В этой статье мы поговорим об основных конструктивных особенностях солнечных батарей, позволяющие снимать и передавать электирчество в цепь солнечной фотоэлектрической установки.

Шины проводники полоски в солнечном элементе

Шины

На кремниевых солнечных батареях наносятся металлизированные тонкие ленты прямоугольной формы, напечатанные на фронтальной и тыльной сторонах солнечного элемента. Эти металлические контакты называются шинами и имеют определяющую функцию: они проводят постоянный электрический ток, который генерирует фотоэлемент.

Шины состоят из меди, покрытой серебром. Серебряное покрытие повышает проводимость на фронтальной стороне, а также снижает окисление на тыльной стороне.

Полоски солнечного элемента

Перпендикулярно к шинам наносятся узкая металлическая контактная сетка полосок. Они собирают сгенерированный на поверхности фотоэлектрического элемента ток и транспортируют к шинам — токосъемникам.

Эти контакты — шины и полоски — напечатаны на поверхности солнечного фотоэлектрического элемента с помощью технологии, которую называют трафаретной печатью.

Шины и полоски в солнечном фотоэлементе

Проводники

Проводники припаивают вручную или автоматически с помощью робота-Стрингера к шинам солнечного элемента и соединяют отдельные элементы в серии с низким последовательным сопротивлением.

Проводники изготавливаются из круглого в сечении медного провода, с помощью процесса прокатки, который покрыт слоем припоя для обеспечения легкой пайки.

Сборные шины

Группу лент из солнечных элементов с выведенными проводниками объединяют параллельно сборными шинами, которые затем переносят суммарный ток всех элементов к распределительной коробке модуля.

Поскольку провод шины имеет переносить большую силу тока, чем проводники, он также должен быть толще и шире, чтобы обеспечить меньшее сопротивление на единицу длины. Шина также изготовлена ​​из меди.

Сборные шины и проводники в солнечном фотоэлементе

Оптимизация контактов солнечной панели

Чтобы увеличить съём тока, количество полосок и шин на фронтальной стороне фотоэлемента так же необходимо увеличить. Однако увеличивая количество контактов, повышается и отражение солнечного света, тем самым падает КПД фотоэлемента. Таким образом, ключевым компромиссом при проектировании фронтальной сетки контактов, является достижение оптимального баланса количества контактов на площади ячейки.

В связи с этим, важными параметрами являются высота и ширина полос, расстояния между полосками и шинами, а также тип металла и его качество.

Одной из тенденций в отрасли является переосмысление проектирования и производства солнечных элементов.  в дальнейшем это повысит эффективность и надежность, а также значительно снизит материальные затраты — особенно это касается серебряной пасты, которая используется для изготовления шинопроводов.

Многополосные солнечные элементы

Солнечные элементы с тремя полосами

Наиболее распространенной солнечные элементы имеют три напечатанные полоски шин.

Солнечные элементы с пятью полосами

Сейчас система с пятью полосами шин является одним из ведущих направлений проектирования солнечных элементов и модулей.

Некоторые крупные производители солнечных панелей, такие как Trina Solar, Amerisolar, RisenSolar, Jasolar, все чаще сосредоточивают внимание при производстве фотоэлектрических солнечных панелей, используя солнечные элементы с пятью шинами.

При росте числа шин уменьшается расстояние между ними, что приводит к снижению потерь внутреннего сопротивления. Хотя большее количество шин увеличивает затенение фотоэлектрического элемента, общая эффективность таких элементов остается выше, чем в обычных двухполосных или трехполосный элементов. Так же увеличение количества шин уменьшает эффективную длину полосок между ними, уменьшает потери полосок, а также влияние микротрещин.

Количество шин на фотоэлементе

Солнечные батареи, как правило, изготовлены из очень тонких пластин, в среднем около 0,20 мм толщиной. Они имеют определенную гибкость, но при нажатии могут повреждаться. При этом возникают трещины, которые настолько малы, что их невозможно определить невооруженным глазом. Их называют микротрещинами.

Технология LG CELLO

Конструкция многополосных шин малой толщины также позволяет снизить затраты на дорогой серебряной пасте. Примером такой конструкции является технология проводников CELLO компании LG. Термин «CELLO» (Cell connection with Electrically Low loss, Low stress, and Optical absorption enhancement) означает «соединение ячеек с низкими электрическими потерями, механическим напряжением и улучшенным оптическим поглощением».

LG Electronics заменила 3 ​​стандартные шины на 12 тонких, округленной формы проводников, которые покрывают всю поверхность солнечных элементов.

Многополосный солнечный фотоэлемент

Технология LG CELLO представлена ​​в модуле NeON 2 PV.

Фотоэлемент LG с технологией многополосных шин

Бесполосные солнечные элементы

Некоторые производители, такие как Solaria отказались от концепции многополосных шин и двигаются совсем другим путем. Компания использует обычные солнечные фотоэлектрические элементы, которые непосредственно электрически соединены друг с другом.

Преимущества солнечных элементов без шин очевидны:

  • Уменьшение незадействованного пространства между солнечными элементами.
  • Более гибкий дизайн модуля — стандартный дизайн модуля ограничивается размером солнечного элемента и требованиями интервала между ними.
  • Значительное снижение потерь мощности при затенении части модуля
  • Меньше образования микротрещин при отсутствии пайки элементов
  • Сохранение расходов на материалы шин

Солнечная батарея с бесполосными солнечными элементами

Снижение стоимости шин

Солнечные элементы с многополосными шинами так и бесполосными сосредоточены на повышении производительности и надежности, тогда как существуют и другие подходы направлены на уменьшение материальных затрат. Проводятся мероприятия по минимизации содержания серебра в шинах, например, изготовление полос штрихпунктирной линией, или же полной заменой серебра при металлизации солнечного элемента альтернативными материалами, такими как олово или никель.

Штрихпунктирные шины

В последние годы в промышленности появилась  альтернатива стандартным сплошным шинам — пунктирные шины, уменьшают использование дорогой серебряной пасты. Существуют различные типы пунктирных шин: 3-полосные, 5-полосные, 6-полосные, а также 8-полосные.

Исследования показали, что шины с данной конструкцией более чувствительны к потенциальному растрескиванию. Проблемы потери мощности, растут с количеством разрывов, вызванных нагреванием и растрескиванием на углах шины солнечного элемента. Однако стоимость таких солнечных батарей значительно меньше.

Штрихпунктирные шины в фотоэлементе

Оптимизация формы: круглые проводники

Кроме вышеперечисленных методов повышения эффективности, исследователи так же обратили внимание на то, как форма шины может повлиять на КПД солнечного модуля.

Скруглённые шины в фотоэлементе

Эффективным решением оказалось использование круглых в сечении проводников. Такая форма обеспечивает по сравнению с прямоугольными проводниками меньше затенение но при этом площадь сечения шины позволяет добиться низкого электрического сопротивления.

По материалам: ecotown.com.ua/news/SHCHo-potribno-znaty-pro-budovu-sonyachnykh-paneley-shyny-providnyky-kontakty/