Πηγή: thesolarnerd.com
Η αποδοτικότητα του ηλιακού πλαισίου αναφέρεται στο πόσο φως ένα ηλιακό πάνελ μετατρέπεται σε ηλεκτρικό ρεύμα. Όσο μεγαλύτερη είναι η απόδοση, τόσο περισσότερη ηλεκτρική ενέργεια θα πάρετε από τον πίνακα για την ίδια ποσότητα φωτός. Για μια εγκατάσταση στον τελευταίο όροφο με περιορισμένο χώρο, αυτό μπορεί να είναι ένα πολύ σημαντικό χαρακτηριστικό.
Η αποδοτικότητα αυξάνεται σταθερά τα τελευταία χρόνια καθώς οι κατασκευαστές βρίσκουν τρόπους να αποσπάσουν περισσότερο ηλεκτρισμό από το ίδιο ποσό ηλιακού φωτός. Όμως, καθώς φτάνουν τα όρια κάθε τεχνολογίας, οι επιστήμονες και οι μηχανικοί πρέπει να φτάσουν στην τσάντα με τα κόλπα τους για να βρουν νέους τρόπους για να συνεχίσουν να αυξάνονται.
Μία από τις τελευταίες τεχνολογίες που βρίσκουν το δρόμο τους στην αγορά του ηλιακού πάνελ καταναλωτών είναι τα ηλιακά κύτταρα heterojunction. Ενώ η Panasonic διαθέτει αυτή την τεχνολογία εδώ και λίγα χρόνια με τα πάνελ HIT, τα διπλώματα ευρεσιτεχνίας για την τεχνολογία heterojunction έληξαν το 2010 και περισσότεροι κατασκευαστές αρχίζουν να την αναπτύσσουν στα προϊόντα τους.
Τι είναι η ηλιακή σύνδεση
Τα ηλιακά κύτταρα Hetereojunction συνδυάζουν δύο διαφορετικές τεχνολογίες σε ένα κύτταρο: ένα κρυσταλλικό κυτταρικό σιλικόνη που είναι τοποθετημένο μεταξύ δύο στρωμάτων άμορφου πυριτίου "λεπτού φιλμ". Χρησιμοποιούμενες μαζί, αυτές οι τεχνολογίες επιτρέπουν την περισσότερη συλλογή ενέργειας σε σύγκριση με τη χρησιμοποίηση μόνο της τεχνολογίας.
Ο πιο συνηθισμένος τύπος ηλιακών συλλεκτών κατασκευάζεται με κρυσταλλικό πυρίτιο - είτε μονοκρυσταλλικό είτε πολυκρυσταλλικό. Οι κρύσταλλοι πυριτίου αναπτύσσονται σε μπλοκ και στη συνέχεια κόβονται σε λεπτά φύλλα, συχνά χρησιμοποιώντας ένα πριόνι με διαμάντια, για να σχηματίσουν μεμονωμένα κύτταρα.
Ένας λιγότερο συνηθισμένος τύπος φωτοβολταϊκού στοιχείου είναι το λεπτό φιλμ, το οποίο κατασκευάζεται με διάφορα υλικά, ένα από τα οποία είναι άμορφο πυρίτιο. Σε αντίθεση με το κρυσταλλικό πυρίτιο, το άμορφο πυρίτιο δεν έχει κανονική κρυσταλλική δομή. Αντ 'αυτού, τα άτομα πυριτίου τυγχάνουν τυχαίας παραγγελίας. Για την κατασκευή, αυτό σημαίνει ότι το άμορφο πυρίτιο μπορεί να εναποτεθεί σε μια επιφάνεια - μια απλούστερη και λιγότερο δαπανηρή διαδικασία από την ανάπτυξη και την κοπή κρυστάλλων πυριτίου.
Από μόνη της, το άμορφο πυρίτιο είναι λιγότερο αποτελεσματικό στη μετατροπή του ηλιακού φωτός σε ηλεκτρισμό. Ωστόσο, έχει το πλεονέκτημα της λιγότερο δαπανηρής κατασκευής. Αυτό το χαμηλότερο κόστος και η ευελιξία στον τύπο των υλικών που μπορεί να εναποτεθεί σε άμορφο πυρίτιο είναι μερικά σημαντικά πλεονεκτήματα.
Με ηλιακά κύτταρα heterojunction, ένα συμβατικό δισκίο κρυσταλλικού πυριτίου έχει άμορφο πυρίτιο εναποτιθέμενο στις εμπρόσθιες και οπίσθιες επιφάνειες. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα ένα ζευγάρι στρώματα από λεπτό φιλμ ηλιακής ενέργειας που απορροφούν επιπλέον φωτόνια που διαφορετικά δεν θα ληφθούν από το μεσαίο κρυσταλλικό πυρίτιο.
Διάγραμμα ενός κυττάρου ετεροζεύξης
Πώς τα ελαστικά ηλιακά κύτταρα αυξάνουν την αποδοτικότητα
Ένα ηλιακό κύτταρο είναι κατασκευασμένο από ένα λεπτό υλικό που συλλαμβάνει κάποιο κλάσμα του ηλιακού φωτός που το χτυπά. Δεν είναι εντελώς αδιαφανές, όμως. Κάποια ηλιακή ακτινοβολία θα περάσει μέσα από το κελί, και κάποια θα αναπηδήσουν επίσης από την επιφάνεια.
Η ηλιακή τεχνολογία Heterojunction επωφελείται από αυτό με την κατασκευή ενός ηλιακού πλαισίου από τρία διαφορετικά στρώματα φωτοβολταϊκού υλικού. Το μεσαίο στρώμα του μονοκρυσταλλικού πυριτίου κάνει το μεγαλύτερο μέρος της εργασίας της μετατροπής του ηλιακού φωτός σε ηλεκτρισμό.
Υπάρχει ένα κορυφαίο στρώμα από άμορφο πυρίτιο λεπτού υμενίου που συλλαμβάνει κάποιο ηλιακό φως πριν να χτυπήσει το κρυσταλλικό στρώμα, και επίσης αρπάζει κάποιο ηλιακό φως που αντανακλά τα στρώματα κάτω. Είναι πολύ λεπτό, τόσο μεγάλο μέρος του ηλιακού φωτός περνάει κατευθείαν. Αλλά ακόμα και αυτό, παράγει αρκετό επιπλέον ηλεκτρικό ρεύμα για να κάνει το πρόσθετο κόστος χρήσιμο.
Στο πίσω μέρος του κρυσταλλικού πυριτίου υπάρχει ένα άλλο λεπτό στρώμα. Καταγράφει το φως του ήλιου που διέρχεται από τα πρώτα δύο στρώματα. Εάν ο πίνακας είναι σχεδιασμός από γυαλί σε γυαλί με διαφανές οπίσθιο πλαίσιο, αυτό το πίσω λεπτό στρώμα θα προσθέσει σημαντική ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας λόγω του ηλιακού φωτός που αντανακλάται από το έδαφος.
Με την κατασκευή ενός πάνελ από ένα σάντουιτς τριών διαφορετικών φωτοβολταϊκών στρωμάτων, ένα ηλιακό πάνελ heterojunction μπορεί να φτάσει σε απόδοση 21% ή υψηλότερη. Αυτό είναι συγκρίσιμο με τα πάνελ που χρησιμοποιούν διαφορετικές τεχνολογίες για να επιτύχουν υψηλή απόδοση.
Πλεονεκτήματα της ηλιακής ετεροσύνδεσης
Τα κυριότερα πλεονεκτήματα των ηλιακών κυψελών ετερόκλησης έναντι των συμβατικών κρυσταλλικών κυττάρων πυριτίου είναι:
Υψηλότερη απόδοση
Δυνητικά χαμηλότερο κόστος σε σύγκριση με άλλες τεχνολογίες που χρησιμοποιούνται για τη βελτίωση των επιδόσεων, όπως το PERC
Χαμηλότερος συντελεστής θερμοκρασίας (βελτιωμένη απόδοση σε υψηλές θερμοκρασίες)
Η αποτελεσματικότητα των πάνελ ετεροζεύξης που κυκλοφορούν σήμερα στην αγορά κυμαίνεται από 19,9% έως 21,7% με τα νεότερα πάνελ HJT από την REC Solar. Αν και αυτό δεν είναι το υψηλότερο στην αγορά - ο σημερινός πρωταθλητής είναι τα κύτταρα Maxeon που προσφέρονται από την SunPower, τα οποία επιτυγχάνουν απόδοση έως και 22,7% - είναι μια σημαντική βελτίωση σε σύγκριση με τα συμβατικά μονοκρυσταλλικά κύτταρα.
Επιπλέον, οι άλλες τεχνολογίες που χρησιμοποιούν οι κατασκευαστές για να επιτύχουν πολύ υψηλή απόδοση μπορούν να είναι πιο δαπανηρές. Για παράδειγμα, τα κύτταρα Maxeon της SunPower χρησιμοποιούν ένα παχύ μπλοκ χαλκού στο πίσω μέρος κάθε κελιού. Ενώ αυτή η προσέγγιση βοηθά τα κύτταρα Maxeon να είναι τα πιο αποτελεσματικά κύτταρα που κυκλοφορούν σήμερα στην αγορά, η χρήση αυτού του πολύ χαλκού δεν είναι φθηνή.
Σε σύγκριση, το άμορφο πυρίτιο είναι μια σχετικά φθηνή τεχνολογία. Ενώ αυτός ο τύπος ηλιακού λεπτού υμενίου δεν είναι σχεδόν εξίσου αποτελεσματικός με το κρυσταλλικό πυρίτιο, επωφελείται από σχετικά απλή κατασκευή. Απαιτώνοντας λιγότερα βήματα κατασκευής από άλλες τεχνολογίες, οι πίνακες ετεροεξαρτήσεων έχουν τη δυνατότητα να είναι οικονομικά αποδοτικοί από άλλους τύπους.
Τέλος, τα πάνελ HJT μπορεί να έχουν ένα πλεονέκτημα όταν πρόκειται για απόδοση υψηλής θερμοκρασίας. Οι ηλιακοί συλλέκτες είναι λιγότερο αποτελεσματικοί σε υψηλές θερμοκρασίες. Αυτό είναι ένα πολύ γνωστό φαινόμενο - στην πραγματικότητα, η απόδοση της θερμοκρασίας παρατίθεται στο φύλλο δεδομένων οποιουδήποτε ηλιακού πλαισίου. Αναζητήστε τιμές συντελεστών θερμοκρασίας και τιμές ισχύος PTC, NOCT ή CEC .
Ωστόσο, ένα πλεονέκτημα της ηλιακής λεπτής μεμβράνης είναι ότι έχει έναν καλύτερο συντελεστή θερμοκρασίας από το κρυσταλλικό πυρίτιο. Αυτό σημαίνει ότι οι υψηλές θερμοκρασίες έχουν μικρότερο αντίκτυπο στην λεπτή μεμβράνη από το συμβατικό μονοκρυσταλλικό ή πολυκρυσταλλικό πυρίτιο.
Με δύο στρώματα πυριτίου λεπτού υμενίου, τα πάνελ heterojunction αποκτούν πλεονέκτημα έναντι των συμβατικών ηλιακών συλλεκτών όταν πρόκειται να διατηρήσουν υψηλή απόδοση καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία.
