ماژول سلول خورشیدی

به طور کلی، ماژول سلول خورشیدی از پنج لایه از بالا به پایین شامل شیشه فتوولتائیک، فیلم چسب بسته بندی، تراشه سلولی، فیلم چسب بسته بندی و صفحه پشتی تشکیل شده است:

(1) شیشه فتوولتائیک

به دلیل استحکام مکانیکی ضعیف سلول فتوولتائیک منفرد خورشیدی، شکستن آن آسان است.رطوبت و گاز خورنده در هوا به تدریج اکسید می شود و الکترود را زنگ می زند و نمی تواند در شرایط سخت کار در فضای باز مقاومت کند.در عین حال، ولتاژ کاری سلول های فتوولتائیک منفرد معمولاً کوچک است که پاسخگویی به نیازهای تجهیزات الکتریکی عمومی دشوار است.بنابراین، سلول‌های خورشیدی معمولاً بین یک پانل بسته‌بندی و یک صفحه پشتی توسط فیلم EVA مهر و موم می‌شوند تا یک ماژول فتوولتائیک غیرقابل تقسیم با بسته‌بندی و اتصال داخلی تشکیل دهند که می‌تواند خروجی DC را به طور مستقل ارائه دهد.چندین ماژول فتوولتائیک، اینورتر و سایر لوازم الکتریکی، سیستم تولید برق فتوولتائیک را تشکیل می‌دهند.

پس از پوشش شیشه فتوولتائیک که ماژول فتوولتائیک را پوشانده است، می تواند از عبور نور بالاتر اطمینان حاصل کند، به طوری که سلول خورشیدی می تواند برق بیشتری تولید کند.در عین حال، شیشه فتوولتائیک سخت شده دارای استحکام بالاتری است که می تواند سلول های خورشیدی را در برابر فشار باد بیشتر و اختلاف دمای روزانه بیشتر مقاومت کند.بنابراین شیشه فتوولتائیک یکی از لوازم جانبی ضروری ماژول های فتوولتائیک است.

سلول های فتوولتائیک عمدتا به سلول های سیلیکونی کریستالی و سلول های لایه نازک تقسیم می شوند.شیشه فتوولتائیک مورد استفاده برای سلول های سیلیکونی کریستالی عمدتاً از روش کلندرینگ استفاده می کند و شیشه فتوولتائیک مورد استفاده برای سلول های فیلم نازک عمدتاً از روش شناور استفاده می کند.

（2） فیلم چسب آب بندی (EVA)

فیلم چسب بسته بندی سلول خورشیدی در وسط ماژول سلول خورشیدی قرار دارد که ورق سلول را می پیچد و با شیشه و صفحه پشتی متصل می شود.عملکردهای اصلی فیلم چسب بسته بندی سلول خورشیدی عبارتند از: ارائه پشتیبانی ساختاری برای تجهیزات خط سلول خورشیدی، ایجاد حداکثر جفت نوری بین سلول و تابش خورشیدی، جداسازی فیزیکی سلول و خط، و هدایت گرمای تولید شده توسط سلول، بنابراین، محصولات فیلم بسته بندی باید دارای مانع بخار آب بالا، عبور نور مرئی بالا، مقاومت با حجم بالا، مقاومت در برابر آب و هوا و عملکرد ضد PID باشند.

در حال حاضر، فیلم چسب EVA پرکاربردترین ماده فیلم چسب برای بسته بندی سلول های خورشیدی است.از سال 2018، سهم بازار آن حدود 90٪ است.دارای بیش از 20 سال سابقه کاربردی، با عملکرد متعادل محصول و عملکرد هزینه بالا.فیلم چسب POE یکی دیگر از مواد چسبنده بسته بندی فتوولتائیک پرکاربرد است.از سال 2018 سهم آن در بازار حدود 9% است.فیلم چسب POE دارای ویژگی های عالی مانند نرخ بالای مانع بخار آب، عبور نور مرئی بالا، مقاومت با حجم بالا، مقاومت عالی در برابر آب و هوا و عملکرد طولانی مدت ضد PID است.علاوه بر این، عملکرد انعکاسی بالای منحصر به فرد این محصول می تواند استفاده موثر از نور خورشید را برای ماژول بهبود بخشد، به افزایش قدرت ماژول کمک کند و می تواند مشکل سرریز فیلم چسب سفید پس از لمینیت ماژول را حل کند.

（3） تراشه باتری

سلول خورشیدی سیلیکونی یک دستگاه معمولی دو ترمینال است.دو پایانه به ترتیب روی سطح دریافت نور و سطح نور پس زمینه تراشه سیلیکونی قرار دارند.

اصل تولید برق فتوولتائیک: هنگامی که یک فوتون به یک فلز می تابد، انرژی آن می تواند به طور کامل توسط یک الکترون در فلز جذب شود.انرژی جذب شده توسط الکترون به اندازه کافی بزرگ است که بر نیروی کولن درون اتم فلز غلبه کند و کار کند، از سطح فلز فرار کند و به یک فوتوالکترون تبدیل شود.اتم سیلیکون دارای چهار الکترون بیرونی است.اگر سیلیکون خالص با اتم هایی با پنج الکترون بیرونی مانند اتم های فسفر دوپ شود، تبدیل به نیمه هادی نوع N می شود.اگر سیلیکون خالص با اتم هایی با سه الکترون بیرونی مانند اتم بور دوپ شود، یک نیمه هادی نوع P تشکیل می شود.هنگامی که نوع P و نوع N با هم ترکیب می شوند، سطح تماس یک اختلاف پتانسیل ایجاد می کند و به یک سلول خورشیدی تبدیل می شود.هنگامی که نور خورشید به محل اتصال PN می تابد، جریان از سمت نوع P به سمت نوع N می گذرد و جریانی را تشکیل می دهد.

با توجه به مواد مختلف استفاده شده، سلول های خورشیدی را می توان به سه دسته تقسیم کرد: دسته اول سلول های خورشیدی سیلیکونی کریستالی شامل سیلیکون مونو کریستال و سیلیکون پلی کریستالی است.تحقیق و توسعه و کاربرد بازار آنها نسبتاً عمیق است و راندمان تبدیل فوتوالکتریک آنها بالا است و سهم اصلی بازار تراشه باتری فعلی را اشغال می کند.دسته دوم سلول های خورشیدی لایه نازک شامل فیلم های مبتنی بر سیلیکون، ترکیبات و مواد آلی هستند.با این حال، به دلیل کمیاب یا سمی بودن مواد خام، راندمان تبدیل پایین، پایداری ضعیف و سایر کاستی ها، به ندرت در بازار استفاده می شود.دسته سوم سلول های خورشیدی جدید از جمله سلول های خورشیدی چند لایه هستند که در حال حاضر در مرحله تحقیق و توسعه هستند و فناوری هنوز به بلوغ نرسیده است.

مواد اولیه اصلی سلول های خورشیدی پلی سیلیکون است (که می تواند میله های سیلیکونی تک کریستال، شمش های پلی سیلیکون و غیره را تولید کند).فرآیند تولید به طور عمده شامل: تمیز کردن و فلاکینگ، انتشار، حکاکی لبه، شیشه سیلیکونی فسفری شده، PECVD، چاپ روی صفحه، تف جوشی، آزمایش و غیره است.

تفاوت و رابطه بین پانل فتوولتائیک تک کریستال و پلی کریستال در اینجا گسترش یافته است

تک کریستال و پلی کریستال دو مسیر فنی انرژی خورشیدی سیلیکون کریستالی هستند.اگر تک کریستال را با یک سنگ کامل مقایسه کنیم، پلی کریستال سنگی است که از سنگ های خرد شده ساخته شده است.با توجه به خواص فیزیکی مختلف، راندمان تبدیل فوتوالکتریک تک کریستال بالاتر از پلی کریستال است، اما هزینه پلی کریستال نسبتا پایین است.

راندمان تبدیل فوتوالکتریک سلول های خورشیدی سیلیکونی تک کریستالی حدود 18٪ و بالاترین آن 24٪ است.این بالاترین راندمان تبدیل فوتوالکتریک در بین انواع سلول های خورشیدی است، اما هزینه تولید بالا است.از آنجایی که سیلیکون مونو کریستال معمولا با شیشه سکوریت و رزین ضد آب بسته بندی می شود، بادوام است و عمر مفید آن 25 سال است.

فرآیند تولید سلول های خورشیدی سیلیکونی پلی کریستالی مشابه سلول های خورشیدی سیلیکونی تک کریستالی است، اما راندمان تبدیل فوتوالکتریک سلول های خورشیدی سیلیکونی پلی کریستالی باید بسیار کاهش یابد و راندمان تبدیل فوتوالکتریک آن حدود 16 درصد است.از نظر هزینه تولید، ارزان تر از سلول های خورشیدی سیلیکونی تک کریستالی است.مواد برای ساخت آسان هستند، در مصرف برق صرفه جویی می کنند و هزینه کل تولید پایین است.

ارتباط بین تک کریستال و پلی کریستال: پلی کریستال تک کریستالی است که دارای نقص است.

با افزایش مناقصه آنلاین بدون یارانه و کمبود روزافزون منابع زمین قابل نصب، تقاضا برای محصولات کارآمد در بازار جهانی در حال افزایش است.توجه سرمایه گذاران نیز از عجله قبلی به منبع اصلی، یعنی عملکرد تولید برق و قابلیت اطمینان بلندمدت خود پروژه، که کلید درآمد آینده نیروگاه است، معطوف شده است.در این مرحله، فناوری پلی کریستال هنوز از نظر هزینه دارای مزایایی است، اما راندمان آن نسبتاً پایین است.

دلایل زیادی برای رشد کند فناوری پلی کریستال وجود دارد: از یک طرف، هزینه تحقیق و توسعه بالا باقی می ماند که منجر به هزینه بالای ساخت فرآیندهای جدید می شود.از طرفی قیمت تجهیزات فوق العاده گران است.با این حال، حتی اگر بازده تولید برق و عملکرد تک کریستال های کارآمد فراتر از دسترس پلی کریستال ها و تک بلورهای معمولی است، برخی از مشتریان حساس به قیمت هنوز در هنگام انتخاب "نمی توانند رقابت کنند".

در حال حاضر، فناوری تک کریستال کارآمد تعادل خوبی بین عملکرد و هزینه به دست آورده است.حجم فروش تک کریستال جایگاه پیشرو در بازار را به خود اختصاص داده است.

(4) هواپیمای پشتی

صفحه پشتی خورشیدی یک ماده بسته بندی فتوولتائیک است که در پشت ماژول سلول خورشیدی قرار دارد.عمدتاً برای محافظت از ماژول سلول خورشیدی در محیط بیرونی، مقاومت در برابر خوردگی عوامل محیطی مانند نور، رطوبت و گرما بر روی فیلم بسته بندی، تراشه های سلولی و سایر مواد و ایفای نقش حفاظتی عایق مقاوم در برابر آب و هوا استفاده می شود.از آنجایی که صفحه پشتی در بیرونی ترین لایه در پشت ماژول PV قرار دارد و به طور مستقیم با محیط خارجی در تماس است، باید مقاومت عالی در دمای بالا و پایین، مقاومت در برابر اشعه ماوراء بنفش، مقاومت در برابر پیری محیطی، مانع بخار آب، عایق الکتریکی و غیره داشته باشد. ویژگی هایی برای پاسخگویی به عمر مفید 25 ساله ماژول سلول خورشیدی.با بهبود مستمر الزامات راندمان تولید برق در صنعت فتوولتائیک، برخی از محصولات پشتی خورشیدی با عملکرد بالا نیز دارای بازتاب نور بالایی برای بهبود راندمان تبدیل فوتوالکتریک ماژول‌های خورشیدی هستند.

طبق طبقه بندی مواد، صفحه پشتی عمدتا به پلیمرهای آلی و مواد معدنی تقسیم می شود.صفحه پشتی خورشیدی معمولاً به پلیمرهای آلی اشاره دارد و مواد معدنی عمدتاً شیشه هستند.با توجه به فرآیند تولید، عمدتاً نوع کامپوزیت، نوع پوشش و نوع کواکستروژن وجود دارد.در حال حاضر، بک پلن کامپوزیت بیش از 78 درصد از بازار هواپیماهای پشتی را به خود اختصاص داده است.با توجه به استفاده روزافزون از اجزای شیشه دوبل، سهم بازار پشتی شیشه ای بیش از 12٪ است و بکپلین های پشتی پوشش داده شده و سایر صفحات پشتی ساختاری حدود 10٪ است.

مواد اولیه هواپیمای پشتی خورشیدی عمدتاً شامل فیلم پایه PET، مواد فلوئور و چسب است.فیلم پایه PET عمدتاً خواص عایق و مکانیکی را ارائه می دهد ، اما مقاومت در برابر آب و هوا نسبتاً ضعیف است.مواد فلوئور عمدتاً به دو شکل تقسیم می شوند: فیلم فلوئور و رزین حاوی فلوئور که عایق، مقاومت در برابر آب و هوا و خاصیت مانع را فراهم می کند.این چسب عمدتا از رزین مصنوعی، عامل پخت، افزودنی های کاربردی و سایر مواد شیمیایی تشکیل شده است.برای اتصال فیلم پایه PET و فیلم فلوئور در صفحه پشتی کامپوزیت استفاده می شود.در حال حاضر، صفحات پشتی ماژول های سلول خورشیدی با کیفیت بالا اساساً از مواد فلوراید برای محافظت از فیلم پایه PET استفاده می کنند.تنها تفاوت این است که شکل و ترکیب مواد فلوراید استفاده شده متفاوت است.مواد فلوئور روی فیلم پایه PET توسط چسب به شکل فیلم فلوئور ترکیب می شود که یک صفحه پشتی مرکب است.به طور مستقیم بر روی فیلم پایه PET به شکل رزین حاوی فلوئور از طریق فرآیند خاصی که به آن backplane پوشش داده می شود، پوشش داده می شود.

به طور کلی، صفحه پشتی کامپوزیت به دلیل یکپارچگی فیلم فلوئور خود، عملکرد جامع برتری دارد.هواپیمای پشتی روکش دار به دلیل هزینه کم مواد دارای مزیت قیمتی است.

انواع اصلی صفحه پشتی کامپوزیت

صفحه پشتی خورشیدی کامپوزیت را می توان با توجه به محتوای فلوئور به صفحه پشتی فیلم فلوئور دو طرفه، صفحه پشتی فیلم فلورین یک طرفه و صفحه پشتی بدون فلوئور تقسیم کرد.به دلیل مقاومت در برابر آب و هوا و سایر ویژگی ها، آنها برای محیط های مختلف مناسب هستند.به طور کلی، مقاومت آب و هوا در برابر محیط توسط صفحه پشتی فیلم فلوئور دو طرفه، صفحه پشتی فیلم فلورین یک طرفه و صفحه پشتی بدون فلوئور دنبال می شود و قیمت آنها به طور کلی کاهش می یابد.

توجه: (1) فیلم PVF (رزین مونوفلورینه) از کوپلیمر PVF اکسترود شده است.این فرآیند تشکیل تضمین می کند که لایه تزئینی PVF فشرده است و عاری از عیوب مانند سوراخ ها و ترک هایی است که اغلب در هنگام پاشش پوشش PVDF (رزین دی فلورینه) یا پوشش غلتکی ایجاد می شود.بنابراین عایق لایه تزئینی فیلم PVF نسبت به پوشش PVDF برتری دارد.مواد پوشش فیلم PVF را می توان در مکان هایی با محیط خوردگی بدتر استفاده کرد.

(2) در فرآیند تولید فیلم PVF، آرایش اکسترود شبکه مولکولی در امتداد جهت های طولی و عرضی قدرت فیزیکی آن را بسیار تقویت می کند، بنابراین فیلم PVF چقرمگی بیشتری دارد.

(3) فیلم PVF دارای مقاومت سایش قوی تر و عمر طولانی تر است.

(4) سطح فیلم PVF اکسترود شده صاف و ظریف است، بدون راه راه، پوست پرتقال، ریز چروک و سایر عیوب ایجاد شده بر روی سطح در هنگام پوشش غلتکی یا پاشش.

سناریوهای قابل اجرا

به دلیل مقاومت عالی در برابر آب و هوا، صفحه پشتی کامپوزیت فیلم فلوئور دو طرفه می تواند در محیط های شدید مانند سرما، دمای بالا، باد و شن، باران و غیره مقاومت کند و معمولاً به طور گسترده در فلات، صحرا، گوبی و سایر مناطق استفاده می شود.صفحه پشتی کامپوزیت فیلم فلوئور یک طرفه یک محصول کاهش هزینه از صفحه پشتی کامپوزیت فیلم فلوئور دو طرفه است.در مقایسه با صفحه پشتی کامپوزیت فیلم فلوئور دو طرفه، لایه داخلی آن دارای مقاومت ضعیف در برابر اشعه ماوراء بنفش و اتلاف گرما است که عمدتاً برای سقف‌ها و مناطق با تابش متوسط ​​فرابنفش قابل استفاده است.

6. اینورتر PV

در فرآیند تولید برق فتوولتائیک خورشیدی، توان تولید شده توسط آرایه های فتوولتائیک برق DC است، اما بسیاری از بارها به برق AC نیاز دارند.سیستم منبع تغذیه DC دارای محدودیت های زیادی است که برای تبدیل ولتاژ مناسب نیست و دامنه کاربرد بار نیز محدود است.به جز بارهای الکتریکی خاص، اینورترها برای تبدیل برق DC به برق AC مورد نیاز هستند.اینورتر فتوولتائیک قلب سیستم تولید برق فتوولتائیک خورشیدی است.توان DC تولید شده توسط سیستم تولید برق فتوولتائیک را از طریق فناوری تبدیل الکترونیکی قدرت به برق متناوب مورد نیاز زندگی تبدیل می‌کند و یکی از مهمترین اجزای اصلی نیروگاه فتوولتائیک است.