Що необхідно знати про конструкцію сонячної батареї: шини, смужки, провідники

У цій статті ми поговоримо про основні конструктивні особливості сонячних батарей, що дозволяють знімати та передавати електроенергію в ланцюг сонячної фотоелектричної установки.

Шини провідники смужки в сонячному елементі

Шини

На кремнієвих сонячних батареях наносяться металізовані тонкі стрічки прямокутної форми, надруковані на передній і задній сторонах сонячного елемента. Ці металеві контакти називаються шинами та мають визначальну функцію: вони проводять постійний електричний струм, який генерує фотоелемент.

Шини складаються з міді, покритої сріблом. Срібне покриття підвищує проводимість на передній стороні, також знижує окислення на тильній стороні.

Смужки сонячного елемента

Перпендикулярно до шин наносяться металева вузька контактна сітка смужок. Вони збирають згенерований на поверхні фотоелектричного елемента струм і транспортують до шин – струмознімачів.

Ці контакти – шини та смужки – надруковані на поверхні сонячного фотоелектричного елемента за допомогою технології, яку називають трафаретним друком.

Шини та смужки у сонячному фотоелементі

Провідники

Провідники припаюють вручну або автоматично за допомогою робота-стрінгера до шин сонячного елемента та з’єднують окремі елементи в серії з низьким послідовним опором.

Провідники виготовляються з круглого в перерізі мідного дроту за допомогою процесу прокатки, який покритий шаром припою для забезпечення легкого паяння.

Збірні шини

Групу стрічок із сонячних елементів з виведеними провідниками об’єднують паралельно збірними шинами, які потім переносять сумарний струм всіх елементів до розподільної коробки модуля.

Оскільки провід шини має переносити більшу силу струму, ніж провідники, він також повинен бути товщим і ширшим, щоб забезпечити менший опір на одиницю довжини. Шина також виготовлена з міді.

Збірні шини та провідники у сонячному фотоелементі

Оптимізація контактів сонячної панелі

Щоб збільшити знімання струму, кількість смужок і шин на передній стороні фотоелемента також необхідно збільшити. Однак, збільшуючи кількість контактів, підвищується і віддзеркалення сонячного світла, тим самим падає ККД фотоелемента. Таким чином, ключовим компромісом при проектуванні фронтальної сітки контактів є досягнення оптимального балансу кількості контактів на площі комірки.

У зв’язку з цим, важливими параметрами є висота та ширина смуг, відстані між смужками та шинами, а також тип металу та його якість.

Однією з тенденцій у галузі є переосмислення проектування та виробництва сонячних елементів. надалі це підвищить ефективність та надійність, а також значно знизить матеріальні витрати – особливо це стосується срібної пасти, яка використовується для виготовлення шинопроводів.

Багатосмугові сонячні елементи

Сонячні елементи з трьома смугами

Найбільш поширені сонячні елементи мають три надруковані смужки шин.

Сонячні елементи з п’ятьма смугами

Зараз система з п’ятьма смугами шин є одним із провідних напрямків проектування сонячних елементів та модулів.

Деякі великі виробники сонячних панелей, такі як Trina Solar, Amerisolar, RisenSolar, Jasolar, все частіше зосереджують увагу на виробництві фотоелектричних сонячних панелей, використовуючи сонячні елементи з п’ятьма шинами.

У разі зростання числа шин зменшується відстань між ними, що призводить до зниження втрат внутрішнього опору. Хоча більша кількість шин збільшує затінення фотоелектричного елемента, загальна ефективність таких елементів залишається вищою, ніж у звичайних двосмугових або трисмугових елементів. Також збільшення кількості шин зменшує ефективну довжину смужок між ними, зменшує втрати смужок, а також вплив мікротріщин.

Кількість шин на фотоелементі

Сонячні батареї зазвичай виготовлені з дуже тонких пластин, в середньому близько 0,20 мм завтовшки. Вони мають певну гнучкість, але при натисканні можуть ушкоджуватись. При цьому виникають тріщини, які настільки малі, що їх неможливо визначити неозброєним оком. Їх називають мікротріщинами.

Технологія LG CELLO

Конструкція багатосмугових шин малої товщини дозволяє знизити витрати на дорогій срібній пасті. Прикладом такої конструкції є розробка провідників CELLO компанії LG. Термін “CELLO” (Cell connection with Electrically Low loss, Low stress, and Optical absorption enhancement) означає “з’єднання осередків з низькими електричними втратами, механічною напругою та поліпшеним оптичним поглинанням”.

LG Electronics замінила 3 стандартні шини на 12 тонких, заокруглених форм провідників, які покривають всю поверхню сонячних елементів.

Багатосмуговий сонячний фотоелемент

Технологія LG CELLO представлена в модулі NeON 2 PV.

Фотоелемент LG з технологією багатосмугових шин

Безсмугові сонячні елементи

Деякі виробники, такі як Solaria, відмовилися від концепції багатосмугових шин і рухаються зовсім іншим шляхом. Компанія використовує звичайні сонячні фотоелектричні елементи, безпосередньо електрично з’єднані один з одним.

Переваги сонячних елементів без шин очевидні:

• Зменшує незадіяний простір між сонячними елементами.
• Більш гнучкий дизайн модуля – стандартний дизайн модуля обмежується розміром сонячного елемента та вимогами інтервалу між ними.
• Значне зниження втрат потужності під час затінення частини модуля.
• Менше утворення мікротріщин за відсутності паяння елементів.
• Збереження витрат на матеріали шин.

Сонячна батарея з безсмуговими сонячними елементами

Зниження вартості шин

Сонячні елементи з багатосмуговими шинами і безсмуговими зосереджені підвищення продуктивності і надійності, тоді як й інші підходи спрямовані зменшення матеріальних витрат. Проводяться заходи щодо мінімізації вмісту срібла в шинах, наприклад, виготовлення смуг штрихпунктирною лінією, або повною заміною срібла при металізації сонячного елемента альтернативними матеріалами, такими як олово або нікель.

Штрихпунктирні шини

В останні роки в промисловості з’явилася альтернатива стандартним суцільним шинам – пунктирні шини, що зменшують використання дорогої срібної пасти. Існують різні типи пунктирних шин: 3-смугові, 5-смугові, 6-смугові, а також 8-смугові.

Дослідження показали, що шини з цією конструкцією більш чутливі до потенційного розтріскування. Проблеми втрати потужності ростуть з кількістю розривів, викликаних нагріванням і розтріскуванням на кутах шини сонячного елемента. Однак вартість таких сонячних батарей значно менша.

Штрихпунктирні шини у фотоелементі

Оптимізація форми: круглі провідники

Крім вищезазначених методів підвищення ефективності, дослідники також звернули увагу на те, як форма шини може вплинути на ККД сонячного модуля.

Заокруглені шини у фотоелементі

Ефективним рішенням виявилося використання круглих у перерізі провідників. Така форма забезпечує порівняно з прямокутними провідниками менше затінення, але при цьому площа перерізу шини дозволяє досягти низького електричного опору.