2021 meghatározó napelemes cellatechnológiái – 2. rész

Napelem Közzétéve: 2021.06.23.

A korszerű napelemekben rejlő technológiák

A mai élvonalbeli napelemek technológiai fejlesztések kombinációi által tesznek szert kiemelkedő tulajdonságaikra. A fejlesztések fő célja a hatásfok növelése, melyet az egyes gyártók különböző eljárással érnek el. A cikk első felében a cellaszerkezetek kapták a fő szerepet, most pedig nézzük sorra az aktuális, gyakorlatban is meghatározó szerepet betöltő cellatechnológiákat:

PERC (Passivated Emitter Rear Contact)

A cella hátoldalán lévő további fényvisszaverő rétegnek köszönhetően kevesebb fény halad keresztül a cellákon, így (kb. 6%-kal) nagyobb hatásfokkal tud termelni, mint a hagyományos monokristályos cella, ez pedig kedvezőtlen fényviszonyok között – pl.  hajnali, alkonyati vagy felhős időszakban – is igaz.

PERC technológia

MBB (Multiple Busbars)

Az úgynevezett „busbar”-ok (más néven gyűjtősínek) a napelemekben használatos vékony, vezetőképes fém szalagok, melyek a szilícium cellákon keresztül összegyűjtik a megtermelt elektronokat, másrészt a szomszédos cellákat egymáshoz kötve áramköröket hoznak létre. Több áramvezető kötéssel hatékonyabban termel a napelem, ezért sok gyártó állt át a korábban használt 4-5 „busbar”-os megoldásról a 9-12-es „multi-busbar” változatra.

A megoldás lényege, hogy az elektronoknak rövidebb utat kell megtennie a gyűjtősínig, így a napelemen belül kevesebb veszteséggel szállítható a megtermelt energia. További előnye, hogy a „busbar”-ok a cellán belüli esetleges mikrosérülések esetén is – amelyek kialakulhatnak például külső mechanikai behatásra – el tudják vezetni az áramot ahelyett, hogy az túlmelegedést okozva felgyűlne egy adott ponton, így a „hot spot”-ok kialakulásának a kockázata is csökken.

 

MBB - többszörös gyűjtősínes megoldás

IBC (interdigitated Back Contact cells)

Az elektronokat gyűjtő „busbar”-ok ebben az esetben a cellák mögött futnak, így nem takarnak ki az értékes napenergia gyűjtő felületből. A megoldás vizuálisan egységes, homogén kinézetet kölcsönöz a napelem panelnek.

IBC - hátsó érintkezős megoldás

Osztott cellás technológia

Az osztott, vagy más néven félcellás napelem lényege, hogy egész cellák helyett ketté osztott cella-felekből áll. Első hallásra talán ellentmondásosnak tűnhet, de a kisebb cellaméret magasabb hozamot eredményez, aminek fő oka, hogy kisebb az egységre vetített napenergia termelés, tehát:

  • kisebb az ellenállási veszteség (ugyanakkora feszültség, fele akkora áramerősség)
  • alacsonyabb üzemi hőmérséklet
  • hosszabb élettartam
  • kisebb a „hot spot” kialakulás esélye
  • a kisebb „busbar”-ok kevesebb termelő felületet borítanak
  • rövidebb az elektronok által megtett út
osztott, vagy más néven félcellás napelem

Bár az elnevezés csak a cellák felosztására utal, az osztott megoldás a modulokat is érinti: azok egy felső és egy alsó részre vannak tagolva. Így gyakorlatban egy napelem két félként funkcionál. Mi ennek a haszna?

A hagyományos napelemek három, egyenként bypass diódával ellátott áramkörrel rendelkeznek, melyek hosszanti irányban osztják fel a modult.

Részleges árnyékolás esetén a napelembe épített bypass diódák működésbe lépnek és lekapcsolják az árnyék áltat érintett cellasort. Ez a mechanizmus megóvja a napelemet az egyenetlen termelés lehetséges káros hatásaitól, például a túlmelegedéstől, ennek ára viszont termeléskiesés lesz. Egy hagyományos napelem esetében a veszteség ilyenkor legjobb esetben is a termelési kapacitás 1/3-át jelenti.

árnyékhatás hagyományos, három sztringes napelemen

Az osztott cellás napelem viszont úgy működik, mint kettő darab 3 részre tagolt modul, melyek sztringjeit középen összegyűjtve párhuzamosítják.

Tehát összesen 6 áramkörre oszlik a termelés, így a kiesés csak jóval kisebb területet érint.

árnyékhatás félcellás napelemen

Zsindelyes (Shingled Cell) technológia

Az elnevezés a cellák zsindelyes tetőfedésre emlékeztető elrendezéséből ered:

A lézerrel 5-6 szeletre darabolt cellákat egymással átfedésben kötik össze, hatékonyabban kihasználva a napelem felületét. Fém szalagkábelek helyett vezetőképes ragasztó gyűjti és vezeti el a megtermelt energiát, így nincs szükség a hasznos felületből kitakaró “busbar”-okra. Minden cella a vele szomszédos darabbal átfedésben kerül kötésre, így megszűnik a cellák közötti hagyományos 2-5 mm távolság.

Zsindelyes napelem cellák kötése
Zsindelyes napelem cellái

  • a cella-szelet áramfelvétele 1/5-e egy teljes celláénak
  • alacsonyabb a működési hőmérséklet
  • kevesebb veszteség a termelés során
  • kisebb a ”forró pontok” kialakulásának kockázata
  • melegedésre kisebb mértékben csökken a leadott teljesítmény
  • nincs cellatávolság, nagyobb a felületkihasználtság
  • rugalmasabb kapcsolódás (ragasztott áramvezető kötés)
  • a modul ellenállóbb a mechanikai terheléssel szemben
  • fém kötés nélkül nincs hőtágulás
  • hosszú élettartam
  • költséghatékony gyártás

A zsindelyes napelemek áramköreit horizontális és vertikális elrendezésben is ki lehet alakítani, melyek egymással párhuzamosan vannak kötve, de önállóan is képesek működni. Ennek köszönhetően kisebb az árnyékolási tényező befolyása a termelésre.

Az állított panelek a vízszintes árnyékok kiküszöbölésében a leghatékonyabbak: ha az árnyék csak egy sztringet érint, az mindössze 13%-os kieséssel jár. Ha a napelem felületét egy sztring kivételével teljesen hó vagy árnyék fedi, a szabadon maradt egy egység jóvoltából az akkor is működik. A működési hőnek köszönhetően pedig a hó gyorsabban leolvad, fényt engedve az addig inaktív celláknak.

árnyékhatás zsindelyes napelemen

HJT (Heterojunction with Intrinsic Thin-layer)

Az utóbbi évtizedben forrott ki ez a technológia, mely jelenleg az egyik legjobb megoldásnak tűnik a napelemes energiatermelés hatékonyságának fokozásában. A HJT (Heterojunction with Intrinsic Thin-layer) hibrid napelem cellában egyesül a legjobb minőségű kristályos és az amorf-szerkezetű szilícium, miután a monokristályos lapokat, vékony amorf szilícium réteggel vonják be. A két fotovoltaikus anyag a fény különböző hullámhosszú sugarait képes elnyelni, ezzel a HJT hatékonyságban felülmúlja a méltán népszerű PERC technológiát is. A rendkívül alacsony hőmérsékleti együtthatóval rendelkező HJT napelem hatásfoka magas hőmérsékleten is kiemelkedő.

HJT (Heterojunction with Intrinsic Thin-layer)

Kétoldalas (Bifacial vagy BSC) cella

A kétoldalas napelem cella mindkét oldalán keresztül képes energiát előállítani a napból közvetlenül érkező és a különböző felületekről visszaverődő fény hatására is. Hatékony, de egyelőre drága technológia, melynek megtérülését a megfelelő helyszín kiválasztásával (fényvisszaverő felület fölé) és körültekintő pozícionálással (dőlésszög, magasság) lehet maximalizálni.

Kétoldalas (Bifacial vagy BSC) cella

Cellasor optimalizáció és cellaoptimalizáció

A címben szereplő technológiák a hagyományos megoldásoknál magasabb energiahozammal, a “hot-spot” jelenség esélyének csökkenésével és az árnyékhatás minimalizálásával kecsegtetnek. A cellasor optimalizált napelemek esetében a junction boxba, a bypass diódák elé vagy helyett kompakt optimalizálók kerülnek, míg a cellaoptimalizált napelemek minden egyes cellájához tartozik bypass dióda, melyek közvetlenül a napelemek felületén helyezkednek el.

cella és cellasor szintű optimalizáció

Minél kisebb egységenként optimalizálunk, annál jobb eredményt várhatunk?

Nem. Az adott panel működése ugyan valóban optimalizált, viszont sorba kötött panelek esetén egy panel teljesítményének csökkenése kihat a többire is. A teljes képhez hozzá tartozik az is, hogy külső optimalizálók nélkül nincs monitoring rendszer, amivel az esetleges működési rendellenességek és hibák kiszűrhetők.

napelemes optimalizáció

Tehát aki maximális biztonságot és gazdaságos üzemelést szeretne, nem ússza meg a külső optimalizálók beépítését. Így viszont a beépített optimalizálós napelemek szükségtelenül drágák, bonyolultak és érzékenyek, magas (a cellaoptimalizált napelem esetében kb. hússzoros) meghibásodási aránnyal.

Referenciáink önmagukért beszélnek

Napelemet keres?

Tekintse meg kínálatunkat, használja gyors és egyszerű napelem kalkulátorunkat vagy forduljon hozzánk bizalommal! Szakértő kollégáink díjmentesen konzultálnak Önnel telefonon (+36 70 314 1527) vagy e-mailben (info@wagnersolar.hu).