Me yasa BC Solar Cells ke Ba da Kyakkyawan Haƙurin Inuwa da Ƙananan Zafin Hot-Spot?
Teburin Abubuwan Ciki
Gabatarwar Samfur
Inuwa ɗaya ce daga cikin matsalolin da suka fi yawa a cikin shigarwar PV na ainihi.
Inuwar bishiya, sandunan wutar lantarki, ƙura, najasar tsuntsaye, dusar ƙanƙara, har ma da kusurwoyin hawa marasa daidaituwa na iya haifar da inuwa ɓangare. Inuwa ba kawai tana rage fitowar tsarin ba, tana iya haifar da matsala mafi tsanani: wuraren zafi.
Kwanan nan ƙwayoyin hasken rana na BC sun jawo hankali sosai a cikin rufin rufin da aka rarraba, PV na baranda, da manyan kayayyaki. Babban dalili ɗaya: Kwayoyin BC yawanci suna iya ɗaukar inuwa da kyau, kuma suna aiki a ƙananan zafin jiki a ƙarƙashin inuwa.
A SNEC, sau da yawa kuna ganin masu siyarwa suna inuwa wani ɓangare na tantanin halitta sannan su nuna juriyar inuwa na samfuran BC ta hanyar kallon yadda famfon ruwa zai iya fesa.
Don haka me yasa kwayoyin BC suke da wannan fa'ida? Menene ilimin kimiyyar lissafi a bayansa?
Bari mu gwada bayyana shi da harshe mai sauƙi.
Me yasa inuwa ke haifar da wuraren zafi?
Kwayoyin da ke cikin na'urar PV galibi ana haɗa su a jere.
Da'irori na jere suna da sifa ɗaya mai mahimmanci: dole ne wutar lantarki ta kasance iri ɗaya a ko'ina.
Wannan yana nufin cewa halin yanzu ta cikin duka layin an saita shi ta hanyar madauki na jere tare. Lokacin da kowane tantanin halitta ya sami cikakken haske, kowannensu yana samar da wuta kuma duk suna aiki daidai.
Amma idan tantanin halitta ɗaya ya sami inuwa, halin yanzu da zai iya samarwa yana raguwa. Idan har yanzu layin yana buƙatar tura babban halin yanzu ta ciki, wannan tantanin halitta mai inuwa na iya zama tilas ya koma baya ta hanyar sauran kwayoyin da ba su da inuwa. A wannan lokacin ya daina zama mai samar da wuta kuma ya zama abin da ke cinye wuta.
Don inuwa, tantin da ke cikin inuwa ba ta mutu gaba ɗaya ba. Sashen da ba a inuwa ba har yanzu yana samar da wani ɗan ƙaramin wutar lantarki. Don haka abin da ya kamata ya bi ta hanyar rushewar baya, hanyar zubewa, ko hanyar kewayawa ba shine cikakken wutar layin ba, amma bambancin da ke tsakanin wutar layin da wutar da wannan tantin zai iya samarwa.
Za mu iya kiran wannan bambancin da wutar rashin daidaituwa:
Imismatch = Istring - Igenerate
Don haka ƙarfin zafi na hot-spot za a iya rubuta shi a takaice:
Photspot ≈ ∣Vrev∣ × Imismatch
wanda shine:
Photspot ≈ ∣Vrev∣ × (Istring - Igenerate)
Wannan dabara tana nuna wani muhimmin batu: a daidai wutar layin, idan wutar baya ta yi girma, to ƙarfin da tantin da ke inuwa ke ƙonewa yana ƙaruwa, kuma hot-spot yana ƙara zafi.
Don haka wata mabuɗin yaƙi da hot-spot ita ce:
yadda za a rage wutar baya a kan tantin da ke inuwa, kuma a baza zafi daidai.
Wannan shi ne ainihin inda BC cells suke haskakawa.
Yaya tantin BC ya bambanta a tsari da tantin talakawa?
Tantin siliki na talakawa yawanci suna da tsarin haɗin gaba da baya.
A taƙaice:
• gaba yana da ƙananan layuka da busbars, kuma haske yana shigowa daga gaba;
• halin yanzu, da zarar an samar da shi a cikin tantanin halitta, ana tattara shi ta hanyar lantarki na gaba da na baya.
Tantanin halitta BC, ma'ana Back Contact, yana da siffa guda ɗaya:
duka lantarki masu kyau da marasa kyau suna zaune a bayan tantanin halitta, kuma gaba ba shi da layukan grid na ƙarfe.
Wannan yana kawo fa'idodi kai tsaye guda biyu:
babu inuwar layin grid a gaba, don haka babban yanki mai karɓar haske;
lantarki na baya za a iya yin su interdigitated, don haka tattara halin yanzu ya zama daidai.
Hoto 1 Tsarin tsarin tantanin halitta BC
Tushen: Calcabrini, A., Procel Moya, P., Huang, B., Kambhampati, V., Manganiello, P., Muttillo, M., Zeman, M., & Isabella, O. (2022). Low-breakdown-voltage solar cells for shading-tolerant photovoltaic modules. Cell Reports Physical Science, 3(12), 101155. https://doi.org/10.1016/j.xcrp.2022.101155
Bayan tantanin halitta BC yana da yawancin yankuna p da n masu haɗe-haɗe. Tsakanin waɗannan yankuna akwai gajerun PN junctions masu yawa da aka yi da ƙarfi. Daga ra'ayi na kewayawa, ba ya zama kamar babban diode ɗaya, amma kamar ƙananan diodes da yawa a layi daya. A ƙarƙashin juyar da baya, waɗannan PN junctions da aka rarraba za su iya samar da hanyar juyar da baya mafi daidaituwa.
A lokaci guda, saboda waɗannan PN junctions na baya gajeru ne kuma an yi su da ƙarfi a cikin gida, za su iya shiga rushewar baya a ƙaramin ƙarfin juyar da baya.
Tabbas, wannan ya dogara da takamaiman sigogin ƙira na BC cell.
Misali, ƙaramin tazarar da ke tsakanin yankunan p da n, mafi ƙarfin filin gida, kuma yawanci yana da sauƙi a sami ƙaramin ƙarfin juyawa baya. Amma hakan na iya haifar da musanya a cikin leakage da shunt resistance. Don haka juriyar inuwa ta tantanin BC ba lamba ce tsayayyiyar ba, tana da alaƙa sosai da tsarin tantanin, ƙirar bayan fage, girman tazara, yawan doping, ingancin passivation, da tsarin masana'anta.
Me yasa BC modules ke rasa ƙarancin wuta bayan inuwa?
Lokacin da module ya sami inuwa a wani ɓangare, tantanin da ke cikin inuwa ana tura shi zuwa reverse bias ta hanyar string current. Yayin da inuwa ta yi muni, jimillar wutar lantarki na wannan ɓangaren string yana ci gaba da raguwa.
A cikin modules na gargajiya, ana haɗa bypass diode a layi daya a kan wani ɓangare na string. Ba a kunna bypass diode ta hanyar mai sarrafawa ba. Na'urar ce mai wucewa. Ko tana gudana ya dogara ne kawai da wutar lantarki a kanta. Lokacin da jimillar wutar lantarki na wannan ɓangaren string ta zama mara kyau sosai, bypass diode yana samun forward-bias kuma yana kunna kansa.
Yanayin kunnawa ana iya rubuta shi kamar:
Vsubstring ≤ -Vf
Vsubstring shine jimillar wutar lantarki na ɓangaren string da bypass diode ke karewa;
Vf shine faɗuwar wutar lantarki ta gaba na bypass diode.
Ga wani ɓangaren string, ana iya fahimtar jimillar wutar lantarki a matsayin:
Vsubstring = ∑Vunshaded + ∑Vshaded
inda:
Kwayoyin da ba a inuwa ba har yanzu suna samar da ingantaccen wutar lantarki;
Kwayoyin da aka inuwa suna juyawa baya kuma suna samar da wutar lantarki mara kyau.
Yanayin kunna bypass diode za a iya karanta shi kamar:
∣∑Vshaded∣ ≥ ∑Vunshaded + Vf
A wasu kalmomi:
Jimlar wutar lantarki ta baya na kwayoyin da aka inuwa dole ne ta wuce jimlar wutar lantarki ta gaba na sauran kwayoyin da ba a inuwa ba, tare da raguwar kunna bypass diode, kafin bypass diode ya fara aiki.
Amfanin tsarin BC shine, kafin ma bypass diode na waje ya kunna, tsarin haɗin PN junction na baya na kwayar BC yana ba da wasu rarraba wutar lantarki ta baya. Wannan yana kama da zener diode da aka gina a cikin kwayar.
Ƙarƙashin juyawar baya, tsarin haɗin PN junction na baya na kwayar BC na iya samar da rarraba wutar lantarki ta baya a ƙaramin wutar lantarki, wanda ke iyakance yadda wutar lantarki ta baya zata iya hawa. Don haka a ƙarƙashin inuwa, tare da bypass diode na waje bai kunna ba, tsarin BC na iya riƙe ƙarfin fitarwa mai girma.
Hoto 2 Hanyar IV ta tsarin lokacin da kwaya ɗaya ta kasance a inuwa.
Source: E. Özkalay, F. Valoti, M. Caccivio, A. Virtuani, G. Friesen, and C. Ballif, "The effect of partial shading on the reliability of photovoltaic modules in the built-environment," EPJ Photovoltaics, vol. 15, p. 7, Jan. 2024, doi: 10.1051/epjpv/2024001. Available: https://doi.org/10.1051/epjpv/2024001
Kyakkyawan juriyar inuwa baya nufin ba a shafar inuwa
Akwai wata fahimta mara kyau da ake buƙatar sharewa.
Kwayoyin BC suna jure wa inuwa da kyau, amma wannan baya nufin inuwa ba ta da tasiri a kansu.
Kowane kwayar PV za ta samar da ƙarancin wuta idan an yi mata inuwa.
Idan yankin da aka yi inuwa a cikin substring ɗaya ya yi girma, ko kuma kwayoyi da yawa sun cika inuwa, to jimillar wutar lantarki ta baya na kwayoyin da aka yi inuwa na iya ƙetare jimillar wutar lantarki ta gaba na sauran kwayoyin da ba a yi inuwa ba. A wannan lokacin, bypass diode na waje yana kunna.
Da zarar bypass diode ya kunna, wutar tana kewaya wannan sashe gaba ɗaya. Kwayoyin da ba a yi inuwa ba a cikin wannan substring ana kewaye su tare da waɗanda aka yi inuwa, kuma gudummawarsu ga fitarwa tana raguwa sosai. Don haka idan yankin da aka yi inuwa ya yi girma, fa'idar samar da wutar BC tana raguwa kuma.
Kayayyakin BC suna da fifiko a lokacin:
kwaya ɗaya ko ƴan kwayoyi an yi musu inuwa kaɗan;
yankin da aka yi inuwa a cikin kowane substring ya yi ƙanƙanta;
inuwa tana diagonal, mai kama da tsiri, ko kuma ta warwatse a gida;
bypass diode na waje bai kunna gaba ɗaya ba.
Misali, inuwa mai diagonal daga sandar wutar lantarki na iya barin kowane substring da ƙaramin yanki mai inuwa. A wannan yanayin, na'urar BC yawanci tana nuna kyakkyawan juriya ga inuwa.
Me yasa na'urorin BC suke da sanyi a wuraren zafi?
Na'urorin BC suna da ƙananan zafin jiki a wuraren zafi saboda dalilai biyu.
Na farko, reverse current ya fi yaduwa
A cikin sel na yau da kullun, rarraba wutar lantarki ta baya sau da yawa ba ta daidaita ba. Rushewar baya yakan faru da farko a wuraren rauni na gida, kamar:
wuraren lahani na gida;
gefen sel;
wuraren da ba a saba gani ba na ƙarfe;
ƙananan tsagewa ko wuraren da suka gurɓata;
wuraren da ke da rauni na kariya ta gida.
Waɗannan wuraren suna aiki kamar maki masu rauni.
Da zarar wutar lantarki ta baya ta tattara a kan waɗannan wuraren rauni, ƙarfin wutar lantarki na gida ya yi yawa, zafin jiki ya tashi da sauri, kuma wani wuri mai zafi ya bayyana.
Kamar dumama abubuwa biyu da adadin zafi ɗaya:
farantin ƙarfe gaba ɗaya;
digon da yake da girman fil.
Na ƙarshe yana yin zafi da sauri, babu shakka.
Don haka haɗarin tantanin halitta na yau da kullun a ƙarƙashin inuwa ba shine "zafi daidai a duk faɗin tantanin halitta" ba. zafi ne mai tsanani a wuri ɗaya.
Tantanin BC yana da yawancin haɗin PN da aka haɗa a baya. Gudun juyawa na iya yaduwa cikin sauƙi a yankuna da yawa maimakon taruwa a ƴan wuraren lahani.
Don haka rarraba halin yanzu na juyawa na tantanin BC ya fi daidaito, ƙarfin wutar lantarki na gida ya ragu, kuma zafin wuri mai zafi ma ya ragu.
Na biyu, ƙarfin wutar juyawa yana ƙasa
Kuna iya ganin ta daga tsarin ƙarfin wuri mai zafi:
Photspot ≈ ∣Vrev∣ × Imismatch
A daidai wannan rashin daidaituwa na halin yanzu, ƙarancin wutar lantarki na juyawa, ƙarancin ƙarfin zafi.
Shi ya sa ƙarancin wutar lantarki na juyawa na iya aiki azaman hanyar kariya a ƙarƙashin inuwa.
Ga misali mai sauƙi.
Ka ce halin yanzu na igiyar module shine 10A, kuma tantanin halitta ɗaya yana da inuwa sosai.
Idan tantanin halitta na yau da kullun ya kai wutar lantarki na juyawa na 15V bayan inuwa, ƙarfin da yake ƙonewa shine kusan:
P = 15V × 10A = 150W
Idan tantanin BC ya kame saboda tsarin bayansa kuma wutar lantarki na juyawa ya iyakance zuwa kusan 6V, ƙarfin da yake ƙonewa shine kusan:
P = 6V × 10A = 60W
Bambancin yana da ban mamaki.
Tabbas, ainihin zafin wuri mai zafi ya dogara da yankin da aka inuwa, zafin yanayi, saurin iska, rufin module, girman gilashi, ƙirar tantanin halitta, da hanyar gwaji, don haka ba za ku iya tantance shi da lamba ɗaya tsayayye ba.
Duk da haka, a wasu gwaje-gwaje na gaske da gogewar filin, modules na BC yawanci suna aiki da sanyi a wurare masu zafi fiye da na al'ada. Misali, wasu modules na BC na iya kiyaye zafin wuri mai zafi ƙasa da kusan 120 °C, yayin da sauran nau'ikan module na iya kaiwa 160 °C ko ma fiye.
Wasu ƙwayoyin BC da aka ƙera musamman suna samun wani abu kamar "ginannen diode bypass", suna saukar da zafin wuri mai zafi zuwa kusan 90 °C yayin da module na tunani ke kusa da 190 °C, wanda ke nuna wannan rarraba juzu'in gudanarwa na iya rage zafin wuri mai zafi sosai.
Shin ƙananan reverse breakdown voltage koyaushe ya fi kyau?
Ba lallai ba ne.
Ƙarƙashin ƙarfin wutar lantarki mai juyawa yana taimakawa rage zafin wuri mai zafi a ƙarƙashin inuwa, amma yana iya kawo musayar ƙira kuma.
Idan hanyar reverse conduction ba ta da kyau, na iya ƙara yawan leakage da rage shunt resistance, wanda ke cutar da aikin samar da wutar lantarki na al'ada na tantanin halitta.
Don haka tantanin BC mai inganci yawanci yana buƙatar daidaita manufofi biyu:
a lokacin aiki na yau da kullun, kiyaye inganci mai girma, ƙarancin zubewa, da juriya mai girma;
a ƙarƙashin juyawar baya daga inuwa, samar da amintaccen gudanarwa mai juyawa a ƙarƙashin ƙaramin ƙarfin lantarki.
Wannan kuma shine dalilin da yasa ƙwayoyin BC daban-daban suka bambanta a aikin inuwa.
Wasu ƙwayoyin BC suna karkata zuwa inganci, don haka suna iya warewa da ƙarfi kuma su ƙare da babban ƙarfin juyawa baya. Wasu kuma suna karkata zuwa juriyar inuwa, don haka suna iya tsara ƙananan hanyoyin juyawa baya masu daidaituwa.
Don haka ba za ku iya cewa "dukkan ƙwayoyin BC suna jure wa inuwa iri ɗaya" ba. Magana mafi inganci ita ce:
ƙwayar BC da aka tsara da kyau na iya samun ƙananan hanyoyin juyawa baya masu daidaituwa ta hanyar tsarin haɗin PN na baya, wanda ke inganta juriyar inuwa da wuri mai zafi.
Takaitaccen fa'idodin ƙwayar BC
Haɗa su, fa'idodin ƙwayar BC a ƙarƙashin inuwa sun haɗa da:
ƙarancin asarar wutar lantarki a ƙarƙashin ƙaramin inuwa, kafin diode na waje ya kunna;
ƙananan ƙarfin wutar lantarki na gida;
ƙananan zafin wuri mai zafi;
babban iyakar amincin tsarin hasken rana.
Menene wannan ke nufi ga aikace-aikacen module?
A aikace, sau da yawa ba za a iya guje wa inuwa gaba ɗaya ba.
Musamman a yanayin rarraba, kamar:
rufin gidaje;
rufin kasuwanci da masana'antu;
hasken rana na baranda;
BIPV;
hanyoyi da yawa na kafawa;
wuraren da ke da gine-gine masu rikitarwa a kewaye.
A cikin waɗannan aikace-aikace, na'urori na iya samun inuwa a wani bangare.
Idan tantanin halitta ya fi jure wa inuwa kuma ya yi sanyi a wurare masu zafi, wannan yana nufin:
Ingantacciyar amincin na'ura: ƙananan zafin jiki a wurare masu zafi yana rage tsufa na encapsulant, lalacewar bayan fata, damuwa na gilashin gida, da haɗarin lantarki.
Ingantacciyar dogaro na dogon lokaci: zafin jiki mai girma a cikin gida yana hanzarta tsufa na kayan. Mafi raunin wurin zafi, mafi kwanciyar hankali na tsarin a kan lokaci.
Ƙarin sarrafa asarar wutar lantarki: lokacin da inuwa ta wani bangare ba ta da makawa, na'urar BC na iya rage wasu asarar wutar lantarki.
Tsarin tsarin da ya fi dacewa
Tsarin BC sun fi dacewa da rufin hadaddun, wuraren hawa da aka rarraba, da yanayin inuwa da yawa.
Ƙarshe
Tantunan BC sun fi jure wa inuwa kuma suna yin sanyi a wurare masu zafi, ba don 'ba su shafar inuwa' ba, amma saboda suna da fa'idodi a tsari da halayen juyawa baya.
Tare da tantanin halitta na yau da kullun a ƙarƙashin inuwa, rushewar juyawa na iya mayar da hankali kan wuraren lahani na gida, yana haifar da babban ƙarfin wutar lantarki na gida da babban zafin jiki a wurare masu zafi.
Tsarin haɗin PN na baya na tantanin BC yana aiki kamar rarraba, mai ɗaukar juyawa a ciki. A ƙarƙashin inuwa, yana iya haifar da gudanarwa na juyawa a ƙananan ƙarfin lantarki na juyawa kuma ya baza wutar lantarki ta juyawa daidai, wanda ke rage ƙarfin wutar lantarki a wurare masu zafi da zafin jiki.
Amma ka tuna, ƙwayoyin BC ba su da cikakkiyar kariya daga inuwa. Lokacin da yankin da aka inuwa ya yi girma da yawa, ƙwayoyi da yawa suna cikin inuwa gaba ɗaya, kuma ƙarfin substring ya zama mara kyau sosai, bypass diode na waje har yanzu yana kunna. A wannan lokacin, fitowar substring ɗin da aka yi bypass ɗin yana raguwa sosai.
Don haka daidai:
Amfanin ƙwayar BC ba shine kawar da tasirin inuwa ba, shine sanya su zama masu iya sarrafawa. A ƙarƙashin inuwa ƙarami, yana iya rage asarar wutar lantarki; a ƙarƙashin inuwa mai nauyi, yana iya rage haɗarin wuri mai zafi.
Wannan shine ainihin dalilin da yasa ƙwayoyin BC suke yin kyau a wuraren inuwa masu rikitarwa.
Ra'ayin Ooitech
Abin da ya fi ba mu mamaki a nan shine cewa fa'idar inuwa ta BC tana cikin matakin haɗin ƙarfe na baya, ba a cikin wani abu na sihiri ba, wanda ke nufin cewa layin module dole ne ya cika ƙa'idodi masu tsauri akan tsarin interdigitated don samun wannan ƙarancin juzu'i na baya. A kan layin samarwa, mun ga wannan ilimin kimiyyar lissafi yana faruwa a gwajin EL da hot-spot, inda rashin daidaituwa na baya ya nuna a matsayin wuraren rushewa da yawa kafin module ya ga inuwa. Idan kana son irin wannan bincike na abin da ke faruwa tsakanin ƙwayar da module da aka gama, tashar mu ta YouTube a www.youtube.com/ooitech tana da ƙarin daga cikin masana'antun hasken rana na gaske.
