Introduktion:
Inom området förnybar energi har solteknik visat sig vara en spelväxlare och erbjuder viktiga lösningar för att minska koldioxidutsläpp och främja energihållbarhet. Solpaneler, ibland kallade solarmoduler, är en väsentlig del av solsystem eftersom de styr hur mycket energi som genereras. För att uppnå bästa möjliga systemprestanda är valet av rätt solpanel ett avgörande steg.
Denna artikel undersöker varje aspekt som påverkar solpanelers energiutbyte. Om du förstår dessa väsentliga komponenter i sin helhet kommer du att kunna designa och planera ditt solsystem på ett bättre sätt, uppfylla dina energibehov samtidigt som du maximerar effektiviteten i hållbar energiproduktion.
Nyckelfaktorer som påverkar modulens energiproduktion:
1. Solmodulens driftström och temperatur
2. Solmodulens temperaturkoefficient
3. Solmodulens spektrala respons
4. Solmodulens prestanda vid svagt ljus
5. Solmodulens nedbrytning
6. Installation och tillbehör
7. Externa miljöfaktorer
1. Hur påverkar solmodulensdriftsström och driftstemperatur elproduktionen?
När en solmoduls driftsström är högre leder det vanligtvistill en ökning av modulens driftstemperatur. Detta beror på att strömmens storlek är relaterad till värmealstring inom modulen på grund av inre resistans, och högre ström leder till större värmeförluster.
Värmeförluster orsakar en temperaturökning i solmodulen. Vidhögre temperaturer saktar elektronernas flöde ner, vilket minskar spänningen, och följaktligen minskar solmodulens effektivitet.
För att studera sambandet mellan elproduktionens prestanda för olika moduler och deras driftstemperaturer, genomförde JinkoSolar, i samarbete med TUV Nord, ett utomhus empiriskt projekt vid Yinchuan National Photovoltaic Experimental Base i februari 2021. Driftstemperaturerna för de ultra-höga strömmarna (18A) var i genomsnitt cirka 1,8°C högre än de för 182-modulerna (13,5A), med maximala temperaturskillnader på cirka 5°C. Detta beror främst på att de överdrivna driftsströmmarna i modulerna leder till en betydande ökning av värmeförlusterna på solcellernas yta och lödningsband, vilket bidrar till ökningen av modulens driftstemperatur. Som allmänt känt minskar PV-modulernas uteffekt med en temperaturökning. Till exempel, i fallet med PERC-moduler, när modultemperaturen överstiger den nominella driftstemperaturen, minskar uteffekten med cirka 0,35% för varje grads Celsius temperaturökning. Med tanke på en kombination av faktorer visar de empiriska resultaten att 182-modulerna uppnår en enda-watt elproduktionshastighet som är cirka 1,8% högre än den för de ultra-höga strömmodulerna. Maysuns Twisun svarta rammoduler erbjuder fördelen med låg ström (9A) och hög effekt, och presterar bättre vid höga temperaturförhållanden eftersom den låga strömmen hjälper till att sänka driftstemperaturerna, minska värmeförlusterna och förbättra moduleffektiviteten.
Följande bilder illustrerar jämförelsen av driftstemperaturer mellan de ultra-höga strömmodulerna (18A) och 182-modulerna (13,5A):
Den preliminära datan från den empiriska stationen visar att den 21 mars och den 4 maj mättes driftstemperaturerna för de ultra-höga strömmodulerna (18A) och 182-modulerna (13,5A). Driftstemperaturerna för de ultra-höga strömmodulerna var märkbart högre än de för 182-modulerna. En temperaturökning leder till en minskning av elproduktionen. 182-modulerna uppnår en enkel-watt elproduktionshastighet som är cirka 1,8% högre än den för de ultra-höga strömmodulerna.
Förslag:
Stora strömmoduler kan leda till ökade termiska förluster, vilket får dem att värmas upp mer och i sin tur resulterar i ett större fall i deras uteffekt. Det är avgörande att förbättra den termiska förlustkontrollen av solpaneler. Genomförandet av kylåtgärder, såsom montering av värmespridningsplattor under modulerna eller höjning av solpanelernas höjd från marken för förbättrad ventilation, kan vara fördelaktigt.
Dessutom, när man väljer växelriktare och solpaneler, är det viktigt att säkerställa att panelens maximala effektpunktsström (ofTA förkortad som MPP-ström) inte överstiger växelriktarens maximala effektpunktsspårning (eller MPPT) maximala ingångsström. Detta beror på att växelriktarens MPPT-krets effektivt måste spåra solpanelens MPP för att maximera energiomvandlingseffektiviteten. Till exempel, om en växelriktare MPPT är klassad på 12,5A och en panels MPP-ström är på 13,5A, skulle modulen inte vara kompatibel med den växelriktaren.
2. Varför är temperaturkoefficienten för solmoduler viktig?
Temperaturkoefficienten för solmoduler är en avgörande prestandaparameter som indikerar solpanelers prestandavariation under olika temperaturer. Den nominella effekten för solmoduler bestäms under Standard Test Conditions (STC). Om den faktiska driftstemperaturen under drift överstiger den nominella driftstemperaturen kommer uteffekten att minska. Detta beror på att solmodulens fotovoltaiska omvandlingseffektivitet minskar när temperaturen stiger. Till exempel, om effekttemperaturens koefficient är -0,34%/°C, kommer modulens uteffekt att minska med 0,34% för varje 1°C ökning över den nominella driftstemperaturen.
Dessutom påverkar temperaturfluktuationer även solmodulens långsiktiga stabilitet och livslängd. Höga temperaturer kan leda till materialutmattning inom modulerna, vilket minskar deras livslängd. Vanligtvis är moduler med en lägre temperaturkoefficient mer benägna att ha en längre livslängd. I extrema fall kan överhettning av solmoduler utgöra säkerhetsrisker, till och med leda till bränder.
Enligt diagramdata står temperaturkoefficienten för Maysuns IBC-moduler på -0,29%/℃. Detta innebär att för varje 1℃ ökning av IBC-modulens driftstemperatur minskar effekten med 0,29%. Å andra sidan har PERC-moduler en temperaturkoefficient på -0,34%/℃. Detta indikerar att för varje 1℃ ökning av PERC-modulens driftstemperatur minskar effekten med 0,34%. I högtemperaturmiljöer, där modulens driftstemperatur kan nå 85℃, har PERC-modulens effekt minskat avsevärt till 79,6%, medan IBC-modulen fortfarande kan bibehålla en uteffekt på 82,6%.
Förslag:
Därför, i varmare regioner eller när man beaktar säkerhetunder höga temperaturförhållanden, är det klokt att välja moduler med en lägre temperaturkoefficient. IBC (Interdigitated Back Contact) solpaneler, med sin lägre temperaturkoefficient (0,29%/℃),uppvisar en distinkt fördel i högtemperaturzoner.
3. Spektralt svar: En väsentlig prestandaindikator
Solceller utnyttjar fotoelektriska effekten för att direkt omvandla solljus till elektricitet. Deras spektrala respons anger vilket omfång av ljusspektrum de kan svara effektivt på. För närvarande är de flesta av de solceller som finns på marknaden baserade på kisel och svarar främst på det synliga spektrumet och en del av infraröd strålning. Deras responsivitet mot ultraviolett och en stor del av infraröda spektrumet är däremot relativt svag.
Den medföljande bilden visar ett typiskt solstrålningspektrum bredvid det spektrala svaret från en kiselbaserad solcell. Det är viktigt att förstå att detta spektrala svar, eller spektral känslighet, definierar strålningsområdet där cellen fungerar mest effektivt. Detta påverkar starkt dess effektivitet under varierade strålningsförhållanden. Dessa celler svarar främst på det synliga spektrumet och det nära infraröda.
Fördjupning i de spektrala responskarakteristika av en typisk kiselbaserad solcell:
Synligt ljusrespons: Kiselbaserade solceller visar stark responsivitet mot synligt ljus, huvudsakligen inom våglängdsområdet 400-700nm. Inom detta spektrum kan ljusenergin stimulera valenselektroner i kiselatomer, vilket främjar dem till ledningsbandet, vilket resulterar i bildandet av elektron-hålpar och därmed producerar ström.
Kortvågig infraröd respons: Dessa celler visar en viss responsivitet till kortare våglängder av infrarött ljus, huvudsakligen mellan 800-1100nm. Ljus inom detta spektrum kan främja elektroner inom kiselatomer till ledningsbandet, vilket ökar strömutflödet.
Ultraviolett ljusrespons: Kiselbaserade solcellers respons på ultraviolett ljus är relativt dämpad, huvudsakligen inom våglängdsområdet 200-400nm. Energin från denna del av spektrumet är för svag för att stimulera valenselektroner i kiselatomer till ledningsbandet, vilket resulterar i minimal strömgenerering.
Långvågig infraröd respons: Responsen på den långa våglängdsdelen av det infraröda spektrumet är också begränsad, huvudsakligen mellan 1100-1200nm. Energin i detta spektrum är för låg för att generera tillräcklig ström.
Med samma solmodul kan energiproduktionen variera avsevärt över regioner med betydande skillnader i deras ljusspektrum. Monokristallina kisel solceller uppvisar en överlägsen kvantumeffektivitet jämfört med polykristallina kiselceller, särskilt i spektrumet 310-550 nm. Inom detta område kan kvantumeffektiviteten hos monokristallina kiselceller till och med överträffa den hos polykristallina celler med över 20%, vilket resulterar i högre strömgenerering.
Förslag:
Innan man påbörjar byggandet av ett solkraftverk är det klokt att välja moduler med en bredare spektral respons baserad på de dominerande bestrålningsbanden i området. Jämfört med andra teknikmoduler har IBC-moduler en stor spektral respons, som kan fånga solstrålning som sträcker sig från ultraviolett till synligt ljus och upp till det nära infraröda spektrumet, ungefär mellan 300nm till 1200nm. Detta omfattande område säkerställer att IBC-moduler presterar exceptionellt bra under olika belysningsförhållanden, inklusive låg ljus och diffusa ljusscenarier.
4. Låg ljusprestanda och dessinverkan på energiproduktion
Termen "svagt ljuseffekt" i solpanelssammanhanget hänvisar till deras prestanda och energiproduktion under låg belysning. Detta observeras ofta under tidiga morgnar, sena kvällar, mulna dagar eller när en del av panelerna är skuggade. Svagt ljuseffekt har en betydande inverkan på solsystemets övergripande prestanda och energiproduktionskapacitet.
Under förhållanden med svagt ljus innebär den minskade intensiteten att elektronerna inom solpanelerna rör sig i en reducerad takt, vilket leder till en minskning av strömproduktionen och en märkbar minskning av panelernas energiproduktion. Samtidigt tar solmodulerna längre tid att uppnå den driftspänning som krävs av växelriktare, vilket förkortar de effektiva kraftproduktionstimmarna för ett fotovoltaiskt system under en dag.
Förslag:
För att motverka detta är det klokt att välja solmoduler som presterar bra under svaga ljusförhållanden, såsom IBC (Interdigitated Back Contact) moduler eller HJT (Heterojunction) moduler. IBC-celler, med sin unika bakkontaktstruktur, är skickliga på att fånga diffust ljus från sidorna och baksidan, vilket ger en tydlig fördel när ljusförhållandena varierar eller är naturligt låga. Detta gör dem särskilt lämpade för regioner med höga latituder. Å andra sidan, tack vare sin heterojunktionsdesign, förbättrar HJT-moduler laddningsskillnad och insamlingseffektivitet. Detta gör dem idealiska för att generera effektiv kraftproduktion under molniga himlar eller under tidiga morgnar och sena kvällar.
Enligt data från certifieringstestcentret TUV SUD uppvisar Maysuns IBC solmoduler minimal sammansatt central förlust. I svagt ljusförhållanden, när de jämförs med PERC-produkter, finns det en tydlig effektivitetsökning. Vid en bestrålningsnivå på 200W/m² visar IBC-modulerna en relativ kraftökning på 2,01%. Dessutom, tack vare IBC-modulernas höga öppna kretsspänningskarakteristika, når de växelriktarens driftspänning snabbare under tidiga morgnar och kvällar, vilket effektivt förlänger kraftproduktionstiden.
5. Hur uppstår modulersnedbrytning?
Nedbrytningsreaktioner i en modul inkluderar PID (Potential Induced Degradation), LID (Light-Induced Degradation), LeTID (Light and elevated Temperature Induced Degradation), UVID (UV Induced Degradation), åldrande och hotspot-effekten. Dessa nedbrytningsreaktioner är prestandanedsättningsprocesser som solpaneler kan genomgå under specifika förhållanden, vilket påverkar effektutmatning och systemets långsiktiga prestanda.
（1）PID:
Potential Induced Degradation (PID) refererar till prestandanedsättningen av solpaneler under specifika spänningsdifferenser. PID uppstår på grund av utmaningen med att upprätthålla en långsiktig försegling på fotovoltaiska moduler under användning, särskilt under växlande höga temperaturer och fuktighet. Detta kan leda till betydande laddningsansamling på cellens yta, vilket påverkar passiveringen och resulterar i effektivitetsminskning, med en potentiell halvering av kraftgenereringen.
Sätt att minska PID-effekten:
Från långsiktiga experiment har Maysuns produktspecialister sammanfattat metoder för att mildra PID. De involverar huvudsakligen:
Att jorda den negativa terminalen av seriella komponenter eller applicera en positiv spänning mellan modulen och marken under kvällen.
Förbättra livslängden och kvaliteten på EVA-filmen och optimera inkapslingsprocessen.
Modifiera cellens emitter och SiN antireflektionslager.
Maysuns HJT-modul som utvecklats har utmärkt anti-PID-prestanda. Dess TCO (Transparent Conductive Oxide) tunna film har ledande egenskaper, vilket förhindrar laddningspolarisering på ytan, strukturellt undviker PID-nedbrytning.
（2）LID:
LID (Light-Induced Degradation) är en tillförlitlighetsparameter för fotovoltaiska moduler. Den innefattar generellt tre huvudtyper: Ljusnedbrytning av boron-syre-föreningar (BO-LID), ljus- och temperaturinducerad nedbrytning (LeTID) och ultraviolett-inducerad ytpassiveringsnedbrytning (UVID).
BO-LID (Ljusnedbrytning av boron-syre-föreningar): När vi talar om LID refererar vi vanligtvis till BO-LID, anses vara den primära faktorn för ljusnedbrytning i kiselceller. Så snart fotovoltaiska moduler exponeras för solljus börjar LID, och inom en kort period (dagar eller veckor) kan den nå mättnad. Lösningen av BO-LID kan uppnås genom att modifiera dopanterna (till exempel introducera gallium) eller förbättra passiveringsteknikerna.
LeTID (Ljus- och temperaturinducerad nedbrytning): LeTID är en termiskt inducerad prestandaförlust, huvudsakligen förknippad med material och defekter i solceller. Under hög temperatur och strålning kan defekter i cellen öka, vilket leder till laddningsrekombination och ökat motstånd, vilket minskar cellens prestanda. LeTID-effekter observeras vanligtvis under modulens faktiska drift, inte under laboratorieförhållanden. För att mildra LeTID-effekter förbättrar tillverkare ofta materialval, tillverkningsprocesser, genomför termiska stabilitetstester och utvärderar cellprestanda under höga temperaturer för att säkerställa konsekvent modulprestanda.
UVID (Ultraviolett Inducerad Degradation): UVID avser den potentiella prestandanedsättningen i solmoduler vid långvarig exponering för ultraviolett strålning. Denna nedbrytning är främst kopplad till de material som används i solceller, särskilt fotoelektriska omvandlingsmaterial. Kontinuerlig UV-exponering kan leda till kemiska reaktioner eller sönderdelning inom cellmaterialen, vilket orsakar prestandanedbrytning, ofta manifesterat som minskad effektivitet och effektutmatning. För att bekämpa UVID-effekter använder tillverkare vanligtvis material med hög UV-stabilitet, förbättrar modulens inkapslingsmaterial för bättre skydd och genomför UV-exponeringstester för att bedöma modulens robusthet.
För närvarande har Maysun's HJT (Heterojunction Technology) moduler lyckats uppnå ingen LID-effekt. På grund av HJT-cellsubstratet, som vanligtvis är N-typ monokristallint kisel och dopat med fosfor, saknas det boron-syre och boron-metallkomplex som finns i P-typ kisel. Således är HJT-celler immuna mot LID-effekter.
（3）Solmodulens åldrande
Solmoduler, avgörande för att fånga solenergi, är inte immuna mot tid och miljöslitage. När de åldras kan deras effektivitet minska, vilket leder till minskade energiutdata. Här bryter vi ner de primära faktorerna som påverkar modullängden:
Inkapslingens Gulning: Långvarig UV-exponering kan få inkapslingen inom modulerna att gulna, vilket påverkar både utseende och ljusabsorberande kapacitet. Detta kan minska modulens totala omvandlingseffektivitet.
Backsheet-slitage: Över tid, särskilt under höga temperaturer och fuktighet, kan backsheetets fuktresistens försämras, vilket ökar risken för inkapslingshydrolys och cellkorrosion.
Cellprestanda Minskning:
Kontinuerlig drift under utmanande förhållanden kan minska solcellseffektiviteten och kraftutdata på grund av förändringar i materialegenskaper.
Tillverkare är medvetna om dessa utmaningar. Till exempel kommer Maysun's IBC solmoduler med en 25-årig kraft- och produktgaranti. De lovar endast ett 1,5 % effektivitetsfall under det första året och en knapp 0,4 % årligt linjärt fall därefter, vilket säkerställer att användarna får konsekventa fördelar under modulens livslängd.
（4）Hot Spot-effekten
Hotspot-effekten refererar till en potentiellt negativ situation i solpaneler där vissa celler eller delar av modulen tenderar att värmas upp mer än andra. Detta kan kompromissa prestanda och säkerhet för hela modulen.
När inträffar hotspot-effekten?
Skuggning eller Blockering:
Om en del av en solpanel är skuggad eller blockerad kommer dessa specifika celler inte att producera ström, men de intilliggande cellerna kommer att fortsätta att fungera. Detta tvingar de skuggade cellerna att fungera som en belastning, absorberar värme från de intilliggande fungerande cellerna, v