Photovoltaikzellen
Photovoltaikzellen sind das Herzstück von Solarmodulen. Es gibt zwei gängige Arten von Photovoltaikzellen in der Produktion: Vollzellen und Half-Cells.
① Vollzelle
Eine Vollzelle ist eine Photovoltaikzelle, die vollständig aus einem einzelnen monokristallinen Silizium-Wafer besteht. Der Fertigungsprozess ist relativ einfach, was die Kosten senkt.
② Half-Cell
Eine Half-Cell ist eine Photovoltaikzelle, die aus einem einzelnen monokristallinen Silizium-Wafer besteht, der in zwei Hälften geschnitten wird, wobei die beiden Hälften dann miteinander verbunden werden, um die Zelle zu bilden.
Half-Cell-Technologie
Die Half-Cell-Technologie besteht darin, die Standard-Photovoltaikzellen in der Mitte zu schneiden. Im Gegensatz zu herkömmlichen Photovoltaikmodulen mit 60 oder 72 Zellen verfügen diese Module über 120 oder 144 Half-Cells, wobei sie die gleiche Konstruktion und Abmessungen wie konventionelle Module beibehalten.
Die Half-Cell-Technologie verwendet in der Regel Laserschneiden, um die Standard-Photovoltaikzellen entlang einer Richtung senkrecht zu den Hauptgitterlinien der Zelle zu schneiden, wobei die beiden Hälften dann in Serie miteinander verschweißt werden.
Wie herkömmliche Module werden die Half-Cell-Module mit gehärtetem Glas, EVA und Rückseitenfolie verkapselt. Herkömmliche Solarmodule enthalten normalerweise 60 in Serie geschaltete Solarzellen, wobei jede Zelle eine Spannung von 0,5-0,6 V hat. Die Spannung steigt, wenn die Zellen in Serie geschaltet werden, sodass ein 60-Zellen-Modul eine Betriebsspannung von 30-35 V hat. Wenn Half-Cells wie in Standardmodulen verbunden werden, erzeugen sie nur die Hälfte des Stroms und die doppelte Spannung, wobei der Widerstand unverändert bleibt (siehe Abbildung unten).
Um eine konstante Ausgangsspannung und -stromstärke wie bei herkömmlichen Modulen sicherzustellen, verwenden Half-Cell-Module in der Regel ein Serien-Parallelschaltungs-Design, das effektiv zwei kleinere Module in paralleler Verbindung schafft.
Wie in der obigen Abbildung dargestellt, ist die Leerlaufspannung einer Half-Cell dieselbe wie die einer Vollzelle. Wenn die Anzahl der Half-Cells verdoppelt wird, enthält jeder Teil des Moduls die gleiche Anzahl von Zellen wie ein Vollzellen-Modul. Nach dem Parallelverbinden der beiden Teile bleibt die Spannung dieselbe wie die jeder einzelnen Hälfte, was bedeutet, dass die Gesamt-Ausgangsspannung im Vergleich zum Vollzellen-Modul unverändert bleibt.
Da Half-Cell-Module nur halb so groß sind wie herkömmliche Zellen, trägt jede Half-Cell nur die Hälfte des Stroms einer Vollzelle. Durch das Design des Moduls mit zwei Hälften in Parallelverbindung wird der Ausgangsstrom auf denselben Wert wie bei einem Vollzellen-Modul wiederhergestellt.
Der Widerstand einer Half-Cell ist halb so groß wie der einer Vollzelle, daher hat jeder Teil in Parallelverbindung nur die halbe Widerstandskraft eines Vollzellen-Moduls. Wenn die beiden Teile, jeder mit halbem Widerstand, parallel geschaltet werden, wird der gesamte Schleifenwiderstand auf ein Viertel des Widerstands eines Vollzellen-Moduls reduziert.
3. Vorteile des Half-Cell-Designs
i) Geringere Verpackungsverluste
a. Der interne Strom- und Leitungswiderstand werden reduziert, was zu geringeren internen Leistungsverlusten führt. Da der Leistungsverlust proportional zum Strom ist, führen die Hälfte des Stroms und ein Viertel des Widerstands in Half-Cell-Modulen zu einer 4-fachen Reduktion der Verluste, was die Ausgangsleistung und die Energieerzeugung erhöht.
b. Wenn die internen Verluste sinken, sinkt auch die Betriebstemperatur des Moduls und des Anschlusskastens. Unter Außenbedingungen liegt die Temperatur von Half-Cell-Modulen etwa 1,6°C niedriger als die von herkömmlichen Vollzellen-Modulen, was die photovoltaische Umwandlungseffizienz des Moduls verbessert.
c. Selbst wenn die beiden Hälften nicht parallel verbunden sind und alle Half-Cells wie bei einem Standard-Solarmodul betrieben werden, wäre der Strom halb so groß, aber der Widerstand bleibt gleich, wodurch der Stromverbrauch auf ein Viertel reduziert wird.
ii) Reduzierte Toleranz bei Beschattung und Hotspot-Risiko
a. Half-Cell-Module bieten eine bessere Widerstandsfähigkeit gegenüber Beschattungseffekten im Vergleich zu Standard-Solarmodulen.
b. Im Gegensatz zu Standardmodulen, die über 3 Zellstränge verfügen, haben Half-Cell-Module 6 Zellstränge, was effektiv ein 6-Strang-Panel schafft. Selbst wenn ein kleiner Teil des Moduls beschattet wird (z. B. durch Blätter, Vogelkot usw.), führt dies nur dazu, dass ein Strang ausfällt. Dank des Designs mit Bypass-Dioden (rot hervorgehoben in der untenstehenden Abbildung) hat dieser Ausfall jedoch keine Auswirkungen auf die anderen Zellstränge, was die Auswirkungen der Beschattung minimiert.
c. Die 6 unabhängigen Zellstränge in Half-Cell-Modulen sind mit 3 Bypass-Dioden ausgestattet, die eine bessere lokale Toleranz gegenüber Beschattung bieten. Selbst wenn die Hälfte des Moduls beschattet ist, kann die andere Hälfte weiterhin betrieben werden.
iii) Geringerer Strom reduziert die Hotspot-Temperatur
a. Half-Cell-Module verteilen den internen Strom gleichmäßiger im System, wodurch ihre Leistung, Lebensdauer und Toleranz gegenüber Beschattung verbessert werden.
b. Wenn eine Zelle in einem Strang beschattet wird, bildet diese spezifische Zelle einen Hotspot im Stromkreis. Die lang anhaltend hohe Temperatur, die durch diesen Hotspot verursacht wird, kann das Modul potenziell beschädigen. Da Half-Cell-Module doppelt so viele Stränge wie herkömmliche Module haben, wird die Wärme am Hotspot auf mehr Stränge verteilt. Dadurch wird die Temperatur des Hotspots um die Hälfte reduziert, was den Schaden am Modul minimiert. Dies verbessert die Fähigkeit des Moduls, Hotspot-Schäden zu widerstehen, und verlängert letztlich seine Lebensdauer.
iv) Geringere Toleranz bei Beschattung verringert den Leistungsverlust
a. In einem Photovoltaik-Array sind mehrere Module typischerweise in Serie geschaltet, und diese Serienschaltungen sind dann parallel verbunden. Der Strom fließt nacheinander durch jedes Modul in der Serienschaltung.
b. Bei herkömmlichen Moduldesigns, wenn ein Modul aufgrund von Beschattung Leistungsverluste erleidet, wirkt sich dies auf alle Module in dieser Serienschaltung aus. Bei dem Half-Cell-Moduldesign (wie in der obigen Abbildung gezeigt) jedoch begrenzen die Bypass-Dioden den Leistungsverlust nur auf den beschatteten Teil des Moduls, anstatt das gesamte Modul zu betreffen. Diese Dioden schaffen einen alternativen Pfad für den Strom, um durch die unbeschatteten Teile des Moduls zu fließen, wodurch der Strom daran gehindert wird, durch die beschatteten Abschnitte zu fließen. Dies reduziert die Auswirkungen der Beschattung und verbessert die Gesamtleistung des Moduls.
Über Maysun Solar
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