Sposób na zwiększenie żywotności modułów fotowoltaicznych
Badania sprawdzające możliwość bezpośredniej integracji elementów energoelektronicznych (diod bocznikujących, tranzystorów) z powierzchnią ogniw krzemowych mogą doprowadzić do wydłużenia żywotności modułów fotowoltaicznych. Analizy prowadzone są na Uniwersytecie Technicznym w Delfcie w Holandii.
Elementy energoelektroniczne, takie jak diody bocznikujące, tranzystory czy cewki indukcyjne, stanowią integralną część modułu fotowoltaicznego i są zwykle umieszczane w puszcze połączeniowej w tylnej jego części. Jedną z funkcji tych elementów jest kondycjonowanie pracy modułów fotowoltaicznych poprzez optymalizację ich pracy w zależności od zewnętrznych warunków atmosferycznych.
Przykładowo elementy energoelektroniczne są wykorzystywane w ramach mechanizmu śledzenia punktu pracy maksymalnej (MPPT), który odpowiada za maksymalizację wydajności pracy całego modułu fotowoltaicznego.
Naukowcy z holenderskiego uniwersytetu technicznego przeprowadzili badania mające na celu określenie możliwości integracji poszczególnych elementów energoelektronicznych z powierzchnią pojedynczego wafla krzemowego. W ramach swojej pracy opisali szanse i wyznawania związane z realizacją takiego projektu.
Uproszczona budowa puszki połączeniowej
Jako jedną z podstawowych zalet badacze wskazują maksymalne uproszczenie budowy skrzynki połączeniowej, która znajduje się na tylnej stronie modułu fotowoltaicznego. Ich zdaniem możliwe jest zintegrowanie diod bocznikujących bezpośrednio z ogniwem krzemowym, co wyłącza tym samym obecność diod w skrzynce.
Takie podejście miałoby umożliwić budowę prostszych, a więc i mniej awaryjnych skrzynek. Co więcej, sama skrzynka mogłaby mieć mniejszy rozmiar.
Podobne wnioski sformułowano wobec optymalizatorów mocy lub mikroinwerterów – ich poszczególne elementy mogłyby być zintegrowane z ogniwami w sposób umożliwiający projektowanie urządzeń o większej ergonomii.
Holenderscy naukowcy omówili również kwestię zwiększonego prawdopodobieństwa awarii tranzystorów, które są lutowane w skrzynce połączeniowej. Ich zdaniem integracja tranzystorów poprzez ich monolityczne połączenie z ogniwem fotowoltaicznym mogłaby zmniejszyć ryzyko przyszłych awarii.
Nierównomierny rozkład temperatury
Choć pomysł wydaje się mieć duży potencjał, badacze przyznają, że wciąż potrzeba dodatkowych badań i testów, aby potwierdzić, że projekt nadaje się do wdrożenia w skali komercyjnej.
Jednym z problemów jest kwestia zarządzania ciepłem, które może rozkładać się niejednorodnie na module wybudowanym z wykorzystaniem ogniwa zintegrowanego z energoelektroniką. Należy wziąć pod uwagę, że elementy energoelektroniczne będą zajmować jedynie część płytki krzemowej, co może doprowadzić do nierównomiernego rozkładu temperatury – w wyniku nierównomiernego nagrzewania się poszczególnych komponentów – i powodować dalsze straty w produkcji energii elektrycznej.
Istnieje zatem prawdopodobieństwo, że w ramach dalszych badań trzeba będzie opracować rozwiązanie pozwalające na zoptymalizowane zarządzania ciepłem na poziomie pojedynczego wafla krzemowego, tak by wyeliminować powstawanie gorących punktów.
Dodatkowo integracja energoelektroniki z ogniwami słonecznymi stanowi wyzwanie dla możliwości naprawy modułów w przypadku awarii pojedynczego wafla, z uwagi na fakt, że aktualna technologia laminacji uniemożliwia łatwą wymianę pojedynczego ogniwa. Choć pojawiają się już doniesienia o produkcji ogniw, które nie są laminowane, to wciąż najprostszym rozwiązaniem wydaje się opracowanie ogniw ze zintegrowanymi elementami energoelektronicznymi, których żywotność będzie co najmniej taka sama jak konwencjonalnych wafli krzemowych, tj. 25 lat.
Wykorzystanie obecnych linii technologicznych
Jak podkreślają naukowcy, aby integracja elementów energoelektronicznych mogła być stosowana w produkcji ogniw krzemowych, jej implementacja musi wymagać jak najmniejszej ingerencji w obecne linie technologiczne.
Należy również wziąć pod uwagę, że poszczególne etapy przetwarzania potrzebne do zintegrowania energoelektroniki nie powinny uszkadzać ogniwa słonecznego ani wpływać na jego wydajność. Jako przykład badacze podają proces wytrawiania plazmowego, często stosowany do wytwarzania tranzystorów, który jednak może być szkodliwy pod kątem pasywacji ogniw krzemowych.
Zdaniem holenderskich naukowców pomimo kilku zagadnień, które wciąż czekają na optymalizację, ogniwa fotowoltaiczne ze zintegrowaną energoelektroniką mogą znaleźć zastosowanie w urządzeniach Internetu Rzeczy (IoT) lub w rozwiązaniach dla segmentu budowlanego (BIPV).
Na razie trudno określić szacunkowe nakłady inwestycyjne na rozwój energoelektroniki zintegrowanej z ogniwami, ponieważ – jak twierdzą badacze – będą one zależeć m.in. od stopnia zaawansowania danego projektu.
Radosław Błoński
redakcja@gramwzielone.pl
© Materiał chroniony prawem autorskim. Wszelkie prawa zastrzeżone. Dalsze rozpowszechnianie artykułu tylko za zgodą wydawcy Gramwzielone.pl Sp. z o.o.
