Waarom Zonnecellen Snijden?

Inhoud:

1. Waarom Zonnecellen Snijden?
2. De Principes van Snijden
3. Voordelen van 1/3-gesneden Panelen ten opzichte van Half-gesneden Panelen
4. Waarom Produceren Fabrikanten Geen 1/4- of 1/5-gesneden Zonnecellen?
5. Conclusie

Waarom Zonnecellen Snijden?

In de afgelopen jaren is de fotovoltaïsche (PV) technologie snel gevorderd en wijdverspreid in gebruik genomen. De vraag naar hoogvermogen zonnepanelen neemt toe, en het verminderen van energieverlies terwijl het uitgangsvermogen van deze panelen wordt verhoogd, is een aandachtspunt voor fabrikanten wereldwijd. Het snijden van zonnecellen is een techniek die wordt gebruikt om de paneelefficiëntie te verbeteren door de cellen kleiner te maken, wat de weerstand vermindert en het vermogen verhoogt.

Maar waarom is het snijden van zonnecellen pas recent een populair onderwerp in de industrie geworden? Een reden is de toename in de grootte van silicium wafers van 156 mm (M1) tot 161,7 mm (M4). Deze groottevergroting heeft het waferoppervlak en de stroom met ongeveer 7% verhoogd, maar ook de elektrische verliezen met 15% verhoogd. Dit stimuleerde de industrie om manieren te vinden om stroomgerelateerde verliezen te verminderen. Bovendien kan het snijden van cellen schaduwverliezen door de metalen elektroden van de cel verminderen en het aantal busbars verhogen, wat helpt om de stroomdoorvoer te verbeteren.

Daarnaast maken verbeteringen in de wafer- en celproductieprocessen het nu mogelijk om volledige cellen te screenen zonder dat de gesneden cellen opnieuw gemeten hoeven te worden nadat ze zijn verdeeld. Dit stroomlijnt het productieproces, waardoor het efficiënter en kosteneffectiever wordt.

Samengevat, het snijden van zonnecellen in kleinere stukjes helpt om zonnepanelen krachtiger en efficiënter te maken, waardoor wordt voldaan aan de groeiende vraag naar hoogpresterende zonne-energieoplossingen.

De Principes van Snijden

1. Snijproces

• Het Vierkant Maken van het Silicium Ingot: Het verwerken van het silicium ingot tot een blok dat aan de vereiste specificaties voldoet.
• Snijden en Slijpen van het Siliciumblok: Het verwijderen van de uiteinden en het afvlakken, afschuinen en afronden van het siliciumblok.
• Siliciumblok Lijmen: Het hechten van het siliciumblok aan een werkstukplaat ter voorbereiding op het draadsnijden.
• Snijden van het Siliciumblok: Het gebruik van een multi-draadzag om het siliciumblok in dunne silicium wafers te snijden.
• Reinigen van de Silicium Wafers: Het reinigen van het waferoppervlak van slurrie door middel van voorreiniging, invoegen en ultrasoon reinigen.
• Sorteren en Verpakken van de Silicium Wafers: Het sorteren van de wafers volgens standaarden en het verpakken ervan voor opslag.

2. Técnicas de corte

(1) LSC - Grabado y Separación por Láser

Esta técnica se basa en la tecnología de ablación láser. La tecnología de células half-cut generalmente emplea el corte láser, donde las células solares de tamaño estándar se cortan verticalmente a lo largo de los busbars principales en dos mitades iguales. Estas mitades se interconectan mediante soldadura para la conexión en serie. Así es como funciona:

• Proceso: Un láser crea líneas de grabado de longitud completa a lo largo de los bordes de la célula half-cut. En algunos casos, el grabado no separa completamente la célula, sino que deja una ranura de aproximadamente la mitad del grosor de la célula. Luego, la célula se rompe mecánicamente a lo largo de estas líneas de grabado.
• Ventajas: Este método evita la creación de caminos de derivación en la unión p-n al realizar el grabado desde la parte trasera de la célula. Para las células Passivated Emitter and Rear Contact (PERC) con una capa metálica trasera completa, crear una pequeña apertura en la parte trasera no causa ninguna pérdida de potencia.
• Innovaciones: Fraunhofer CSP ha desarrollado y patentado una versión avanzada de la técnica LSC. Esto implica aplicar el grabado láser a células solares ligeramente dobladas, logrando un proceso de un solo paso donde el grabado y la ruptura ocurren en la misma estación.

(2) TMC - Separación Térmica Mecánica

A diferencia de LSC, TMC no utiliza técnicas de ablación que puedan causar microgrietas. En su lugar, aplica un gradiente térmico altamente concentrado a lo largo del borde de la célula half-cut, induciendo un estrés mecánico localizado que resulta en la ruptura.

• Proceso: Al aplicar un gradiente térmico, el material experimenta un estrés mecánico local que lleva a la ruptura sin ablación del material.
• Ventajas: Los procesos TMC no involucran ablación y reducen los efectos térmicos generales, lo que minimiza el daño estructural a las obleas cuando se optimizan los parámetros del proceso.
• Innovación: Algunos equipos para células half-cut TMC ya están disponibles comercialmente o en desarrollo. Los fabricantes notables incluyen 3D-Micromac AG e Innolas Solutions GmbH de Alemania.

En resumen, el corte de células solares implica una serie de pasos precisos para garantizar un rendimiento y eficiencia óptimos. Tanto las técnicas LSC como TMC ofrecen diferentes ventajas y pueden elegirse según las necesidades específicas y las capacidades de fabricación.

Voordelen van 1/3-gesneden Panelen ten opzichte van Half-gesneden Panelen

1. Verminderde Weerstandsverliezen en Verhoogd Uitgangsvermogen

Een bron van energieverlies in zonnepanelen is weerstandsverlies, dat optreedt tijdens de stroomoverdracht. Zonnecellen gebruiken busbars om verbinding te maken met aangrenzende draden en cellen, en de stroom die door deze busbars stroomt veroorzaakt enig energieverlies. Door zonnecellen in helften te snijden, wordt de stroom die door elke cel wordt geproduceerd gehalveerd, wat resulteert in lagere weerstandsverliezen terwijl de stroom door de cellen en draden van het zonnepaneel stroomt.

Met behulp van de formule voor elektrisch energieverlies P=I^2R, wanneer de stroom wordt verminderd tot een derde van de oorspronkelijke waarde, wordt het energieverlies aanzienlijk verminderd. Bij 1/3-gesneden cellen is de stroom slechts een derde van die van de oorspronkelijke cel, vergeleken met de helft bij half-gesneden cellen. Dit vermindert verder de serieweerstand van de cellen, minimaliseert energieverlies en verhoogt daardoor het uitgangsvermogen en de efficiëntie van de zonnemodules.

2. Verminderde Hot Spot Effecten

In traditionele volledige celmodules kan een cel die in de schaduw staat een hot spot creëren, wat leidt tot prestatievermindering of zelfs schade aan de cel. De 1/3-gesneden celtechnologie vermindert het risico op hot spots door het aantal cellen te vergroten en daardoor de stroom in elke cel te verlagen. Met een meer gelijkmatige warmteverdeling en verminderde hot spot effecten hebben 1/3-gesneden modules een langere levensduur en een hogere betrouwbaarheid op de lange termijn.

3. Verhoogde Fill Factor

De fill factor (FF) is een maat voor de kwaliteit van een zonnecel. Dit is het beschikbare vermogen op het maximale vermogenspunt (Pm) gedeeld door de open klemspanning (VOC) en de kortsluitstroom (ISC):

De fill factor wordt direct beïnvloed door de waarden van de serie- en shuntweerstanden van de cel en de verliezen in de diodes. Het verhogen van de shuntweerstand (Rsh) en het verlagen van de serieweerstand (Rs) leiden tot een hogere fill factor, wat resulteert in een grotere efficiëntie en het uitgangsvermogen van de cel dichter bij het theoretische maximum brengt.

De 1/3-gesneden celtechnologie verbetert het stroombeheer, verhoogt de fill factor van de module en presteert daardoor beter onder reële bedrijfsomstandigheden.

4. Verbeterde Schaduwtolerantie

In vergelijking met volledige cellen hebben half-gesneden cellen een grotere weerstand tegen schaduweffecten. Dit komt niet door de cellen zelf, maar door de bedradingmethode die wordt gebruikt om de half-gesneden cellen binnen het paneel te verbinden. In traditionele zonnepanelen die zijn opgebouwd uit volledige cellen, zijn de cellen in serie verbonden, waarbij het afschermen van één cel in een serie de hele rij kan stoppen met stroom opwekken. Een standaard paneel heeft meestal 3 rijen onafhankelijk verbonden cellen, dus het afschermen van één cel in een rij elimineert de helft van het vermogen van dat paneel.

Evenzo zijn half-gesneden cellen ook in serie verbonden, maar panelen gemaakt met half-gesneden cellen hebben twee keer zoveel cellen (120 in plaats van 60), wat resulteert in twee keer zoveel onafhankelijke celrijen. Deze bedradingsconfiguratie vermindert het vermogensverlies in panelen die zijn gebouwd met half-gesneden cellen wanneer een enkele cel wordt afgeschermd, omdat het afschermen van één cel slechts een zesde van het totale vermogen van het paneel kan elimineren.

In vergelijking met half-gesneden cellen vertonen 1/3-gesneden cellen nog lagere gevoeligheid voor lokale schaduw. Zelfs als sommige celsegmenten in de schaduw staan, blijft de totale vermogensoutput grotendeels onaangetast, wat zorgt voor een hogere algehele efficiëntie in de elektriciteitsopwekking.

5. Verbeterde Marktcompetitiviteit

De verbeterde prestaties en efficiëntie van 1/3-gesneden modules maken ze competitiever op de markt en in staat om te voldoen aan de eisen van high-end markten en gespecialiseerde toepassingen. Deze verbetering verlaagt de kosten, wat resulteert in hogere economische voordelen.

Door het verhoogde vermogen per module zijn er minder modules nodig om de benodigde elektriciteit te genereren voor zowel grondgebonden als dakgebonden zonne-installaties. Deze vermindering van het aantal modules draagt bij aan het minimaliseren van de ruimte die nodig is voor installatie. Voor grootschalige zonne-energieparken helpt de kleinere ruimtevereiste bij het verminderen van de benodigde landoppervlakte voor het opzetten van zonnefotovoltaïsche faciliteiten. Dit verlaagt op zijn beurt de kapitaaluitgavenkosten voor zonne-ontwikkelaars, aangezien land een aanzienlijke initiële investering vertegenwoordigt voor de bouw van grootschalige zonne-energiecentrales.

Waarom Produceren Fabrikanten Geen 1/4- of 1/5-gesneden Zonnecellen?

Hoewel 1/4-gesneden en 1/5-gesneden modules mogelijk iets hogere vermogensoutput per module kunnen bieden, houdt het optimaliseren van een energieoplossing in dat er rekening wordt gehouden met bijkomende productiecomplexiteiten.

Specifiek vereist het incorporeren van meer zonnecelinsnijdingen extra bypass-diodes voor circuitbescherming binnen de module. Dit vergroot het gebruik van grondstoffen, wat leidt tot extra kosten en een verlenging van de productietijd. Voor residentiële zonne-oplossingen, gericht op kostenreductie naast efficiëntie, is het voordelig om modules slank en eenvoudig te houden. 1/3-gesneden zonnecellen, die slechts drie bypass-diodes vereisen, vinden een balans tussen betaalbaarheid en verbeterde prestaties voor eindgebruikers. Deze ontwerpkeuze minimaliseert ook risico's die gepaard gaan met toekomstige upgrades en maximaliseert de huidige efficiëntiemogelijkheden.

Conclusie

1/3-gesneden zonnecellen verbeteren aanzienlijk de algehele prestaties en efficiëntie van zonnepaneelmodules in vergelijking met half-gesneden cellen. Ze verminderen de stroom en weerstand nog verder, minimaliseren vermogensverliezen, optimaliseren warmteverdeling en verbeteren de betrouwbaarheid van de componenten. Deze voordelen maken de 1/3-gesneden technologie aantrekkelijker voor hoogwaardige toepassingen en specifieke scenario's. Ondanks het complexere productieproces wegen de prestatieverbeteringen en economische voordelen vaak op tegen deze extra kosten.

Maysun Solar heeft zich sinds 2008 gespecialiseerd in de productie van hoogwaardige fotovoltaïsche modules. Naast de Balcony Solar Power Station biedt Maysun Solar een breed scala aan volledig zwarte, zwart omrande, zilveren en glas-glas zonnepanelen die gebruik maken van half-gesneden, MBB, IBC en HJT technologieën. Deze panelen bieden uitstekende prestaties en stijlvolle ontwerpen die naadloos integreren met elk gebouw. Maysun Solar heeft succesvol kantoren, magazijnen en langdurige relaties opgebouwd met uitstekende installateurs in tal van landen! Neem gerust contact met ons op voor de laatste module offertes of voor al uw PV-gerelateerde vragen. We kijken ernaar uit om u van dienst te zijn.

Referenties:

Sharma, N. (2024, 15 maart). Half gesneden zonnecellen - zijn ze de hype waard? Ornate Solar. https://ornatesolar.com/blog/why-should-you-choose-half-cut-cell-modules-for-your-solar-projects

Trina Solar. (2022, 31 oktober). Wat is de grote hype rond 1⁄3-Cut zonnecellen? https://www.trinasolar.com/us/resources/blog/third-cut-solar-cells

Wikipedia medewerkers. (2024, 21 april). Zonnecelefficiëntie. Wikipedia. https://en.wikipedia.org/wiki/Solar-cell_efficiency

Misschien vind je dit ook leuk: