Moduly fotowoltaiczny Recom, Technologia gontówa (technologia shingled)  

  Najwydajniejsze panele fotowoltaiczne (ultra premium) w technologii gontówej jest niezwykle interesującym rozwinięciem wzajemnych połączeń ogniw w panelach fotowoltaicznyh shingled (gontowych) ze względu na wyższe wydajnosci mocy przy tym samym lub niższym koszcie oraz rosnącą dostępność odpowiednich klejów przewodzących prąd elektryczny (ECA) i sprzętu. 
Moduły fotowoltaiczne gontówe (shingled ) w standardowych wymiarach wynosia 400 wt, 
a w 2 metrowych 510 wt. 
    Podejście z gontem zapewnia kilka zalet w porównaniu ze standardowymi modułami, a mianowicie: niższe straty rezystancyjne, lepsze wykorzystanie powierzchni, niższa temperatura przetwarzania, niższa temperatura robocza skutkująca zwiększoną wydajnością energetyczną, lepszą estetyką. 
Ponizej opisujemy wyzwania technologiczne na każdym etapie przebiegu procesu montażu gontów.
Panele fotowoltaiczne wykonane w technologii gontówej (shingled) ma kilka zalet w porównaniu z standardowym modułom PV:  
    Niższe straty omowe: całkowity prąd w pasmach jest niższy niż w przypadku tradycyjnych pasm połączonych taśmą ze względu na mniejszy obszar gontów połączonych szeregowo. To znacznie zmniejsza straty omowe. 
   Lepsze wykorzystanie obszaru: ponieważ nie ma potrzeby tworzenia odstępu między komórkami, na tym samym obszarze można uzyskać gęstsze upakowanie komórek.  Obróbka o niższej temperaturze T: temperatura utwardzania ECA jest niższa niż w przypadku lutowania taśmowego, co zmniejsza szczątkowe naprężenia komórek i wyginanie.  
   Niższa temperatura pracy w PV panelch technologii gontowej ( shingling) związana z niższym prądem - stąd większa produkcja energii w rzeczywistych operacjach.  
   Poprawiona estetyka dzięki braku widocznych szyn zbiorczych (BB) i taśm. W tej pracy pokazujemy wzrost wydajności uzyskany dzięki technologii połączeń międzysystemowych gontów pod względem mocy wyjściowej modułu, wydajności i niezawodności. Ponadto opisujemy wyzwania technologiczne na każdym etapie przebiegu procesu montażu gontów.
                               2. Aspekty. Technologia modułow  gontowych (shingled )
W schemacie słonecznych modułów gontowych ogniwo słoneczne jest cięte na 3 do 6 pasków (tak zwanych gontów), które są następnie składane w pasma, łącząc przód każdego gontu z tyłem następnego za pomocą odpowiedniego przewodzącego Klej (ECA), który można zadrukować lub rozprowadzić na powierzchni gontu (rys. 1).
   W porządku aby dopasować się do wymaganego układu modułów, można regulować liczbę gontów tworzących sznury, a co za tym idzie - zmieniać długość sznura. 
   Zwykle montowane są struny o długości do 2 m (odpowiednik dłuższego boku tradycyjnego modułu 72- ogniwowego). Struny są następnie łączone ze sobą za pomocą taśm łączących i przetwarzane przy użyciu tradycyjnej procedury wytwarzania modułów PV.  Szeregowe i równoległe rozmieszczenie strun dobiera się tak, aby pasowały do typowej krzywej I-V standardowego modułu. 
   Cięcie ogniwa w n gontów daje zmniejszenie prądu zwarciowego (I sc) o około 1 / n, ponieważ powierzchnia czynna każdego gontu wynosi 1 / n pierwotnego ogniwa; jednocześnie gonty mają większy stosunek konturu do powierzchni niż standardowe ogniwo ze względu na wygląd rozciętej krawędzi. Może to prowadzić do potencjalnych strat rekombinacyjnych na nowo utworzonych krawędziach, chyba że zostaną zastosowane specjalne koncepcje pasywacji, takie jak podejście SPEER [4].
  W ten sposób straty omowe są zmniejszone o 1 / n 2, zapewnienie znacznych korzyści w zakresie mocy wyjściowej modułu i obniżenia temperatury pracy.  To z kolei prowadzi do wyższego uzysku energii.  Ponadto gęste upakowanie gontów i brak widocznych kulek prowadzi do lepszego wykorzystania powierzchni, zwiększając wydajność modułu w porównaniu do standardowego o tej samej powierzchni, ponieważ szczeliny między połączonymi taśmą ogniwami w tradycyjnym module nie są dłużej potrzebne. To jest nic nie warte że ze względu na gęstsze upakowanie ogniw w module gontowym, ilość użytych ogniw w porównaniu ze standardowym modułem jest większa. 
   Uzyskany końcowy przyrost mocy jest większy niż wkład wynikający z samego lepszego wykorzystania materiału [5]. Gonty są mocowane jeden do drugiego za pomocą ECA, które utwardzają się w niskiej temperaturze i są wystarczająco elastyczne, aby przejmować naprężenia termiczne podczas obróbki - a tym samym przyczyniają się do poprawy niezawodności urządzenia. Ponieważ podejście z gontem wpływa tylko na sposób, w jaki komórki są ze sobą połączone, tworząc struny, można je zastosować dowolna architektura komórki, o ile styki znajdują się po obu stronach komórki. Można go nakładać prawie bez żadnego procesu modyfikacje między innymi BSF, PERC, bifacial-PERC, n-PERT / PERL, HJ. 
                              3. Integracja procesów w pv modułach technologii gontowej
     W przebiegu procesu modułu gontów tradycyjne etapy naciągania i zakładania taśm są zastępowane trzema dodatkowymi, a mianowicie: cięcie komórek, osadzanie ECA i łączenie gontów w pasmo. 
    Aby umożliwić inny schemat połączeń, należy również zmodyfikować układ siatki komórek, zastępując standardowy wzór H z wtyczkami podłączonymi do szyny zbiorczej na obu końcach szeregiem pseudo- BB z palcem podłączonym tylko do jednego końca i szczelina po drugiej stronie w miejscu separacji. Nie ma to wpływu na dalszy proces i BOM modułu i nie wymagają one zmiany.      W tej sekcji przeanalizujemy główne zmiany etapów procesu, podkreślając wpływ na wydajność urządzenia. 
3.1. Układ komórki w technologii gontowej (shingling technology)
    Przejście ze standardowego układu 4-5 kulek na gontowy wymaga pewnych modyfikacji siatki. Palce muszą być przerwane, aby zapewnić dobre rozdzielenie ogniwa na gont, natomiast układ przedniego i tylnego pseudo-BB należy zmienić zgodnie ze schematem mocowania gontów (każdy gont ma z przodu na jednym końcu pseudo-BB i jeden z tyłu na drugim końcu - jak na rys. 1). W układzie z ogniwami gontowymi palce są przymocowane do pseudo-BB tylko na jednym końcu, więc ścieżka, przez którą musi przepływać, jest dłuższa w porównaniu ze standardowym układem 4 BB. Stąd liczba palców i ich współczynnik kształtu wymagają pewnej optymalizacji, aby utrzymać zadowalającą FF na poziomie komórek i gontów; co więcej, mając palce wolne od przerw staje się ważniejsze, aby uniknąć strat oporu.
3.2. Singulacja
   Rozdzielenie ogniwa na gonty odbywa się za pomocą trasowania laserowego i mechanicznego rozłupywania. W tym celu impulsowy laser na podczerwień jest używany do wywoływania pęknięcia w miejscu rozdzielenia, a następująca po nim akcja mechaniczna kończy proces oddzielania. Moc lasera, częstotliwość powtarzania i szybkość skanowania zostały starannie dobrane, aby zminimalizować ilość uszkodzeń komórki. Zapisywanie można wykonać z tyłu lub z przodu komórki. W celu nauki możliwego uderzenia strony, na którą skierowany jest laser, przeprowadziliśmy test porównawczy oparty na półciętych komórkach. 
    Zmierzyliśmy gęstość prądu nasycenia lub J 0 komórek przeciętych na pół przed trasowaniem laserowym, po trasowaniu i po całkowitym oddzieleniu, aby zrozumieć, jak obróbka laserowa wpływa na zachowanie odwrotne. 
   Jak pokazano na rys. 2, żłobienie laserowe nie powoduje powstania istotnych wad masowych (J 01 nie zmienia się), ale wpływa na jakość połączenia podczas rysowania na przedniej stronie (J 02 wzrasta). To uzasadnia przyjęcie zapisywania od tyłu przez pozostałą część pracy. 
   Dokładność lasera ma zasadnicze znaczenie dla uzyskania jednolitych gontów, dlatego dokładnie przetestowano precyzję ułożenia, spójność podziałki między gontami i powtarzalność głębokości trasowania. Nasze eksperymenty pokazują, że precyzja ustawienia <± 50 μm, powtarzalność skoku m, powtarzalność skoku lepsza niż ± 10 μm, powtarzalność skoku m i zakres zmian głębokości rysowania ± 10 μm, powtarzalność skoku m są osiągalne (rys. 3). 
3.3. Drukowanie ECA
  Połączenie gontów z gontami spełnia podwójną funkcję:
 1) zapewnić ciągłość elektryczną wzdłuż struny i
 2) zapewniają wystarczającą wytrzymałość mechaniczną, aby uniknąć odrywania się podczas procesu wytwarzania modułu oraz w okresie eksploatacji gotowego panelu. Agencje kredytów eksportowych oferują realne rozwiązanie oparte na sprawdzonej niezawodności w innych dziedzinach; jednak nie były one szeroko stosowane w technologiach fotowoltaicznych.
    Istnieją głównie dwa konkurencyjne sposoby osadzania ECA na gontach z wymaganą dokładnością, precyzją i kontrolą wagi - dozowanie i sitodruk. Pomiędzy nimi uważamy, że sitodruk jest najbardziej odpowiednim rozwiązaniem, ponieważ jest to sprawdzona technologia z wieloletnią historią produkcji w fotowoltaice c-Si. W rzeczywistości jest to prosty, solidny i szybki proces, który zapewnia wysoką przepustowość precyzyjnej kontroli ułożenia ECA bez problemów, takich jak zatykanie dysz i kłopotliwe czyszczenie. 
    Testy przeprowadzone przy użyciu specjalnie zaprojektowanych ekranów pozwoliły na osadzenie mniej niż 10 mg ECA / ogniwo bez pogorszenia parametrów elektrycznych, a tym samym znacznie przyczyniły się do zmniejszenia całkowitego kosztu posiadania procesu gontowania, a ostatecznie kosztu w przeliczeniu na W końcowego modułu. 
3.4. Montaż strun
    Najważniejszym parametrem procesu montażu gontów jest nakładanie się jednego gontu z kolejnym: duże zachodzenie gwarantuje większą wytrzymałość mechaniczną połączenia, ponieważ powierzchnia dostępna do osadzania ECA jest większa, ale jednocześnie zmniejsza aktywność 
(oświetlony) powierzchni każdego gontu i wpływa na utylizację materiału, ponieważ potrzeba więcej gontów, aby uzyskać sznury o określonej długości. 
    Ponadto małe nakładki umożliwiają: zmniejszenie zużycia srebra podczas sitodruku siatki ogniw, ponieważ można zaprojektować węższe szyny zbiorcze, a także zmniejszenie ilości ECA, który musi być osadzony w celu połączenia. Staranny projekt układu druku ECA może zagwarantować zadowalającą wytrzymałość mechaniczną i dobrą przewodność elektryczną, nawet przy zachodzeniu między gontami na poziomie około 0,8 mm lub mniej. Rysunek 4 przedstawia wyniki symulacji przeprowadzonej przy użyciu oprogramowania SmartCalc.  CTM firmy Fraunhofer ISE, przedstawiając wpływ nakładania się na straty CTM modułu i na zużycie ogniw na moduł. Jak widać, CTM poprawia się liniowo wraz ze zmniejszeniem nakładania się gontów, a w równoważnym układzie 60 komórek zmniejszenie zakładki do 0,9 mm pozwala na oszczędzaj 2 ogniwa na moduł, a co za tym idzie zmniejsz koszty materiałów. 
   Inne parametry, które należy wziąć pod uwagę przy montażu gontów, to dokładność ustawienia gontu do gontu oraz całkowita długość sznurka. Te parametry są ważne dla uzyskania jednakowej mocy wyjściowej, niezawodności i spójności estetycznej wszystkich strun. Wysoka dokładność wyrównania jest potrzebna, aby uniknąć problemów z kontaktem, które mogą skutkować zwiększoną rezystancją styku.
3.5. Utwardzanie ECA
    Dotychczas testowane ECA są utwardzane termicznie i wymagają temperatur procesowych poniżej 200 ° C. ECA różnią się od tradycyjnych past srebrnych na siatkę komórek z przodu, ponieważ niezawierają (lub mają bardzo ograniczone) rozpuszczalniki, które odparowują. 
    Zamiast tego zawierają organiczną matrycę, która sieciuje się pod wpływem ciepła, zapewniając wytrzymałość mechaniczną, jednocześnie zmuszając cząsteczki srebra do stykania się ze sobą w celu utworzenia ścieżki perkolacji dla przepływu prądu. Reakcja utwardzania jest egzotermiczna i można ją łatwo zbadać za pomocą różnicowej kalorymetrii skaningowej (DSC). DSC pozwala określić, czy reakcja dobiegła końca: przeanalizowaliśmy świeże ECA i porównaliśmy je z próbkami poddanymi obróbce termicznej, jak pokazano na Rys. 5. Egzotermiczny pik całkowicie zniknął w utwardzonych próbkach, co oznacza, że reakcja utwardzania jest zakończona w piecu i nie pozostaje żaden nieutwardzony ECA, co pozwala uniknąć efektu odgazowania podczas laminowania lub serwisowania modułu. Niecałkowite utwardzenie podczas obróbki termicznej może prowadzić do problemów z przyczepnością w połączeniach gontów. 

                              4. Wydajność modułow gontowych(shingled)
 4.1. Moc modułu
     Pierwsza ocena przyrostu mocy modułów PV została przeprowadzona na równoważnych modułach 60- ogniwowych. 
     Osiemnaście modułów zostało zmontowanych w siedzibie klienta, a następnie przetestowanych. 
     Punktem odniesienia był konwencjonalny komercyjny moduł wykonany z tego samego materiału wyjściowego (jedno ogniwo PERC); wszystkie gontowe moduły przewyższały podstawową wartość mocy, dając średni zysk na poziomie 9,6%, z czterema modułami przekraczającymi 10% przyrost mocy w porównaniu do linii bazowej standardowego modułu 290 W (rys. 6). 
     Rys. 6. Wyniki testów na osiemnastu równoważnych 60-ogniwowych modułach gontowych: wszystkie próbki przekroczyły poziom bazowy, dając średni przyrost mocy na poziomie 9,6% .
  Drugi test przeprowadzono na modułach o wielkości równoważnej 72 ogniwom konwencjonalnym. Ponieważ komórki początkowe były pseudokwadratowe, zmontowano dwa rodzaje modułów:
    1) wykonane z środkowych gontów ogniwa, a więc o kształcie prostokąta, oraz 
   2) wykonane z pierwszego i ostatniego gontu każdej komórki, dzięki czemu mają zaokrąglone rogi. Zgodnie z oczekiwaniami, moduły wykonane z gontów pseudokwadratowych wykazują mniejszy przyrost mocy w porównaniu do pełnych prostokątnych, ze względu na mniejszy obszar aktywny. Rysunek 7 przedstawia przyrost mocy dla dwóch rodzajów modułów; w przypadku gontów pełnopowierzchniowych zysk do 8%.
  4.2. Wpływ depozytu ECA na moc modułu
   W module z gontem ilość ECA ma znaczący wpływ na ogólny CoO, więc przetestowaliśmy wpływ ilości ECA na ogólną wydajność, dostosowując układ wydruku, aby zminimalizować depozyt. 
   Testy na małych modułach (odpowiednik 1 ogniwa) wykazały, że możliwe jest radykalne zmniejszenie zużycia ECA bez wpływu na parametry elektryczne. Wykresy na rys. 8 pokazują redukcję mocy dla dwóch różnych ECA.  Uzyskaliśmy utratę mocy mniejszą niż 2% przy zmniejszeniu mokrego osadu z 25 do 4 mg / ogniwu. W szczególności drugi ECA umożliwia uzyskanie wyjątkowo niskiego osadu bez znaczącego pogorszenia wydajności.  
4.3. Testy niezawodności
    Moduły gontowe nie mają obszernej historii danych dotyczących niezawodności, dlatego potrzebna jest dogłębna analiza tego aspektu. 
   Pierwsze wyniki cykli termicznych są obiecujące: trzy moduły zostały przetestowane aż do TC1000 [6], wykazując straty mocy mniej niż 3% dla dwóch z trzech badanych materiałów (ryc. 9, po lewej) bez znaczących uszkodzeń ujawnionych w obrazowaniu elektro-luminescencyjnym. Przeprowadzono również testy statycznego obciążenia mechanicznego [7], uzyskując wyniki lepsze niż w przypadku standardowych modułów referencyjnych, co jest kolejnym dowodem na niezawodność podejścia opartego na wzajemnych połączeniach EC oraz solidność konstrukcji gontów (rys. 9, po prawej). 
                                                                   Wnioski
      Moduły gontowe mogą być realizowane z prawie wszystkimi istniejącymi technologiami ogniw (BSF, PERC, bifacial-PERC, n-PERT / PERL, HJ) bez większych modyfikacji procesu, co pozwala na wyższą gęstość mocy i lepszą wydajność energetyczną w porównaniu ze standardowymi modułami iz wysoką niezawodnością . 
    W tej pracy przeanalizowaliśmy główne zmiany technologiczne i wymagane etapy integracji procesu potrzebne do masowej produkcji modułów gontowych. Przykładowe moduły w dwóch oddzielnych testach wykazały wzrost mocy na moduł nawet o 10%. Utrzymanie kosztu W na tym samym poziomie lub nawet niższym niż w przypadku konwencjonalnych modułów wygląda lepiej wykorzystanie materiałów i redukcja kosztów przez ECA. Chociaż zastosowanie ECA zdecydowanie nie jest jeszcze rozpowszechnione w przemyśle słonecznym, testy cykli termicznych wykazały ograniczone straty mocy po TC1000, potwierdzając niezawodność tego rodzaju podejścia. 
    Podsumowując, praca ta pokazuje potencjał technologii z punktu widzenia kosztów, wydajności i niezawodności. Oczywiście wprowadzenie tej technologii do produkcji wielkoseryjnej będzie wymagało szeregu dalszych ocen i rozwoju. 
                                                                Bibliografia: 
Chapin, D.M., Fuller, C.S., Pearson, G.L. 1954, “A new silicon p-n junction photocell for converting solar radiation into electrical power”, J. Appl. Phys., Vol. 25, No. 5, p. 676
SunPower Corporation 2017, “SunPower introduces new solar panel: The performance series”, [https://us.sunpower.com/blog/2015/11/12/sunpowerintroduces-performance-seriessolar- panel/] Beaucarne, G. 2016, Materials Challenge for shingled cells interconnection,
      Energy Procedia, Vol. 98, pp. 115–124. Wöhrle N., Fellmeth T., Lohmüller E., Baliozian P., Fell A., Preu R. “The SPEER solar cell – simulation study of shingled bifacial PERC- technology-based stripe cells” EUPVSEC 2017-2CV.2.33 Mittag, M., Zech, T., Wiese, M., Bläsi, D., Ebert, M., and Wirth, H. (2017).
     Cell-to- Module (CTM) Analysis for Photovoltaic Modules with Shingled Solar Cells. 44 th IEEE Photovoltaic Specialist Conference, 2017 IEC 61215-1-1:2016, chapter 11.11 IEC 61215-1-1:2016, chapter 11.16
Rys. 1.  Schemat połączeń gontowych w modulach fotowoltaicznych















Rys. 2. Pomiar J 0 na półciętych komórkach: rysowanie na przedniej stronie (po lewej) i tylnej stronie (po prawej). Tyłek żłobienie nie uszkadza złącza, J 02 pozostawiono bez zmian.
















Rys. 3. Dokładność osiowania trasowania laserowego


















Rys. 4. Wpływ zachodzenia gontów w pv modułach na straty CTM.














Rys. 5. Analiza DSC ECA przed i po utwardzaniu termicznym. Egzotermiczny szczyt reakcji utwardzania znika po obróbce termicznej, co oznacza, że reakcja została już zakończona w piecu.













RYS-6
Rys. 7.  Zysk mocy dla 72-ogniwowych równoważnych modułów gontowych. Gonty zaokrąglone (po lewej) i pełne prostokątne (po prawej). Zgodnie z oczekiwaniami, przyrost mocy jest niższy dla modułów wykonanych z zaokrąglonych gontów ze względu na zmniejszoną powierzchnię czynną.















RYS-8  Straty mocy w stosunku do układu ECA podczas testowania minimodułu dla dwóch różnych ECA.







 Rys. 9. Test cykli termicznych dla trzech modułów pokazujący straty mocy po TC1000 (po lewej) i wyniki testu obciążenia mechanicznego po TC1000 (po prawej): ML1200 oznacza obciążenie statyczne 1200 Pa, ML2400 oznacza obciążenie statyczne 2400 Pa. 
Email: sales@solar-way.eu  
Tel.:       +48 577771288  Polska+40 
               +40  761622555  Romania
                +34  687387574  Spain

free website
built with
kopage