυγχάνοντας ενδεχομένως πιο αποτελεσματική απορρόφηση του ηλιακού φάσματος.
Κινητικότητα φορέα: Τα υλικά κινητικότητας υψηλής μεταφοράς επιτρέπουν στα ηλεκτρόνια και τις οπές να κινούνται γρήγορα στον ημιαγωγό, μειώνοντας την πιθανότητα ανασυνδυασμού. Για παράδειγμα, σε ορισμένα υλικά με μονο-κρυσταλλικό πυρίτιο υψηλής καθαρότητας, η κινητικότητα των ηλεκτρονίων είναι σχετικά υψηλή, πράγμα που σημαίνει ότι οι φωτογενετικοί φορείς μπορούν να συλλεχθούν γρήγορα από τα ηλεκτρόδια, βελτιώνοντας την αποτελεσματικότητα της μετατροπής του ηλιακού πίνακα.
Ποσοστό ανασυνδυασμού: Τα υλικά με χαμηλό ρυθμό ανασυνδυασμού μπορούν να εξασφαλίσουν ότι περισσότεροι φωτογενετικοί φορείς μπορούν να φτάσουν στα ηλεκτρόδια και να συμμετάσχουν στην τρέχουσα αγωγιμότητα. Ορισμένοι ημιαγωγοί σύνθετων III-V, όπως το αρσενίδιο του γαλλίου (GAAs), έχουν σχετικά χαμηλό ρυθμό ανασυνδυασμού λόγω της εξαιρετικής κρυσταλλικής δομής και των ηλεκτρονικών ιδιοτήτων τους. Αυτό επιτρέπει στους ηλιακούς συλλέκτες με βάση το GAAS να επιτυγχάνουν υψηλές αποδόσεις μετατροπής, ειδικά σε συνθήκες φωτισμού υψηλής έντασης.
Αντίσταση σε περιβαλλοντικούς παράγοντες
Σταθερότητα: Τα σταθερά υλικά μπορούν να διατηρήσουν την απόδοσή τους για μεγάλο χρονικό διάστημα, εξασφαλίζοντας τη μακροπρόθεσμη αποτελεσματική λειτουργία των ηλιακών συλλεκτών. Το κρυσταλλικό πυρίτιο είναι εξαιρετικά σταθερό και μπορεί να διατηρήσει καλές επιδόσεις σε διάφορες περιβαλλοντικές συνθήκες για 25 χρόνια ή περισσότερο. Αντίθετα, ορισμένα υλικά Perovskite είναι επιρρεπή σε υποβάθμιση υπό υψηλή υγρασία, υψηλή θερμοκρασία ή συνθήκες φωτισμού, γεγονός που επηρεάζει τη μακροπρόθεσμη απόδοση και την αξιοπιστία των ηλιακών συλλεκτών.
Ιδιότητες κατά του διάσημο και αντι-μετεωρολογικών προϊόντων: Τα υλικά με καλές ιδιότητες κατά του διάσημο και κατά της μετεθρίθμησης μπορούν να αντισταθούν στη διάβρωση του υπαίθριου περιβάλλοντος. Για παράδειγμα, τα υλικά ενθυλάκωσης των ηλιακών συλλεκτών, όπως το συμπολυμερές οξικού αιθυλενίου-βινυλίου (EVA), διαδραματίζουν κρίσιμο ρόλο στην προστασία των εσωτερικών συστατικών από την υγρασία, το οξυγόνο και την υπεριώδη ακτινοβολία. Τα υλικά υψηλής ποιότητας EVA μπορούν να βελτιώσουν την ανθεκτικότητα των ηλιακών συλλεκτών και να διατηρήσουν την αποτελεσματικότητά τους με την πάροδο του χρόνου.
Ποια είναι τα πιο αποτελεσματικά σχέδια ηλιακών πάνελ που είναι διαθέσιμα σήμερα;
Επί του παρόντος, μερικά από τα πιο αποδοτικά σχέδια ηλιακών πάνελ είναι τα εξής:
Ηλιακοί συλλέκτες
Σειρά Maxeon's Maxeon: Τα πάνελ Maxeon 7 Series έχουν απόδοση 24,1%. Υιοθετούν την τεχνολογία Interdigitated Back Contact (IBC). Με τη μετακίνηση των ηλεκτροδίων στο πίσω μέρος του ηλιακού κυττάρου, η μπροστινή επιφάνεια του κυττάρου μπορεί να χρησιμοποιηθεί πλήρως για να απορροφήσει το φως, αποφεύγοντας την απώλεια σκίασης που προκαλείται από τα δοχεία στην μπροστινή επιφάνεια, βελτιώνοντας έτσι την αποτελεσματικότητα της απορρόφησης φωτός. Επιπλέον, η χρήση υποστρωμάτων πυριτίου τύπου υψηλής καθαρότητας Ν συμβάλλει επίσης στη βελτίωση της αποτελεσματικότητας της μεταφοράς φορέα και στη μείωση των απώλειων ανασυνδυασμού.
Ηλιακοί συλλέκτες ετεροεξοδικής (HJT)
Το κορυφαίο Hiku 6 της καναδικής ηλιακής ηλιακής ενέργειας: Τα κορυφαία πλαίσια Hiku 6 του Canadian Solar επιτυγχάνουν απόδοση 23. 0%. Τα ηλιακά κύτταρα HJT έχουν μια μοναδική δομή που συνδυάζει ένα κρυσταλλικό υπόστρωμα πυριτίου με λεπτές λεπτές μεμβράνες πυριτίου. Αυτή η δομή μειώνει τον ανασυνδυασμό της διασύνδεσης των φορέων και έχει εξαιρετικές ιδιότητες παθητικοποίησης επιφάνειας, οι οποίες μπορούν να βελτιώσουν την αποτελεσματικότητα της συλλογής των φωτογενών φορέων. Επιπλέον, οι ηλιακοί συλλέκτες HJT έχουν υψηλή απόδοση απορρόφησης φωτός σε ευρεία φασματική περιοχή και καλή απόδοση απόκρισης χαμηλού φωτισμού.
Ηλιακοί πάνελ παθητικοποιημένης επαφής με σήραγγα (topcon)
Jinko Solar's Tiger Neo: Η σειρά Tiger Neo της Jinko Solar έχει απόδοση 23 0%. Η τεχνολογία TopCon σχηματίζει ένα λεπτό στρώμα οξειδίου της σήραγγας και ένα ντόπιτο στρώμα πολυκρυσταλλικού πυριτίου στο πίσω μέρος του δισκίου πυριτίου. Αυτή η δομή μπορεί να παθήσει αποτελεσματικά την πίσω επιφάνεια του ηλιακού κυττάρου, να μειώσει τον ανασυνδυασμό του φορέα και να βελτιώσει την τάση ανοικτού κυκλώματος και την αποτελεσματικότητα μετατροπής του ηλιακού κυττάρου. Επιπλέον, τα ηλιακά πάνελ TopCon έχουν καλύτερα χαρακτηριστικά θερμοκρασίας και μπορούν να διατηρήσουν σχετικά υψηλή απόδοση σε περιβάλλοντα υψηλής θερμοκρασίας.
Δίδυμοι ηλιακοί συλλέκτες
Η σειρά Neostar της Aiko Solar: Η σειρά NEOSTAR της Aiko Solar χρησιμοποιεί την τεχνολογία κυτταρικής κυτταρικής επαφής (ABC), με την 2η γενιά να έχει απόδοση 23,8% και την 3η γενιά, που θα κυκλοφορήσει το 2025, αναμένεται να υπερβεί το 24,2%. Τα δίδυμα ηλιακά πάνελ, επίσης γνωστά ως ηλιακοί συλλέκτες πολλαπλών διασταυρώσεων, στρώματα ημιαγωγών στοίβας με διαφορετικά bandgaps. Κάθε στρώμα απορροφά φωτόνια ειδικών μηκών κύματος, επιτρέποντας μια πιο ολοκληρωμένη σύλληψη του ηλιακού φάσματος και ενισχύοντας την αποτελεσματικότητα της φωτοηλεκτρικής μετατροπής.
Πίσω επιφανειακούς ηλιακούς συλλέκτες
Σειρά Black Tiger της Recom Tech: Η σειρά Black Tiger από την Remom Tech έχει αποτελεσματικότητα 23,6%. Χρησιμοποιούν μια νέα αρχιτεκτονική κυττάρων back-back-contact. Με τη βελτιστοποίηση του σχεδιασμού του οπίσθιου επιφανειακού πεδίου, μειώνεται ο ανασυνδυασμός των φορέων στην πίσω επιφάνεια του ηλιακού κυττάρου και βελτιώνεται η αποτελεσματικότητα της συλλογής των φορέων. Ο σχεδιασμός του πίσω πεδίου επιφάνειας μπορεί επίσης να ενισχύσει την ικανότητα του ηλιακού κυττάρου να αντισταθεί στην εξασθένηση που προκαλείται από το φως και να βελτιώσει τη σταθερότητα και την αποτελεσματικότητα του ηλιακού πίνακα.
1.Q: Ποιοι είναι οι κύριοι παράγοντες που επηρεάζουν την αποτελεσματικότητα των ηλιακών συλλεκτών;
A: Οι κύριοι παράγοντες περιλαμβάνουν τον τύπο του υλικού ημιαγωγού που χρησιμοποιείται (όπως τα μονοκρυσταλλικά, πολυκρυσταλλικά ή λεπτά υλικά λεπτού φιλμ), η ποιότητα της κατασκευής, η γωνία εμφάνισης του ηλιακού φωτός, η θερμοκρασία και η παρουσία σκίασης. Υλικά υψηλής ποιότητας με καλύτερη παραγωγή και μεταφορά ζεύγους οπών ηλεκτρονίων, βέλτιστες γωνίες εγκατάστασης και σωστή διαχείριση θερμοκρασίας μπορούν να ενισχύσουν την αποτελεσματικότητα.
2.Q: Μπορεί να βελτιωθεί η αποτελεσματικότητα των ηλιακών συλλεκτών μετά την εγκατάσταση;
A: Σε ορισμένες περιπτώσεις, ναι. Ο τακτικός καθαρισμός για να αφαιρέσετε τη σκόνη, τη βρωμιά και τα συντρίμμια μπορούν να βελτιώσουν την απορρόφηση φωτός. Επιπλέον, η χρήση συστημάτων παρακολούθησης του ήλιου μπορεί να διασφαλίσει ότι τα πάνελ είναι πάντα κάθετα στις ακτίνες του ήλιου, αυξάνοντας την ποσότητα του ηλιακού φωτός που συλλαμβάνουν και ενδεχομένως βελτιώνουν την αποτελεσματικότητα. Ωστόσο, η θεμελιώδης απόδοση που καθορίζεται από το υλικό και την κατασκευή δεν μπορεί να ενισχυθεί άμεσα χωρίς να αντικατασταθεί τα πάνελ.
3.Q: Πώς επηρεάζει η θερμοκρασία την αποτελεσματικότητα των ηλιακών συλλεκτών;
A: Οι ηλιακοί συλλέκτες είναι γενικά πιο αποτελεσματικοί σε χαμηλότερες θερμοκρασίες. Καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία, οι ηλεκτρικές ιδιότητες του υλικού ημιαγωγού αλλάζουν, οδηγώντας σε αυξημένη αντίσταση και περισσότερο ανασυνδυασμό ζεύγους ηλεκτρονίων. Αυτό μειώνει τον αριθμό των διαθέσιμων ηλεκτρονίων για την τρέχουσα παραγωγή, μειώνοντας έτσι την αποτελεσματικότητα του πίνακα. Για παράδειγμα, για τα κρυσταλλικά πλαίσια πυριτίου, η απόδοση μπορεί να μειωθεί κατά περίπου 0 5% για κάθε 1 βαθμό αύξηση της θερμοκρασίας πάνω από τις τυπικές συνθήκες δοκιμής.
4.Q: Υπάρχουν διαφορές στην αποτελεσματικότητα μεταξύ διαφορετικών τύπων ηλιακών συλλεκτών;
A: Ναι. Οι μονοκρυσταλλικοί ηλιακοί συλλέκτες πυριτίου συνήθως έχουν υψηλότερη απόδοση, συχνά από 15% - 22% ή περισσότερο. Είναι κατασκευασμένα από μία μόνο κρυσταλλική δομή, η οποία επιτρέπει την καλύτερη κίνηση ηλεκτρονίων. Τα πολυπρυσταλλικά πάνελ πυριτίου είναι λίγο λιγότερο αποτελεσματικά, συνήθως με αποτελεσματικότητα στο εύρος 13% - 18%, λόγω της πολλαπλής κρυσταλλικής δομής τους με περισσότερα όρια κόκκων που μπορούν να διασκορπιστούν ηλεκτρόνια. Οι ηλιακοί συλλέκτες λεπτών φιλμ, όπως αυτά που παράγονται από το Cadmium Telluride (CDTE) ή το σεληνόριο γαλλίου του χαλκού (CIGS), έχουν αποτελεσματικότητα που μπορεί να ποικίλουν ευρέως, από περίπου 10% - 20%, ανάλογα με την τεχνολογία και την ποιότητα κατασκευής.
5.Q: Πώς επηρεάζει η σκίαση την αποτελεσματικότητα των ηλιακών συλλεκτών;
A: Η σκίαση μπορεί να έχει σημαντικό αρνητικό αντίκτυπο στην αποτελεσματικότητα του ηλιακού πίνακα. Ακόμη και η μερική σκίαση ενός μόνο κυττάρου σε έναν πίνακα μπορεί να προκαλέσει μεγάλη πτώση της εξόδου ισχύος λόγω της επίδρασης "καυτού σημείου". Όταν ένα κελί είναι σκιασμένο, γίνεται φορτίο και όχι μονάδα παραγωγής ενέργειας και το συνολικό ρεύμα του πίνακα περιορίζεται από το σκιασμένο κελί. Αυτό μπορεί να μειώσει την αποτελεσματικότητα ολόκληρου του πίνακα, μερικές φορές έως και 80% ή περισσότερο ανάλογα με την έκταση και τη θέση της σκίαση.