Was sind die Hauptkomponenten eines Solarmoduls?
Solarmodule, der Eckpfeiler der Solarenergietechnologie, bestehen aus mehreren integralen Teilen, die jeweils zu ihrer Fähigkeit beitragen, Sonnenlicht einzufangen und in elektrische Energie umzuwandeln. In diesem Artikel werden wir die wesentlichen Komponenten, aus denen ein Solarmodul besteht, untersuchen und erläutern, wie jede einzelne Komponente eine entscheidende Rolle für den Betrieb und die Effizienz des Moduls spielt. Vom schützenden Glas an der Oberfläche bis hin zum wichtigen Anschlusskasten für elektrische Verbindungen ist jede Komponente entscheidend für die Leistung des Solarmoduls. Tauchen wir ein in die Welt der Solarmodule und entdecken die Feinheiten ihres Aufbaus!
Inhalt:
- Solarmodulglas
- Einkapselungsfolie für Solarmodule
- Solarzelle
- Rückseite/Rückglas des Solarmoduls
- Rahmen des Solarmoduls
- Anschlusskasten des Solarmoduls (J-Box)
Solarmodulglas
Innerhalb von Solarmodulen spielt photovoltaisches Glas eine entscheidende Rolle. Es dient als wichtiger Schutzschild, der Solarzellen und Lötstreifen vor harten Umwelteinflüssen wie Stößen, Hagel, Feuchtigkeit, Salznebel und Ammoniak schützt. Darüber hinaus hat es eine Doppelfunktion bei der Sammlung, Übertragung und Reduzierung von Lichtreflexionen, was allesamt die Stromerzeugung maximiert.
Die Schlüsselmerkmale und Anwendungen von photovoltaischem Glas sind wie folgt:
Hervorragende Lichtdurchlässigkeit: Photovoltaisches Glas zeichnet sich durch eine außergewöhnliche Lichtdurchlässigkeit aus. Normales gehärtetes Glas lässt etwa 91,5% des Lichts durch, während speziell behandeltes Glas (z.B. beschichtetes Glas) eine Durchlässigkeit von rund 93,5% erreichen kann. Das bedeutet, dass mehr Sonnenlicht direkt durch das Glas zu den Solarzellen gelangen kann, was die Gesamtenergieumwandlungseffizienz des Solarmoduls erhöht.
Breites Spektrum-Erfassung: Dieses Glas fängt effektiv Licht im Spektrum von 380 bis 1100 Nanometern ein und nutzt die primären Energiebänder des Sonnenlichts. Zusätzlich reflektiert es Infrarotstrahlen (Wellenlängen über 1200 Nanometern), reduziert die Wärmeaufnahme und verhindert, dass hohe Temperaturen die Effizienz des Panels beeinträchtigen.
Robuste Stoßfestigkeit: Photovoltaisches Glas weist eine robuste Stoßfestigkeit auf. Beispielsweise kann 3,2 mm voll gehärtetes Glas den Aufprall einer 1 kg schweren Stahlkugel aus 1 Meter Höhe und Hagelkörner bis zu 2,5 mm Durchmesser aushalten, was die Sicherheit und Stabilität von Solarmodulen selbst unter extremen Wetterbedingungen gewährleistet.
Glastypen und -dicken für verschiedene Solarmodule:
Mono-Glas-Solarmodule: Verwenden typischerweise 3,2 mm voll gehärtetes Glas, mit einer Rückseite auf der Rückseite.
Dual-Glas-Solarmodule: Verwenden in der Regel 2,0 mm oder 1,6 mm halb gehärtetes Glas für Vorder- und Rückseite. Halb gehärtetes Glas liegt in Bezug auf Stoßfestigkeit und Temperaturtoleranz zwischen normalem Flachglas und voll gehärtetem Glas. Seine Ebenheit und minimaler Stress sind vorteilhaft für den Produktionsprozess von Dual-Glas-Solarmodulen und verbessern Ertrag und Qualität.
Einkapselungsfolie für Solarmodule
Einkapselungsfolien, auch bekannt als Solarmodul-Einkapselungsmittel, sind wesentliche Bestandteile von Solarmodulen. Sie befinden sich zwischen dem vorderen Glas und der hinteren Rückseite des Solarmoduls und spielen eine entscheidende Rolle bei der Sicherung und dem Schutz der Solarzellen. Zudem bieten sie die notwendige Isolierung und Wasserdichtigkeit.
Wichtige Funktionen und Merkmale von Einkapselungsfolien:
Schutz der Solarzellen: Einkapselungsfolien stabilisieren die Solarzellen, verhindern Bewegungen oder Brüche und gewährleisten so die strukturelle Stabilität und langfristige Betriebseffizienz des Panels.
Transparenz und Wetterbeständigkeit: Hochwertige Einkapselungsfolien besitzen eine ausgezeichnete Transparenz, die den Verlust von Solarenergie minimiert. Sie müssen zudem wetterbeständig sein und den Einflüssen von UV-Strahlen, hohen Temperaturen und anderen harten Umweltbedingungen standhalten.
Isolierung und Wasserdichtigkeit: Diese Folien bieten eine Isolierung für das Panel und verhindern das Eindringen von Feuchtigkeit und anderen Umwelteinflüssen, wodurch die Solarzellen vor Korrosion und Beschädigung geschützt werden.
Haltbarkeit: Das Material der Einkapselungsfolie muss in der Lage sein, einer langanhaltenden Sonneneinstrahlung und verschiedenen klimatischen Veränderungen standzuhalten und über die Zeit hinweg seine Leistung zu bewahren.
Gängige Arten von Einkapselungsfolien sind EVA (Ethylen-Vinylacetat), POE (Polyolefin-Elastomer) und co-extrudiertes EPE:
EVA-Folie: Wird typischerweise für die Einkapselung von monokristallinen P-Typ-Perc-Modulen verwendet. Hergestellt aus Ethylen-Vinylacetat-Copolymer, wobei der Hauptbestandteil Acetatethenylester (40-70%) ist. Vorteile sind niedrige Kosten, einfache Verarbeitung, schnelle Vernetzung und eine einfache, stabile und ausgereifte Anwendung. EVA neigt jedoch in licht-, sauerstoff- und feuchtwarmen Umgebungen zur Hydrolyse, was zur Produktion von Essigsäure führt, die Solarzellen und Lötstreifen korrodieren kann. Es reagiert auch mit Natrium im Glas, bildet eine große Menge mobiler Natriumionen und verursacht so eine Leistungsabschwächung; EVA neigt unter photothermischen Bedingungen zum Vergilben, was die Transparenz beeinträchtigt und zu einem Leistungsverlust des Moduls führt.
POE-Folie: Wird für die Einkapselung von Dual-Glas- und N-Typ-Photovoltaikmodulen verwendet. POE, eine Art von Polyethylen, hat im Vergleich zu EVA überlegene Eigenschaften, wie geringe Wasserdurchlässigkeit, Hydrolysebeständigkeit, hohe Temperatur- und Feuchtigkeitsbeständigkeit, Alterungsbeständigkeit, ausgezeichnete PID-Beständigkeit, hohe elektrische Resistenz und überlegene Wasserdampfsperreigenschaften. Allerdings ist die Verarbeitung komplexer und teurer als bei EVA.
EPE-Folie: Eine Zusammensetzung aus EVA+POE+EVA. Sie kombiniert die einfache Verarbeitung von EVA mit der ausgezeichneten PID- und Wasserdampfbeständigkeit von POE. Geeignet für N-Typ-Topcon-Solarzellen und Dual-Glas-Module, bietet EPE ein ausgewogenes Kosten-Leistungs-Verhältnis.
Solarzelle
Solarzellen sind die Elemente, die Sonnenlicht in Energie umwandeln. Sie bilden das Herzstück von Solarmodulen. Die Effizienz und Eigenschaften dieser Zellen hängen von der Art des verwendeten Halbleitermaterials ab.
Es gibt zwei Haupttypen: P-Typ und N-Typ.
P-Typ-Solarzellen:
Werden hergestellt, indem trivalente Elemente (wie Bor) zu grundlegenden Halbleitermaterialien wie Silizium hinzugefügt werden, was positiv geladene „Löcher“ (Bereiche ohne Elektronen) erzeugt.
Wenn diese „Löcher“ von einem elektrischen Feld getroffen werden, werden sie zu den Hauptladungsträgern und erzeugen einen elektrischen Strom.
P-Typ-Materialien werden häufig in multikristallinen Silizium-Solarzellen und einigen monokristallinen Silizium-Solarzellen verwendet, da sie preiswert und einfach herzustellen sind.
N-type solar cells:
Doping silicon with pentavalent elements, like phosphorus, adds more valence electrons to the material, making it better at conducting electricity.
When there is an electric field, these extra electrons move as the main charge carriers, which makes an electric current.
Because they are stable over time and work well, N-type materials are becoming more and more important in TOPCon, IBC, and HJT, which are high-efficiency solar cell technologies.
Die gängigsten Arten von Solarzellen auf dem Markt:
Die Technologie im Bereich der Solarzellen schreitet schnell voran. Besonders N-Typ-Materialien haben in letzter Zeit viel Aufmerksamkeit erhalten, da sie sehr effizient sind. Beispielsweise kombinieren HJT (Heterojunction) Solarzellen die besten Eigenschaften von kristallinem und amorphem Silizium. Sie machen die Zellen stabiler und effizienter, indem eine Schicht aus amorphem Silizium zwischen N-Typ- und P-Typ-Silizium eingefügt wird. Dies verhindert die Rekombination von Elektronen und Löchern. Tunneloxid-Schichten und polykristalline Siliziumschichten werden als Elektroden in der TOPCon-Technologie verwendet, was die Gesamtleistung der Zelle verbessert. IBC (Interdigitated Back Contact) Zellen absorbieren ebenfalls mehr Licht und verringern Schatteneffekte, da alle ihre Elektroden auf der Rückseite der Zelle angebracht sind.
N-Typ-Solarzellen werden wahrscheinlich in Zukunft eine größere Rolle auf dem Solarenergiemarkt spielen, da sich die Technologie verbessert und die Kosten sinken. P-Typ-Zellen werden jedoch weiterhin weit verbreitet sein, da sie eine stabile Marktposition und gut entwickelte Produktionsprozesse haben. Diese Verbesserungen machen Solarzellen nicht nur effizienter bei der Umwandlung von Licht in Elektrizität, sondern legen auch den Grundstein für nachhaltigere und umweltfreundlichere Energieoptionen.
Solarmodul-Rückseite / Rückglas
Die Rückseite des Moduls wird hauptsächlich in Außenumgebungen verwendet, um das Solarmodul vor dem Erosionseinfluss von Licht, Feuchtigkeit, Hitze, Kälte und anderen Umwelteinflüssen auf die Einkapselungsfolie, die Zelle und andere Materialien zu schützen und als wetterbeständige Isolationsbarriere zu dienen. Die Qualität der Rückseite bestimmt die Lebensdauer des Moduls.
Rückseiten:
Rückseiten sind entscheidende Komponenten von Solarmodulen und spielen eine zentrale Rolle beim Schutz vor Umweltfaktoren wie Licht, Feuchtigkeit, Hitze und Kälte. Diese Schutzschicht ist unverzichtbar, um die Lebensdauer der Solarmodule zu verlängern und ihre internen Komponenten vor möglichen Schäden zu schützen.
Ein genauerer Blick auf die Rückseiten:
Vielfalt im Erscheinungsbild: Rückseiten gibt es in verschiedenen Farben, einschließlich Weiß, Schwarz und Transparent. Weiße Rückseiten sind darauf ausgelegt, Sonnenlicht zurück auf die Solarzellen zu reflektieren, wodurch die Energieeffizienz verbessert wird. Schwarze Rückseiten, die in Europa und Amerika beliebt sind, erhöhen die ästhetische Anziehungskraft von Dachinstallationen. Transparente Rückseiten ermöglichen es Solarmodulen, Strom von beiden Seiten zu erzeugen.
Materialzusammensetzung: Typischerweise bestehen Rückseiten aus drei Schichten: einer äußeren Beschichtung, einem mittleren PET-Substrat und einer inneren Beschichtung. Um Haltbarkeit und Schutz vor UV-Strahlung zu gewährleisten, werden in diesen Schichten verschiedene Materialien wie Fluor- und PVDF-Folien verwendet.
Leistungskompatibilität: Rückseiten sind so konstruiert, dass sie mit verschiedenen Arten von Solarzellen, einschließlich Perc, N-Typ und TOPCon-Zellen, kompatibel sind. Ihre geringe Wasserdurchlässigkeit ist entscheidend für die Aufrechterhaltung der Zelleffizienz und Langlebigkeit und stellt sicher, dass Solarmodule über einen längeren Zeitraum effizient arbeiten.
Rückglas:
Rückglas ist in zwei Dicken erhältlich, 2,0 mm und 1,6 mm, und erfreut sich aufgrund seiner außergewöhnlichen Haltbarkeit und Widerstandsfähigkeit gegen Umweltbedingungen zunehmender Beliebtheit.
Hier sind einige Vorteile und Anwendungen von Rückglas:
Feuchtigkeitsbarriere: Rückglas weist nahezu keine Feuchtigkeitsdurchlässigkeit auf, was es ideal für Umgebungen mit hoher Luftfeuchtigkeit macht, wo es effektiv vor wasserbedingten Schäden schützt.
Widerstandsfähigkeit und Langlebigkeit: Seine hohe Beständigkeit gegen Verschleiß, Verwitterung und Korrosion macht es für den Einsatz unter extremen Bedingungen geeignet und verlängert letztendlich die Lebensdauer von Solarmodulen.
Brandschutz: Solarmodule mit Rückglas weisen eine hohe Feuerbeständigkeit auf, was sie zu einer sichereren Wahl für Wohn- und Industrieanlagen macht.
Isolationseigenschaften: Die hervorragenden Isolationseigenschaften von Rückglas ermöglichen es Solarmodulen, höhere Systemspannungen zu bewältigen, was potenziell kosteneffektive Lösungen für große Solarkraftwerke bietet.
Die Integration von Rückglas in das Design von Solarmodulen verbessert deren Haltbarkeit, Sicherheit und Leistung, was sie zu zuverlässigen und effizienten Beiträgen zur Erzeugung sauberer Energie macht. Lesen Sie den untenstehenden Artikel, um mehr Details über die Rückseite von Solarmodulen zu erfahren!
Solarmodulrahmen
Da Aluminium das am häufigsten vorkommende Metall auf der Erde ist, wird es häufig für den Rahmen von Solarmodulen verwendet, der in der Regel aus einer Aluminiumlegierung besteht. Der Rahmen spielt auch eine wichtige Rolle bei Solarmodulen.
Strukturelle Unterstützung: Der Rahmen bietet strukturelle Unterstützung für das Solarmodul, erhöht die Gesamtstärke und Steifigkeit des Moduls. Dies hilft, das Biegen oder Verdrehen des Panels während der Installation und des Transports zu verhindern, wodurch das Modul flach und stabil bleibt.
Kantenschutz: Der Rahmen schützt die Kanten des Moduls vor physischen Schäden wie Stößen, Schlägen oder Quetschungen. Er reduziert den Verschleiß an den Kanten der Module und verlängert deren Lebensdauer.
Reduziert Kontamination und Feuchtigkeitseintritt: Die Anwesenheit eines Rahmens verringert die Menge an Schmutz, Staub und Feuchtigkeit, die auf die Unterseite des Moduls gelangen können, und hilft so, die Sauberkeit und Leistung des Moduls zu erhalten.
Vereinfacht die Installation: Rahmen verfügen oft über vormontierte Löcher und Klammern, die die Installation von Solarmodulen erleichtern. Installateure können die Module leicht an einem Gestell oder Dach befestigen, ohne direkt mit der Oberfläche des Moduls umgehen zu müssen, was das Risiko potenzieller Schäden verringert.
Anschlusskasten für Solarmodule (J-Box)
Ein Anschlusskasten (J-Box) ist eine entscheidende Komponente in Solarmodulen und dient hauptsächlich als Verbindungselement zwischen den Solarmodulen und der externen Schaltung. Seine Hauptaufgabe besteht darin, als Übertragungsstation für die von den Solarmodulen erzeugte elektrische Energie zu fungieren, die an externe Schaltkreise oder Speichersysteme weitergeleitet wird.
Wichtige Merkmale eines Anschlusskastens umfassen:
Energieübertragung: Im Anschlusskasten befinden sich leitfähige Anschlusspunkte und Sammelschienen, die den von den Solarmodulen erzeugten Strom sammeln und über Kabel an die externe Schaltung oder Batteriespeichersysteme weiterleiten.
Schutzfunktion: Anschlusskästen sind in der Regel gut abgedichtet, um das Eindringen von Wasser, Staub und anderen externen Substanzen zu verhindern und die interne Schaltung der Module zu schützen. Sie bieten auch einen gewissen Widerstand gegen mechanische Einwirkungen und Umwelterosion.
Diodenschutz: Um den Rückfluss von Strom zu verhindern und Hot-Spot-Effekte zu vermeiden, enthalten Anschlusskästen normalerweise Dioden. Diese Dioden bieten einen Umgehungsweg in Fällen, in denen die Solarmodule teilweise beschattet sind oder unterdurchschnittlich arbeiten, um einen stabilen Betrieb und Effizienz zu gewährleisten.
Wasser- und Staubresistenz: Anschlusskästen sind so konzipiert, dass sie spezifischen Wasser- und Staubresistenzstandards wie IP65, IP67 oder IP68 entsprechen, um einen stabilen Betrieb unter verschiedenen Umweltbedingungen zu gewährleisten.
Intelligente Funktionen: Moderne Anschlusskästen können auch mit intelligenten Funktionen wie Fernüberwachung, intelligentem Abschalten und Leistungsoptimierung (MPPT) ausgestattet sein. Diese Funktionen tragen dazu bei, die Gesamteffizienz und Sicherheit von Solarkraftwerken zu erhöhen.
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