Solcellepanel

Fotovoltaiske paneler eller moduler (fotovoltaiske plater) - ofte kalt solcellepaneler, eller solcelleplater, selv om disse betegnelsene også dekker andre enheter - består av et sett med fotovoltaiske celler som produserer elektrisitet fra lyset som faller på dem gjennom effekten fotoelektrisk .

Fotovoltaiske paneler, avhengig av hvilken type celle de er laget av, er delt inn i:

Effektiviteten er større jo større krystallene er, men også dens vekt, tykkelse og pris. Ytelsen til førstnevnte kan nå 22 % [ 1 ] mens den til sistnevnte kanskje ikke når 10 %, men kostnadene og vekten er mye lavere.

Kostnaden for solcellepaneler har vært jevnt nedadgående siden de første kommersielle solcellene ble produsert [ 2 ] og deres gjennomsnittlige kostnad for elektrisitetsproduksjon er allerede konkurransedyktig med konvensjonelle energikilder i et økende antall geografiske regioner, og når nettverksparitet . [ 3 ]​ [ 4 ]

Historikk

Se også: Vedlegg: Tidslinje for solcelleutvikling

Begrepet fotovoltaisk kommer fra det greske φώς: phos , som betyr "lys" og voltaisk, som kommer fra feltet elektrisitet, til ære for den italienske fysikeren Alejandro Volta , (som også gir begrepet volt til måleenheten for forskjell i potensial i det internasjonale målesystemet). Begrepet fotovoltaisk begynte å bli brukt i England fra år 1849.

Den fotovoltaiske effekten ble først anerkjent i 1839 av den franske fysikeren Becquerel , men den første solcellen ble ikke bygget før i 1883. Dens forfatter var Charles Fritts , som belagt en prøve av halvlederselen med bladgull for å danne krysset. Denne primitive enheten hadde en effektivitet på bare 1 %. I 1905 ga Albert Einstein den teoretiske forklaringen på den fotoelektriske effekten. Russell Ohl tok patent på den moderne solcellen i 1946, selv om Sven Ason Berglund tidligere hadde patentert en metode som forsøkte å øke kapasiteten til lysfølsomme celler.

Den moderne epoken med solenergiteknologi kom ikke før i 1954 da Bell Laboratories ved et uhell oppdaget at silisiumhalvledere dopet med visse urenheter var svært følsomme for lys.

Disse fremskrittene bidro til produksjonen av den første kommersielle solcellen med en konvertering av solenergi på omtrent 6 %. USSR lanserte sin første romsatellitt i 1957 , og USA noen måneder senere. Solceller laget av Peter Iles i en innsats ledet av Hoffman Electronics-selskapet ble brukt i utformingen.

Det første romfartøyet som brukte solcellepaneler var den amerikanske satellitten Vanguard 1 , som ble skutt opp i mars 1958. [ 5 ] Denne milepælen skapte stor interesse for produksjon og oppskyting av geostasjonære satellitter for utvikling av kommunikasjon, der energien skulle komme fra en enhet som fanger opp sollys. Det var en avgjørende utvikling som stimulerte forskning fra noen regjeringer og førte til forbedring av solcellepaneler.

I 1970 ble den første svært effektive galliumarsenid (GaAs) heterostrukturerte solcellen utviklet i det tidligere Sovjetunionen av Zhorés Alfiórov og hans forskerteam.

Produksjonen av metallorganisk kjemisk dampavsetningsutstyr eller MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) ble ikke utviklet før på 1980-tallet, noe som begrenset kapasiteten til selskaper innen produksjon av galliumarsenid-solceller. Det første selskapet som produserte solcellepaneler i industrielle mengder, fra enkle GaAs-kryss, med en AM0 (Air Mass Zero) effektivitet på 17 %, var den nordamerikanske ASEC (Applied Solar Energy Corporation). Dobbeltcelleforbindelsen ble industrialisert av ASEC i 1989, ved et uhell, som en konsekvens av en endring fra GaAs på GaAs-substrater til GaAs på germaniumsubstrater .

Utilsiktet doping av germanium (Ge) med GaAs som bufferlag skapte åpne spenningskretser, og demonstrerte potensialet ved å bruke germaniumsubstrater som andre celler. En GaAs single junction celle nådde 19 % AM0 effektivitet i 1993. ASEC utviklet den første doble junction cellen for romfartøy brukt i USA, med en effektivitet på rundt 20 %.

Disse cellene bruker ikke germanium som en andre celle, men bruker en GaAs-basert celle med forskjellige typer doping. Unntaksvis kan GaAs-dobbeltforbindelsesceller produsere AM0-effektiviteter i størrelsesorden 22 %. Trippelkryss starter med effektivitetsgevinster i størrelsesorden 24 % i 2000, 26 % i 2002, 28 % i 2005, og har vanligvis nådd 30 % i 2007. Fra 2007 produserer to nordamerikanske selskaper, Emcore Photovoltaics og Spectrolab , 95 % av solceller 28 % effektivitet.

De forskjellige generasjonene av fotovoltaiske celler

Kort introduksjon til halvlederes fysikk

I en metallprøve er de ytre elektronene til atomene, kalt valenselektroner , fri til å bevege seg. Det sies at de er delokalisert i områder av rommet som okkuperer hele krystallgitteret , som om det var et nett . I energetiske termer betyr dette at elektronene i atomets siste skall opptar høye energinivåer som lar dem flykte fra bindingen som forener dem til atomet deres.

Settet med disse nivåene, svært nær hverandre, utgjør en del av det såkalte ledningsbåndet (BC). Dette båndet består også av tomme energinivåer og det er nettopp eksistensen av disse tomme nivåene som gjør at elektroner kan hoppe til dem når de settes i bevegelse ved å påføre et elektrisk felt. Nettopp denne omstendigheten gjør at metaller kan være ledere av elektrisitet. De andre elektronene i atomet, med lavere energier, danner valensbåndet (VB). Avstanden mellom begge båndene, når det gjelder energi, er null. Begge båndene overlapper hverandre slik at elektronene til BV med mer energi også finnes i BC.

I isolerende stoffer er BC helt tom fordi alle elektronene, inkludert de i det siste skallet, er bundet til atomet, har lavere energi, og er derfor i valensbåndet, og også avstanden mellom båndene (denne energetiske avstanden kalles det forbudte båndet, eller gapet) er ganske stor, noe som gjør det svært vanskelig for dem å hoppe til BC. Siden BV er full, kan ikke elektronene bevege seg, og det kan ikke være noen elektrisk strøm ved å påføre en spenning over isolatoren.

I halvledere presenterer valens- og ledningsbåndene en mellomsituasjon mellom det som oppstår i en leder og det som er normalt i en isolator. BC har svært få elektroner. Dette skyldes det faktum at skillet mellom BV og BC ikke er null, men det er lite. Dette forklarer hvorfor halvledere øker ledningsevnen med temperaturen, siden den tilførte termiske energien er tilstrekkelig til at elektronene kan hoppe til ledningsbåndet, mens ledere reduserer det, på grunn av at vibrasjonene til atomene øker og hindrer elektronenes mobilitet. .

Det interessante med halvledere er at deres lave elektriske ledningsevne skyldes både tilstedeværelsen av elektroner i BC og det faktum at BV ikke er helt fylt.

De fire generasjonene med fotovoltaiske celler

Den første generasjonen fotovoltaiske celler besto av et stort overflateareal av enkeltkrystall. Et enkelt pn-diodeovergangslag , i stand til å generere elektrisk energi fra lyskilder med bølgelengder som ligner på de som når jordoverflaten fra solen. Disse cellene produseres vanligvis ved hjelp av en diffusjonsprosess med silisiumskiver . _ Disse første generasjonen (også kjent som waferbaserte solceller) er for tiden (2007) den dominerende teknologien i kommersiell produksjon og utgjør omtrent 86 % av det jordbaserte solcellemarkedet.

Andre generasjon fotovoltaiske materialer er basert på bruk av svært tynne epitaksiale avsetninger av halvledere på wafere med nav. Det finnes to typer epitaksiale fotovoltaiske celler: rom og jord. Romceller har vanligvis høyere AM0 (Air Mass Zero) effektivitet (28-30%), men har en høyere kostnad per watt. I terrestriske tynnfilmer er de utviklet ved hjelp av lavkostprosesser, men de har en lavere AM0-effektivitet (7-9%), og av åpenbare grunner blir de spurt om romapplikasjoner.

Spådommer før inntoget av tynnfilmteknologi pekte på betydelige kostnadsreduksjoner for tynnfilmsolceller. Reduksjon som allerede har skjedd. For tiden (2007) er det et stort antall halvledermaterialteknologier under etterforskning for masseproduksjon. Blant disse materialene kan nevnes amorft silisium , monokrystallinsk silisium , polykrystallinsk silisium , kadmiumtellurid og indiumsulfider og selenider . Teoretisk sett er en fordel med tynnfilmteknologi dens lave masse, som er godt egnet for paneler på svært lette eller fleksible materialer. Til og med materialer av tekstil opprinnelse.

Ankomsten av Ga- og As -tynne filmer for romapplikasjoner (kalt tynne celler) med AM0-effektivitetspotensialer over 37 % er for tiden under utvikling for høyspesifikke kraftapplikasjoner. Andre generasjons solceller utgjør et lite segment av det jordbaserte solcellemarkedet, og rundt 90 % av rommarkedet.

Tredje generasjon solcelleceller som for tiden blir foreslått (2007) er svært forskjellige fra halvlederenhetene til de tidligere generasjonene, siden de faktisk ikke har det tradisjonelle pn-krysset for å skille de fotogenererte ladningsbærerne . For romapplikasjoner studeres kvantehullenheter (kvanteprikker, kvantestrenger, etc.) og enheter som inneholder karbon-nanorør , med et potensial på mer enn 45 % AM0-effektivitet. For terrestriske applikasjoner er enheter inkludert fotoelektrokjemiske celler, polymersolceller , nanokrystallsolceller og fargesensibiliserte solceller under etterforskning.

En hypotetisk fjerde generasjon solceller vil bestå av en sammensatt fotovoltaisk teknologi der nanopartikler blandes sammen med polymerer for å lage et enkelt multispektralt lag. Deretter kunne flere multispektrale tynne lag stables for å lage de ultimate multispektrale solcellene. Celler som er mer effektive og billigere. Basert på denne ideen, og multijunction-teknologi, har de blitt brukt i Mars-oppdragene utført av NASA . Det første laget er det som konverterer de forskjellige lystypene, det andre er for energikonvertering, og det siste er et lag for det infrarøde spekteret . Dette omdanner noe av varmen til brukbar energi . Resultatet er en utmerket komposittsolcelle. Bakgrunnsforskning for denne generasjonen blir overvåket og ledet av DARPA for å avgjøre om denne teknologien er levedyktig eller ikke. Blant selskapene som jobber med denne fjerde generasjonen er Xsunx, Konarka Technologies, Inc., Nanosolar, Dyesol og Nanosys.

Driftsprinsipp

Teoretiske prinsipper for operasjon

  1. Noen av fotonene , som kommer fra solstråling, treffer den første overflaten av panelet, penetrerer den og blir absorbert av halvledermaterialer, som silisium eller galliumarsenid.
  2. Elektroner , subatomære partikler som er en del av det ytre av atomer , og som er plassert i orbitaler med kvantisert energi , blir truffet av fotoner (samvirker) som frigjør seg fra atomene de opprinnelig var begrenset til.

Dette tillater dem å sirkulere gjennom materialet og produsere elektrisitet . De komplementære positive ladningene som skapes i atomene som mister elektroner, (lik bobler med positiv ladning) kalles hull og flyter i motsatt retning av elektronene, i solcellepanelet.

Det bør bemerkes at akkurat som strømmen av elektroner tilsvarer reelle ladninger, det vil si ladninger som er assosiert med reell masseforskyvning, er hull faktisk ladninger som kan betraktes som virtuelle siden de ikke innebærer masseforskyvning.

Et sett med solcellepaneler transformerer solenergi (energi i form av stråling og som avhenger av frekvensen av fotoner) til en viss mengde likestrøm , også kalt DC (akronym for Direct Current engelsk og som tilsvarer en type strøm beskrevet som en enveis, enveis bevegelse av ladninger gjennom en krets (elektroner beveger seg fra lavere til høyere potensialer).

Valgfritt:

  1. Likestrømmen føres til en elektronisk omformerkrets ( inverter ) som transformerer likestrømmen til vekselstrøm (AC) (type strøm tilgjengelig i strømforsyningen til ethvert hjem) på 120 eller 240 volt.
  2. Vekselstrøm kommer inn i husets elektriske panel.
  3. Elektrisiteten som genereres distribueres nesten alltid til fordelingslinjen til belysningsenhetene i huset, siden disse ikke bruker for mye energi, og er tilstrekkelige til å fungere korrekt med strømmen som genereres av panelet.
  4. Strømmen som ikke brukes kan føres og brukes i andre anlegg.

Fotogenerering av ladebærere

Når et foton treffer et stykke silisium, kan tre hendelser oppstå:

  1. Fotonet kan passere gjennom silisiummaterialet uten å gi noen effekt; dette skjer vanligvis for lavenergifotoner.
  2. Fotoner kan reflekteres når de når overflaten av panelet, og kastes ut fra det.
  3. Fotonet blir absorbert av silisiumet, i så fall:
    • generere varme
    • Produser par av elektron-hull, hvis energien til det innfallende fotonet er høyere enn minimum som er nødvendig for at de frigjorte elektronene skal nå ledningsbåndet.

Merk at hvis et foton har et helt antall ganger energihoppet for at elektronet skal nå ledningsbåndet, kan det skape mer enn et enkelt elektron-hull-par. Imidlertid er denne effekten vanligvis ikke signifikant i solceller. Dette fenomenet, med heltallsmultipler, kan forklares med kvantemekanikk og kvantisering av energi.

Når et foton absorberes, blir dets energi kommunisert til et elektron i krystallgitteret. Vanligvis er dette elektronet i valensbåndet, og er sterkt bundet i kovalente bindinger som dannes mellom naboatomer. Det totale settet av kovalente bindinger som danner krystallgitteret gir opphav til det som kalles valensbåndet. Elektronene som tilhører det båndet er ikke i stand til å bevege seg utenfor båndets grenser, med mindre de får energi, og en viss energi på det. Energien som fotonet gir er i stand til å spennende det og fremme det til ledningsbåndet, som er tomt og hvor det kan bevege seg relativt fritt, ved å bruke det båndet til å bevege seg gjennom det indre av halvlederen.

Den kovalente bindingen som elektronet var en del av har nå ett elektron mindre. Dette er kjent som et gap. Tilstedeværelsen av en tapt kovalent binding lar naboelektronene bevege seg mot det indre av det hullet, som vil produsere et nytt hull når elektronet ved siden av det beveger seg, og på denne måten, og ved en effekt av suksessive translasjoner, kan et hull bevege seg gjennom krystallgitteret. Dermed kan det slås fast at fotonene som absorberes av halvlederen lager mobile elektron-hull-par.

Et foton trenger bare å ha høyere energi enn det som er nødvendig for å nå de tomme hullene i silisiumledningsbåndet, for å eksitere et elektron fra det opprinnelige valensbåndet til det båndet.

Solfrekvensspekteret er veldig likt spekteret til den svarte kroppen når den varmes opp til en temperatur på 6000 K, og derfor er mye av strålingen som når jorden sammensatt av fotoner med energier høyere enn det som er nødvendig for å nå hullene i ledningsbåndet. Dette energioverskuddet som vises av fotonene, og mye større enn det som er nødvendig for å fremme elektroner til ledningsbåndet, vil bli absorbert av solcellen og vil manifestere seg i betydelig varme (spredt av vibrasjoner i gitteret, kalt fononer ) i stedet for brukbar elektrisk energi.

Separasjon av ladebærere

Det er to grunnleggende moduser for ladebærerseparasjon i en solcelle:

  1. bevegelse av bærere, drevet av et elektrostatisk felt etablert over enheten.
  2. diffusjon av ladningsbærere fra områder med høy bærerkonsentrasjon til områder med lav bærerkonsentrasjon (etter en elektrisk potensialgradient).

I for tiden mye brukte pn-forbindelsesceller er den dominerende modusen for bærerseparasjon ved tilstedeværelsen av et elektrostatisk felt. Men i solceller der det ikke er pn-kryss (typisk for tredje generasjon eksperimentelle solceller, for eksempel blekksensibiliserte eller polymertynnefilmceller), ser det ut til at det elektrostatiske elektriske feltet er fraværende. I dette tilfellet er den dominerende separasjonsmåten via ladningsbærediffusjon.

Nåværende generasjon på et konvensjonelt brett

Fotovoltaiske moduler fungerer, som det ble foreslått i forrige seksjon, av den fotoelektriske effekten . Hver solcellecelle består av minst to tynne ark med silisium. En dopet med elementer med færre valenselektroner enn silisium, kalt P, og en annen med elementer med flere elektroner enn silisiumatomer, kalt N.

De fotonene fra lyskilden som kommer fra solen, som har tilstrekkelig energi, faller på overflaten av P-laget, og når de samhandler med materialet frigjør de elektroner fra silisiumatomene som i bevegelse krysser halvlederlaget. de kan ikke komme tilbake. N-laget får en potensialforskjell i forhold til P. Hvis elektriske ledere er koblet til begge lagene og disse i sin tur er festet til en enhet eller et elektrisk element som forbruker energi, som vanligvis og generisk kalles en last , en kontinuerlig elektrisk strøm vil starte.

Denne typen panel produserer elektrisitet i likestrøm , og selv om effektiviteten avhenger både av orienteringen mot solen og helningen i forhold til horisontalen, monteres panelinstallasjoner vanligvis med fast orientering og helning, på grunn av besparelser i vedlikehold. Både helningen og orienteringen, mot sør (eller nord på den sørlige halvkule), er satt avhengig av breddegraden og prøver å optimalisere den så mye som mulig ved å bruke anbefalingene fra den tilsvarende ISO -standarden.

Pn-krysset

Den vanligste solcellen er laget av silisium og konfigurert som et stort pn-kryssområde. En forenkling av denne typen plate kan betraktes som et n-type silisiumlag direkte i kontakt med et p-type silisiumlag. I praksis lages ikke pn-kryss i solceller på ovennevnte måte, snarere er de laget ved diffusjon av en type dopingmiddel på den ene siden av en p-type wafer, eller omvendt.

Hvis stykket av p-type silisium plasseres i intim kontakt med et stykke n-type silisium, vil diffusjon av elektroner fra området med høye elektronkonsentrasjoner (n-typeflaten av krysset) til området med lave elektronkonsentrasjoner ( p-type side av krysset).

Når elektroner diffunderer over pn-krysset, rekombinerer de med hull på p-type-overflaten. Imidlertid fortsetter ikke bærerdiffusjonen i det uendelige. Denne separasjonen av ladninger, som selve diffusjonen skaper, genererer et elektrisk felt forårsaket av ubalansen av ladninger, og stopper umiddelbart den påfølgende flyten av flere ladninger gjennom krysset.

Det elektriske feltet etablert gjennom opprettelsen av pn-krysset skaper en diode som lar strømmen flyte i bare én retning gjennom pn-krysset. Elektroner kan passere fra p-type-siden til n-siden, og hull kan passere fra n-type-siden til p-type-siden. Denne regionen der elektroner har diffundert inn i krysset kalles utarmingsregionen fordi den ikke inneholder annet enn noen få mobile ladningsbærere. Det er også kjent som ladeområdet.

Nominell effekt og standard testbetingelser.

Før den kommer på markedet, testes en viss panelmodell under spesifikke forhold kalt "Standard Test Conditions":

Temperatur: 25°C

Solstråling: 1000 watt/kvadratmeter (gjennomsnittlig effekt mottatt av jordens overflate på en sommerdag)

På slutten av testen er det en mengde i watt som ble produsert. Dette tallet er kjent som panelets nominelle effekt.

For eksempel, hvis det tas et panel på 1 kvadratmeter, det testes og produksjonen var 200 watt, vi vet at effektiviteten til panelet er 20 % og dens nominelle effekt er 200 watt*time/m 2 .

Eksterne faktorer

Det er faktorer utenfor solcellepanelet som kan redusere kraften som leveres av solcellepanelet; temperatur, støv og forskjeller i spenning mellom de ulike cellene.

Temperatur er en medvirkende årsak til å redusere paneleffektiviteten. Et estimat av paneltemperaturen kan oppnås med følgende ligning.

[ 6 ]

Å være:

Tc = Celletemperatur (ºC)

T = Omgivelsestemperatur (ºC)

TNO = Normal driftstemperatur (ºC)

S = Solstråling (kW/m²)

Takket være modellen av solcellecellen som inkluderer en motstand i serie og en annen parallelt, er effekten av skygger på panelet av vesentlig betydning. Ved å måtte føre strømmen gjennom begge motstandene, er det ikke bare et fall i strømmen som produseres generelt, men det er også en spenning som trekker fra den som genereres av resten av cellene.

[ 6 ]

Å være:

Vs=Skygget spenning

n = antall celler

V = normal spenning

I = Strøm produsert

Rs = Seriemotstand

Rp = motstand i parallell


Effektivitetsfaktorer til en solcelle

Maksimalt strømpunkt

Et solcellepanel eller en celle kan operere i et bredt spekter av spenninger og strømmer . Dette kan oppnås ved å variere motstanden til lasten, i den elektriske kretsen, på den ene siden, og på den annen side ved å variere impedansen til cellen fra null verdi (kortslutningsverdi) til svært høye verdier (åpen) krets) og kan bestemmes det teoretiske maksimale effektpunktet, det vil si punktet som maksimerer V og tid mot I, eller hva som er det samme, belastningen som cellen kan levere maksimal elektrisk effekt for et gitt strålingsnivå.

Det maksimale strømpunktet til en fotovoltaisk enhet varierer med den innfallende belysningen. For ganske store systemer kan en prisøkning rettferdiggjøres ved inkludering av enheter som måler øyeblikkelig kraft ved kontinuerlig måling av spenning og strøm (og dermed overført kraft), og bruker denne informasjonen til å finjustere dynamisk, og i sanntid, belastningen slik at maksimal mulig effekt alltid overføres, til tross for lysvariasjonene som oppstår i løpet av dagen.

Energikonverteringseffektivitet

Effektiviteten til en solcelle ( , "eta"), er prosentandelen av strøm omdannet til elektrisk energi av det totale sollyset som absorberes av et panel, når en solcelle er koblet til en elektrisk krets. Denne termen beregnes ved å bruke forholdet mellom det maksimale effektpunktet, Pm , delt på lyset som når cellen, irradians ( E , i W/m²), under standardforhold (STC) og overflatearealet til solcellen ( A c i m²).

STC spesifiserer en temperatur på 25 °C og en irradians på 1000 W/m² med en spektral luftmasse på 1,5 (AM 1,5). Dette tilsvarer innstrålingen og spekteret av innfallende sollys på en klar dag på en soloverflate som er skråstilt mot solen i en vinkel på 41,81° over horisontalen.

Denne tilstanden representerer omtrent posisjonen til middagssolen ved vår- og høstjevndøgnene på det kontinentale USA med en overflate som vender direkte inn i solen. På denne måten, under disse forholdene, forventes en typisk solcelle på 230 cm² (6 tommer bred), og med en effektivitet på omtrent 16 %, å kunne produsere en effekt på  4,4 W.

IV-kurve for en fotovoltaisk modul

Strøm versus spenningskurven til en modul gir oss nyttig informasjon om dens elektriske ytelse. [ 7 ] Produksjonsprosesser forårsaker ofte forskjeller i de elektriske parameterne til forskjellige solcellemoduler, selv i celler av samme type. Derfor lar bare den eksperimentelle målingen av I–V-kurven oss nøyaktig etablere de elektriske parametrene til en fotovoltaisk enhet. Denne målingen gir svært relevant informasjon for design, installasjon og vedlikehold av solcelleanlegg. Vanligvis blir de elektriske parametrene til solcellemoduler målt ved innendørs tester. Utendørs testing har imidlertid viktige fordeler som ingen dyr kunstig lyskilde nødvendig, ingen prøvestørrelsesbegrensning og mer homogen belysning av prøvene.

Fyllfaktor

Et annet begrep for å definere effektiviteten til en solcelle er fyllfaktoren ( FF ) , som er definert som forholdet mellom maksimalt effektpunkt delt på åpen kretsspenning ( V oc ) og kortslutningsstrømmen I sc :

Påvirkning av temperatur

Ytelsen til en fotovoltaisk (PV) modul avhenger av miljøforholdene, hovedsakelig av den globale innfallende irradiansen G i modulens plan. Temperaturen T til p–n-krysset påvirker imidlertid også de elektriske hovedparametrene: kortslutningsstrømmen ISC, åpen kretsspenning VOC og maksimal effekt Pmax. Generelt er det kjent at VOC viser en signifikant invers korrelasjon med T, mens for ISC er denne korrelasjonen direkte, men svakere, slik at denne økningen ikke kompenserer for nedgangen i VOC. Som en konsekvens avtar Pmax når T øker. Denne korrelasjonen mellom utgangseffekten til en solcelle og arbeidstemperaturen til dens overgang avhenger av halvledermaterialet, og skyldes påvirkningen av T på konsentrasjonen, levetiden og mobiliteten til de iboende bærerne, dvs. elektroner og gap. inne i solcellecellen.

Temperaturfølsomhet er vanligvis beskrevet av temperaturkoeffisienter, som hver uttrykker den deriverte av parameteren den refererer til med hensyn til overgangstemperaturen. Verdiene til disse parameterne kan finnes i ethvert datablad for solcellemodulen; er følgende:

- β: VOC variasjonskoeffisient i forhold til T, gitt ved ∂VOC/∂T.


- α: Variasjonskoeffisient av ISC i forhold til T, gitt ved ∂ISC/∂T.


- δ: variasjonskoeffisient av Pmax i forhold til T, gitt ved ∂Pmax/∂T.


Teknikker for å estimere disse koeffisientene fra eksperimentelle data kan finnes i litteraturen Sitasjonsfeil: Siteringsfeil: det er en åpningskode <ref> uten dens avsluttende kode </ref> [ 8 ] ​, nedbrytningen av krystallinske silisiummoduler er veldig regelmessig , som varierer mellom 0,8 % og 1,0 % per år.

På den annen side, hvis vi analyserer ytelsen til tynnfilm solcellemoduler, observeres en innledende periode med sterk degradering (som kan vare flere måneder og til og med opptil 2 år), etterfulgt av et senere stadium der nedbrytningen stabiliserer seg, da sammenlignbar med krystallinsk silisium [ 9 ] . Sterke sesongvariasjoner observeres også i slike tynnfilmteknologier fordi påvirkningen fra solspekteret er mye større. For moduler av amorft silisium, mikromorft silisium eller kadmiumtellurid, snakker vi for eksempel om årlige nedbrytningsrater de første årene på mellom 3 % og 4 % [ 10 ] . Imidlertid viser andre teknologier, som CIGS, mye lavere nedbrytningshastigheter, selv i de første årene.


Strøm og kostnader

Den standardiserte parameteren for å klassifisere kraften kalles toppeffekt , og tilsvarer den maksimale effekten som modulen kan levere under standardiserte forhold, som er:

På en solrik dag stråler solen rundt 1  kW/m² til jordens overflate. Tatt i betraktning at dagens solcellepaneler har en typisk virkningsgrad mellom 12%-25%, vil dette bety en omtrentlig produksjon på mellom 120-250 W/m² avhengig av effektiviteten til solcellepanelet.

På den annen side gjøres det store fremskritt innen solcelleteknologi og det finnes allerede eksperimentelle paneler med utbytte større enn 40 %. [ 11 ]

Kostnaden for krystallinske silisiumsolceller har falt fra $76,67/Wp i 1977 til omtrent $0,36/ Wp i 2014 . [ 12 ] [ 13 ] Denne trenden følger Swansons lov , en prediksjon som ligner på den velkjente Moores lov , som sier at prisene på solcellemoduler faller med 20 % hver gang industriens kapasitet dobles. [ 14 ]

I 2011 hadde prisen på solcellemoduler falt med 60 % siden sommeren 2008, noe som satte solenergi for første gang i en konkurranseposisjon med prisen på elektrisitet betalt av forbrukeren i en god del land . 15 ]​ Det har vært hard konkurranse i produksjonskjeden, og ytterligere fall i kostnadene for solcelleenergi forventes i de kommende årene, noe som utgjør en økende trussel mot dominansen av solbaserte generasjonskilder. [ 16 ]​ Ettersom tiden går, er fornybar generasjonsteknologi generelt billigere, [ 17 ] [ 18 ]​ mens fossilt brensel blir dyrere.

I 2011 hadde kostnadene for solcelleanlegg falt godt under kostnadene for kjernekraft , og forventes å falle ytterligere: [ 19 ]

For storskala installasjoner er priser under $1/W allerede oppnådd. For eksempel, i april 2012, ble en pris for solcellemoduler publisert til € 0,60/W ($ 0,78/W) i en 5-årig rammeavtale. [ 20 ]

I noen regioner har solceller nådd nettparitet , som er definert som når produksjonskostnadene for solceller er på eller under strømprisene som betales av sluttforbrukeren (selv om det i de fleste tilfeller fortsatt er høyere enn produksjonskostnadene i kull- eller gassanlegg, uten å ta hensyn til distribusjon og andre induserte kostnader).

Mer generelt er det klart at med en kullpris på $50/tonn, som øker prisen på kullanlegg til 5 cent/kWh, vil PV være konkurransedyktig i de fleste land. Den fallende prisen på solcellemoduler har raskt blitt reflektert i et økende antall installasjoner, og akkumulert i hele 2011 om lag 23 GW installert det året. Selv om det forventes en viss konsolidering i 2012, på grunn av kutt i økonomisk støtte i de viktige markedene i Tyskland og Italia, vil den sterke veksten mest sannsynlig fortsette resten av tiåret. Faktisk nevnte en studie allerede at den totale investeringen i fornybar energi i 2011 hadde oversteget investeringen i kullbasert elektrisitetsproduksjon. [ 19 ]

I 2020 overstiger den maksimale effekten til noen solcellepaneler allerede 500W, og kostnadene deres har sunket til omtrent $0,21/ Wp . [ 21 ]

Koblinger

MC4 er en enkeltkontaktkontakt, mye brukt for solcellepaneler. Den har 4 mm kontaktstiftdiameter.

MC4-koblinger lar strenger av paneler enkelt lages ved å koble sammen koblinger fra tilstøtende paneler, selv om det krever et verktøy for å koble dem fra for å sikre at de ikke kobles fra ved et uhell når de trekkes.

MC4 og kompatible produkter er universelle i solenergiverdenen i dag, og utstyrer de aller fleste solcellepaneler produsert etter 2011.

Opprinnelig vurdert for 600V, nåværende versjoner er klassifisert for 1500V, slik at enda større strenger av paneler kan lages.

Bruk av solcellepaneler

Se også: Bygningsintegrert solcelle

De skylder sitt utseende til romfartsindustrien , og har blitt det mest pålitelige middelet for å levere elektrisk kraft til en satellitt eller en sonde i de indre banene til solsystemet , takket være den større solinnstrålingen uten hindring av atmosfæren og dens høye kraft til vekt forhold .

På land brukes denne typen energi til å drive utallige autonome enheter, til å forsyne tilfluktsrom eller hus isolert fra strømnettet, og til å produsere strøm i stor skala gjennom distribusjonsnettverk. På grunn av den økende etterspørselen etter fornybar energi , har produksjonen av solceller og solcelleanlegg gått betydelig frem de siste årene. [ 22 ] [ 23 ] [ 24 ] Eksperimentelt har de også blitt brukt til å drive solenergibiler , for eksempel i World Solar Challenge over Australia . Mange yachter og landkjøretøyer bruker dem til å lade batteriene autonomt, langt fra strømnettet.

Mellom 2001 og 2012 har det vært en eksponentiell vekst i produksjonen av solcelleenergi, en dobling omtrent hvert annet år. [ 25 ] Hvis denne trenden fortsetter, vil fotovoltaisk energi dekke 10 % av verdens energiforbruk i 2018 , og nå en omtrentlig produksjon på 2200 TWh, [ 26 ] og kunne gi 100 % av dagens energibehov frem til år 2027 . [ 27 ]

Økonomiske insentivprogrammer, først og senere solcellesystemer og nettobalanse uten subsidier , har støttet installasjonen av solceller i et stort antall land, og har bidratt til å unngå utslipp av en større mengde klimagasser . [ 28 ]

Søknadsliste

Høykonsentrasjonspanel

Som et resultat av en samarbeidsavtale signert av Polytechnic University of Madrid (UPM), gjennom Solar Energy Institute, selskapet Guascor Fotón og Institute for Energy Diversification and Saving , et byrå for departementet for industri, turisme og spansk handel, den første solcelleinstallasjonen av høy konsentrasjon av silisium i kommersiell drift i Europa er utført.

Det er en solcelleinstallasjon som, sammenlignet med en konvensjonell, bruker en ekstraordinær reduksjon av silisium og omdanner sollys til elektrisk energi med svært høy effektivitet. Denne teknologien dukker opp som en måte å utnytte potensialet i solenergiressursen og på den annen side unngå avhengighet av silisium, som blir stadig mer knapp og med en stadig økende pris på grunn av økningen i etterspørselen fra solenergiindustrien .

Siden 1970-tallet har det blitt forsket på fotovoltaisk konsentrasjonsteknologi på en slik måte at den har forbedret effektiviteten til den grad overgår tradisjonell solcelle. Det var først i 2006-2007 at konsentrasjonsteknologier gikk fra å bli redusert til forskningsfeltet og begynte å oppnå den første kommersielle utviklingen. I 2008 lanserte ISFOC (Institute of Concentrating Photovoltaic Solar Systems) en av de største i sitt slag i verden i Spania, og koblet 3 MW strøm til nettet. Flere selskaper som bruker ulike konsentrerte solcelleteknologier (CPV) deltok i dette prosjektet.

Noen av disse teknologiene bruker linser for å øke kraften til solen som når cellen. Andre konsentrerer solens energi i høyeffektive celler med et system av speil for å oppnå maksimal energiytelse. Noen selskaper som SolFocus har allerede begynt å kommersialisere CPV-teknologi i stor skala og utvikler prosjekter i Europa og USA som overstiger 10 MW i 2009.

Den fotovoltaiske konsentrasjonsteknologien er tegnet som et av de mest effektive alternativene i energiproduksjon til en lavere kostnad for områder med høy solstråling som Middelhavslandene, de sørlige områdene i USA, Mexico eller Australia, blant andre.

Se også

Referanser

  1. ^ "Sunpower Panels tildelt Guinness verdensrekord " . Reuters . 20. juni 2011. Arkivert fra originalen 26. juni 2013 . Hentet 4. november 2015 . 
  2. ^ Swanson, R.M. (2009). "Photovoltaics PowerUp" . Science 324 (5929): 891-2. PMID  19443773 . doi : 10.1126/science.1169616 . 
  3. ^ "PV Grid Parity Monitor-studien viser at fotovoltaisk nettparitet allerede er i ferd med å bli en realitet" . 9. november 2012. Arkivert fra originalen 5. oktober 2013 . Hentet 13. mars 2016 . 
  4. ^ "Når solcellepaneler er billigere enn strømnettet" . Landet . 15. desember 2011 . Hentet 13. mars 2016 . 
  5. ^ "Vanguard I - Verdens eldste satellitt fortsatt i bane " . Arkivert fra originalen 2008-09-19 . Hentet 12. august 2008 . 
  6. ^ a b Masters, Gilbert Masters (2013). «5: FOTOVOLTAISKE MATERIALER OG ELEKTRISKE EGENSKAPER». I Wiley, red. Elektriske kraftsystemer . Amerikas forente stater: IEEE. s. 253-315. ISBN  9781118140628 . 
  7. ↑ Piliougine, M.; Carter, J.; Mora-Lopez, L.; Sidrach-de-Cardona, M. (2011). Analyse av nedbrytningsmekanismer av krystallinsk silisium PV-moduler etter 12 års drift i Sør-Europa . doi : 10.1002/pip.1073ªurl=https://doi.org/10.1002/pip.1073 . 
  8. ↑ Sánchez-Friera, P.; Piliougine, M.; Pelaez, J.; Carter, J.; Sidrach-de-Cardona, M. (2011). Analyse av nedbrytningsmekanismer av krystallinsk silisium PV-moduler etter 12 års drift i Sør-Europa . doi : 10.1002/pip.1083 . 
  9. ↑ Piliougine, M.; Oukaja, A.; Sidrach-de-Cardona, M.; Spagnuolo, G. (2022). «Analyse av nedbrytningen av amorfe silisiumbaserte moduler etter 11 års eksponering ved hjelp av IEC60891:2021 prosedyre 3» . Fremskritt innen solcelleanlegg . 
  10. ↑ Piliougine, M.; Sánchez-Friera, P.; Petrone, G.; Sanchez-Pacheco, JF; Spagnuolo, G.; Sidrach-de-Cardona, M. (2022). "Ny modell for å studere utendørs nedbrytning av tynnfilm solcellemoduler" . Fornybar energi . 
  11. ↑ Canellos, Michael (16. januar 2007). "Solcelle slår effektivitetsrekord" . ZDNet News (på engelsk) . Arkivert fra originalen 17. januar 2007 . Hentet 16. januar 2007 . 
  12. ^ "Pristilbud" . Arkivert fra originalen 26. juni 2014 . Hentet 26. juni 2014 . 
  13. ↑ "Sunny Uplands: Alternativ energi vil ikke lenger være alternativ" . The Economist . 2012 . Hentet 28. desember 2012 . 
  14. ^ "Priser solskinn" . The Economist . 2012 . Hentet 28. desember 2012 . 
  15. ↑ Branker, K.; Pathak, MJM; Pearce, J.M. (2011). "En gjennomgang av solcellefotovoltaiske utjevnede kostnader for elektrisitet". Renewable and Sustainable Energy Reviews 15 (9): 4470. doi : 10.1016/j.rser.2011.07.104 . Åpen tilgang 
  16. ^ "Investering av fornybar energi slår rekorder" . Renewable EnergyWorld . 29. august 2011. 
  17. ^ "Fornybare energikostnader faller i '09 " . Reuters . Hentet 23. november 2009 . 
  18. ↑ "Solenergi 50% billigere ved årsslutt." Reuters , 24. november 2009.
  19. ^ a b Quiggin, John (3. januar 2012). "Slutten på atomrenessansen" . Nasjonal interesse . 
  20. ^ "Den kinesiske PV-produsenten Phono Solar skal forsyne den tyske systemintegratoren Sybac Solar med 500 MW PV-moduler " . Solarserver.com . Hentet 30. april 2012 . 
  21. ↑ Emilian (1. juni 2020). "Rekord: TRINA SOLARs Vertex-modul når 515,8 W utgangseffekt" . Blogg - Enertik | Solenergi og fornybar energi . Hentet 23. juni 2020 . 
  22. ^ "Tysk PV-marked" (på engelsk) . Solarbuzz.com . Hentet 3. juni 2012 . 
  23. ↑ Bullis, Kevin (23. juni 2006). "Storskala, billig solenergi " . technologyreview.com . Hentet 3. juni 2012 . 
  24. ↑ Bojorquez, Victor. «Fotovoltaiske paneler» . eco-energy.com . Hentet 13. mars 2016 . 
  25. ↑ Roper, L. David (24. august 2011). " World Photovoltaic Energy " (på engelsk) . Hentet 23. februar 2013 . 
  26. ↑ Kaminska, Izabella (18. juni 2012). "Den eksponentielle veksten i solforbruk" . Financial Times . Hentet 17. september 2012 . 
  27. ↑ Kurzweil, Ray (21. februar 2011). "Klimaendringer ikke noe problem, sier fremtidsforsker Ray Kurzweil" .Verge. Hentet 17. september 2012 . 
  28. ↑ Renewable Energy Policy Network for the 21st century (REN21), Renewables 2010 Global Status Report, Paris, 2010, s. 1-80.
  29. ^ "Ford avslører C-MAX Solar Energi-konsept" . 2. januar 2014 . Hentet 13. mars 2016 . 

Eksterne lenker