Il principio di generazione di energia delle celle fotovoltaiche
Il principio di funzionamento delle celle fotovoltaiche si basa sull'effetto fotoelettrico, il che significa che quando i fotoni vengono irradiati su materiali semiconduttori, vengono generate coppie di lacune elettroniche. Questi elettroni e lacune vengono separati sotto l'azione di un campo elettrico, generando una corrente elettrica. Il suo processo di lavoro specifico può essere spiegato come segue:
Assorbimento dei fotoni:Quando la luce solare colpisce una cella fotovoltaica, i materiali semiconduttori (come il silicio) assorbono i fotoni.
Generazione di coppie di lacune elettroniche:Quando l'energia del fotone è maggiore dell'energia del gap di banda del semiconduttore, ecciterà gli elettroni alla transizione dalla banda di valenza alla banda di conduzione, formando coppie di lacune elettroniche.
Separazione del campo elettrico:Nella giunzione pn della cella della batteria, un campo elettrico incorporato separa gli elettroni dalle lacune, facendo sì che gli elettroni si spostino verso la regione n e le lacune si spostino verso la regione p.
Formazione attuale:In un circuito esterno, gli elettroni fluiscono attraverso i fili per formare corrente ed emettere energia elettrica.
1. Cos'è la fessurazione nascosta nelle celle fotovoltaiche?
Le micro crepe nelle celle fotovoltaiche si riferiscono a minuscole crepe presenti all'interno o sulla superficie della cella, che potrebbero non essere visibili a occhio nudo ma possono avere un impatto significativo sulle prestazioni e sulla durata della cella.
a) Ridurre l'area effettiva di produzione di energia:L'area nascosta della fessura non può partecipare efficacemente alla conversione fotoelettrica, riducendo l'effettiva area di generazione di energia della cella della batteria. Con conseguente diminuzione dell’efficienza complessiva della produzione di energia.
b) Aumentare la resistenza:Le crepe nascoste possono causare un aumento della resistenza locale, rendendo difficile per gli elettroni il flusso regolare nell'area della fessura nascosta. Il risultato è un aumento della resistenza in serie, una diminuzione del fattore di riempimento (FF) delle celle della batteria e una diminuzione della potenza di uscita.
c) Disallineamento attuale:Crepe nascoste possono causare una corrente non uniforme all'interno della cella della batteria, con alcune aree che hanno una corrente inferiore. La mancata corrispondenza della corrente tra le celle della batteria collegate in serie può influire sulle prestazioni dell'intera stringa di batterie e ridurre la potenza dei componenti.
d) Effetto punto caldo:L'elevata resistenza nella zona nascosta della fessura può causare un surriscaldamento locale, formando punti caldi. I punti caldi possono danneggiare le celle della batteria o provocare incendi, compromettendo seriamente la sicurezza del sistema.
e) Invecchiamento accelerato:Crepe nascoste possono rendere la struttura delle celle della batteria più fragile e suscettibile a ulteriori danni derivanti da ambienti esterni come sbalzi di temperatura, sollecitazioni meccaniche, ecc. La durata delle celle della batteria si riduce e la loro stabilità a lungo termine diminuisce.
f) Corrente dispersa:Le crepe nascoste possono causare la fuoriuscita di corrente dall'area della fessura nascosta, formando percorsi di corrente non necessari. Il risultato è una diminuzione dell’efficienza complessiva delle celle della batteria e una riduzione della produzione di energia elettrica.
Ragioni per la formazione di crepe nascoste:
1) Stress durante il processo produttivo:
a) Durante il processo di taglio, saldatura e imballaggio delle celle della batteria, è possibile che si generino sollecitazioni meccaniche che potrebbero causare crepe nascoste.
b) Durante il processo di trattamento termico, le variazioni di temperatura possono causare stress termico, portando a crepe nascoste.
2) Vibrazioni e urti durante il trasporto e la movimentazione
Durante il trasporto e la movimentazione, se imballate in modo improprio, le celle della batteria potrebbero essere soggette a vibrazioni e urti, causando crepe nascoste.
3) Stress meccanico durante l'installazione: un funzionamento improprio, un'eccessiva compressione meccanica e uno stiramento durante l'installazione possono causare crepe nascoste nelle celle della batteria.
4) L'impatto delle condizioni ambientali
Durante il funzionamento effettivo, le celle della batteria sono influenzate da fattori ambientali quali variazioni di temperatura, carichi di vento e carichi di neve, causando crepe nascoste.
Metodo di prova:
Test EL (test dell'elettroluminescenza)
Principio:Applicando corrente, la cella della batteria emette luce e utilizzando una fotocamera a infrarossi per rilevare l'emissione di luce della cella della batteria. Le crepe nascoste appariranno come macchie scure.
Vantaggi:Può visualizzare in modo intuitivo la distribuzione e la gravità delle crepe nascoste.
Svantaggio:Deve essere effettuato in camera oscura e l'operazione è complessa.
Principio della termografia a infrarossi:Rilevando l'immagine termica a infrarossi della cella della batteria, identificare l'area di temperatura anomala causata da crepe nascoste.
Vantaggi:Può rilevare rapidamente e in modo non distruttivo celle di batterie di grandi dimensioni.
Svantaggi:Requisiti elevati per le apparecchiature di prova e costi elevati.
Test di fotoluminescenza (PL).
Principio:Utilizzo dell'irradiazione laser per rilevare le caratteristiche di fotoluminescenza delle celle della batteria. La luminescenza nella fessura nascosta mostrerà cambiamenti significativi.
Vantaggi:Velocità di rilevamento elevata, adatta per l'ispezione della linea di produzione.
Svantaggio:Ha requisiti elevati per le apparecchiature di rilevamento e l'ambiente.
Test ad ultrasuoni
Principio:Utilizzando le caratteristiche di riflessione e trasmissione degli ultrasuoni per rilevare crepe nascoste all'interno delle celle della batteria.
Vantaggi:Elevata sensibilità per il rilevamento di crepe nascoste, in grado di rilevare crepe nascoste più piccole.
Svantaggi:L'attrezzatura è complessa e richiede competenze professionali per il funzionamento.
Come prevenire principalmente dalle cause sopra menzionate
Migliorare i processi produttivi
Processo di taglio:La tecnologia di taglio non distruttivo viene utilizzata per ridurre la generazione di stress meccanici.
Processo di saldatura:Ottimizza i parametri di saldatura per ridurre l'impatto dello stress termico.
Processo di imballaggio:Utilizzo di materiali di imballaggio flessibili per ridurre l'impatto delle sollecitazioni meccaniche.
Ottimizzare il trasporto e la movimentazione
Progettazione dell'imballaggio:Utilizzo di materiali di imballaggio antiurto per ridurre le vibrazioni e l'impatto durante il trasporto.
Specifiche di funzionamento:Sviluppare specifiche dettagliate sulle operazioni di movimentazione per ridurre i danni meccanici durante il processo di movimentazione.
Precauzioni durante l'installazione
Installazione professionale:Assicurarsi che il personale di installazione abbia ricevuto una formazione professionale per evitare operazioni improprie che potrebbero causare crepe nascoste.
Protezione meccanica:Durante l'installazione, utilizzare dispositivi di protezione per evitare danni alle celle della batteria dovuti a sollecitazioni meccaniche.
Monitoraggio e manutenzione ambientale
Monitoraggio ambientale:Monitorare regolarmente l'ambiente operativo delle celle della batteria per evitare danni derivanti da ambienti estremi.
Manutenzione regolare:Mantenere e ispezionare regolarmente le celle fotovoltaiche per rilevare e risolvere tempestivamente i problemi nascosti di cracking.