Indice:
- Introduzione
- Cosa sono i Pannelli Solari?
- Come Funzionano i Pannelli Solari?
- Quali sono i Principali Componenti dei Pannelli Solari?
- Conclusione
Introduzione
Con l'aumento globale della domanda di energia e la crescente consapevolezza della protezione ambientale, l'energia solare ha guadagnato notevole attenzione come fonte energetica pulita e rinnovabile. I pannelli solari sono i componenti principali dei sistemi di energia solare, convertendo la luce solare in elettricità per fornire energia sostenibile. Questo articolo fornirà un'introduzione dettagliata ai componenti chiave e alle funzioni dei pannelli solari, aiutando i lettori a comprendere meglio la loro composizione e le loro caratteristiche.
Cosa sono i Pannelli Solari?
I pannelli solari sono dispositivi che convertono l'energia solare in elettricità. Sono composti da multiple celle solari, che utilizzano l'effetto fotovoltaico per trasformare l'energia solare in energia elettrica. I pannelli solari sono tra le parti più critiche di un sistema di generazione di energia solare. La struttura tipica di questi moduli include (dall'alto verso il basso): vetro - film EVA - celle solari - film EVA - backsheet o vetro, fissati con un telaio in lega di alluminio.
Inoltre, i materiali ausiliari includono vetro fotovoltaico, film di incapsulamento, strisce di saldatura, backsheets, silicone di sigillatura, gel di sigillatura della scatola di giunzione AB, scatole di giunzione e telai.
Come Funzionano i Pannelli Solari?
I pannelli solari raccolgono energia pulita e rinnovabile dalla luce solare e la convertono in elettricità, che viene poi utilizzata per alimentare carichi elettrici. I pannelli solari sono composti da molteplici celle solari individuali, ciascuna composta da strati di silicio, fosforo (fornisce carica negativa) e boro (fornisce carica positiva). I pannelli solari assorbono fotoni (particelle di luce), generando una corrente elettrica. Quando i fotoni colpiscono la superficie del pannello solare, trasferiscono la loro energia agli elettroni, facendoli liberare dalle loro orbite atomiche e entrare nel campo elettrico creato all'interno della cella solare. Questi elettroni liberati vengono quindi attratti in una corrente direzionale, formando ciò che è noto come effetto fotovoltaico.
Quali sono i Principali Componenti dei Pannelli Solari?
1. Celle Solari
Le celle solari sono uno dei componenti principali dei pannelli solari, responsabili della conversione della luce solare in energia elettrica. Questo avviene attraverso l'effetto fotovoltaico, dove i fotoni della luce solare che colpiscono la superficie della cella solare eccitano gli elettroni, generando una corrente elettrica che guida il flusso degli elettroni attraverso i circuiti.
(1) Tipi di Celle Solari
Le celle solari sono principalmente suddivise in tre tipi in base ai loro materiali e processi di produzione: celle solari in silicio monocristallino, celle solari in silicio policristallino e celle solari a film sottile. Le celle in silicio monocristallino sono ampiamente utilizzate grazie alla loro alta cristallinità e buona mobilità degli elettroni. Le celle in silicio policristallino, d'altra parte, sono apprezzate per i costi inferiori e i processi di produzione semplificati. Le celle solari a film sottile utilizzano vari materiali come il silicio amorfo, il seleniuro di gallio indio rame (CIGS), tra gli altri, offrendo vantaggi come leggerezza, flessibilità e costo-efficienza, rendendole adatte per applicazioni specifiche.
(2) Tecnologie Principali delle Celle Solari e Stato Attuale
Le celle solari sono componenti centrali della generazione di elettricità fotovoltaica, e le loro tecnologie e livelli di processo influenzano direttamente l'efficienza e la durata dei moduli fotovoltaici. Basandosi sugli elementi di drogaggio e sui processi di produzione, i principali tipi di celle solari attualmente sviluppati e prodotti sul mercato possono essere ampiamente categorizzati in quattro tipi: PERC, TOPCon, HJT e IBC.
a. PERC
Le celle PERC (Passivated Emitter and Rear Cell) utilizzano la tecnologia del passivated emitter e rear cell, con un wafer di silicio di tipo P come substrato per l'emettitore della cella. Questa tecnologia, sviluppata per la prima volta dallo scienziato australiano Martin Green nel 1983, aumenta l'efficienza di conversione aggiungendo uno strato di passivazione sul retro della cella. Massimizzando il gradiente potenziale attraverso la giunzione P-N, le celle PERC stabilizzano il flusso di elettroni, riducono la ricombinazione degli elettroni e raggiungono livelli di efficienza più elevati rispetto alle strutture di celle standard.
b. IBC
Le celle IBC (Interdigitated Back Contact) non presentano linee di griglia metalliche sul lato anteriore. L'emettitore e il campo posteriore sono integrati in un modello a griglia incrociata sul retro della cella, evitando l'ombreggiatura delle linee di griglia metalliche. Combinato con strutture a piramide e rivestimenti antiriflesso su entrambe le superfici anteriore e posteriore, questo design unico massimizza l'utilizzazione della luce e migliora significativamente l'efficienza di conversione fotovoltaica delle celle solari IBC.
c. TOPCon
Le celle TOPCon (Tunnel Oxide Passivated Contact) impiegano una struttura di contatto passivato in cui uno strato ultra-sottile di biossido di silicio è preparato sul retro della cella, seguito da uno strato di silicio dopato. Insieme, questi formano una struttura di contatto passivato nota come tecnologia TOPCon. Lo strato ultra-sottile di biossido consente ai portatori minoritari di tunnelare nello strato di silicio policristallino bloccando al contempo la ricombinazione dei portatori maggioritari, migliorando il trasporto laterale degli elettroni e la raccolta mediante contatti metallici. Questo riduce notevolmente i tassi di ricombinazione e migliora l'efficienza di conversione della cella.
d. HJT
Le celle HJT (Heterojunction with Intrinsic Thin-layer) sono anche conosciute come celle a eterogiunzione. Sviluppate inizialmente dalla Sanyo Electric (ora Panasonic) nel 1990 e marchiate come HIT, altre aziende entrando nel campo dell'eterogiunzione hanno adottato designazioni diverse come HJT, SHJ e HDT per evitare dispute brevettuali. A differenza delle celle PERC e TOPCon, che utilizzano il drogaggio dello stesso materiale (silicio cristallino), le celle HJT utilizzano il drogaggio di due materiali diversi (silicio cristallino e silicio amorfo). Questo forma una giunzione PN tra il wafer di silicio e lo strato di silicio amorfo, riducendo la ricombinazione dei portatori alla giunzione PN e migliorando l'efficienza di conversione della cella solare.
Queste tecnologie rappresentano significativi avanzamenti nell'efficienza delle celle solari e sono cruciali nello sviluppo continuo di moduli fotovoltaici ad alta performance.
2. Materiale di Incapsulamento Frontale - Vetro dei Pannelli Solari
I pannelli solari sono dispositivi cruciali che convertono l'energia solare in elettricità, e la loro struttura e la scelta dei materiali influenzano direttamente l'efficienza e la durata. Nei pannelli solari, il materiale di incapsulamento frontale è tipicamente il vetro, utilizzato principalmente per proteggere le celle solari interne mentre migliora le prestazioni complessive del pannello.
Tipi di Vetro per Pannelli Solari
Vetro Ultra-Chiaro: Conosciuto anche come vetro a basso contenuto di ferro, ha una trasmissione della luce estremamente alta (fino al 91%-93%) ed è ampiamente utilizzato nei pannelli solari ad alta efficienza. Il vetro ultra-chiaro ha un contenuto di ferro molto basso, riducendo l'assorbimento della luce e migliorando la trasmissione della luce.
Vetro Temperato: Vetro rinforzato mediante metodi fisici o chimici, ha alta resistenza e resistenza agli urti. Anche se si rompe, si frammenta in piccoli granuli, riducendo i danni alle celle solari. Il vetro temperato è comunemente usato nei pannelli solari che richiedono elevata resistenza meccanica.
Vetro Semi-Temperato: Il vetro semi-temperato ha livelli di stress tra il vetro piano ordinario e il vetro completamente temperato, che vanno da 24 MPa a 52 MPa. Nonostante una resistenza agli urti inferiore, ha elevata planarità e nessuno stress interno, rendendolo adatto per la lavorazione a laminazione nella produzione di pannelli solari, migliorando così il rendimento e la qualità.
Vetro Rivestito: Vetro con un rivestimento sottile speciale sulla superficie, che riduce la riflessione, aumenta la trasmissione della luce e fornisce funzioni anti-sporco e impermeabili. È adatto per i pannelli solari in condizioni ambientali speciali.
Funzioni e Ruoli del Vetro dei Pannelli Solari
Il vetro dei pannelli solari, come componente critico che copre le celle solari, svolge diverse funzioni cruciali che influenzano direttamente le prestazioni e la durabilità dell'intero modulo del pannello solare.
Alta Trasmissione della Luce: Il vetro PV di alta qualità ha tipicamente una trasmissione della luce superiore al 90%, garantendo che più luce solare raggiunga le celle solari attraverso il vetro, migliorando così l'efficienza di conversione fotovoltaica.
Resistenza alle Condizioni Meteo: Il vetro PV deve operare a lungo termine in diverse condizioni ambientali, richiedendo elevata resistenza alle intemperie per mantenere prestazioni stabili in ambienti severi come temperature elevate, basse, umidità ed esposizione UV, senza invecchiamento, decolorazione o guasti.
Resistenza Meccanica: Utilizzando vetro temperato con elevata resistenza e resistenza agli urti, è possibile resistere a pressioni esterne come carico del vento, carico di neve e grandine, garantendo sicurezza e utilizzabilità a lungo termine.
Basso Contenuto di Ferro: Il vetro a basso contenuto di ferro (vetro ultra-chiaro) ha un contenuto di ferro molto basso, riducendo l'assorbimento della luce e migliorando la trasmissione della luce, migliorando significativamente l'efficienza di conversione fotovoltaica.
Rivestimento Antiriflesso: Aggiungendo rivestimenti antiriflesso si riducono le perdite per riflessione della luce, aumentando ulteriormente la trasmissione della luce in modo che più luce entri nelle celle solari, migliorando così l'efficienza complessiva di conversione fotovoltaica.
3. Pellicola di Incapsulamento per Pannelli Solari
La pellicola di incapsulamento è un materiale cruciale nell'imballaggio dei moduli fotovoltaici (PV) ed è essenziale per la durata di vita del modulo. Sigilla e aderisce per proteggere le celle interne del modulo. Le pellicole di incapsulamento includono EVA, POE e EPE coestruso.
EVA: La pellicola EVA è uno dei materiali di incapsulamento più ampiamente usati, particolarmente adatto per l'incapsulamento dei moduli PERC in vetro mono-P di tipo P. Questo materiale è economico, offre una buona lavorabilità e ha una rapida velocità di reticolazione, proteggendo efficacemente le celle dagli impatti ambientali. A seconda delle esigenze specifiche, è possibile scegliere diversi tipi di EVA, come EVA ad alta trasparenza per il fronte, EVA ad alta resistenza per il retro, o EVA bianca con biossido di titanio.
POE: La pellicola POE è principalmente utilizzata per l'incapsulamento di moduli PV a doppio vetro e di tipo N. Rispetto all'EVA, il POE mostra proprietà superiori tra cui bassa permeabilità all'acqua, resistenza all'idrolisi, resistenza all'invecchiamento e eccellente resistenza al PID (Degradazione Indotta dal Potenziale). Tuttavia, la sua superficie liscia lo rende incline allo spostamento e aumenta la difficoltà di lavorazione, con conseguente maggiori costi.
EPE coestruso: La pellicola EPE coestrusa combina la buona lavorabilità dell'EVA con l'eccellente resistenza al PID e alla permeabilità al vapore acqueo del POE. Questo materiale è comunemente utilizzato nei moduli a celle Topcon di tipo N e nei moduli a doppio vetro, trovando un equilibrio tra prestazioni ed economicità.
Caratteristiche Chiave delle Pellicole di Incapsulamento per Pannelli Solari
Nel contesto dei pannelli solari, le pellicole di incapsulamento devono possedere diverse caratteristiche chiave per garantire efficacia e affidabilità nel processo di conversione fotovoltaica:
Alta Trasparenza: La trasparenza delle pellicole di incapsulamento dovrebbe essere la più alta possibile per consentire la massima penetrazione della luce solare, migliorando così l'efficienza di conversione fotovoltaica. Tipicamente, il requisito di trasparenza è superiore al 95%.
Bassa Perdita Ottica: Le pellicole di incapsulamento dovrebbero minimizzare le perdite ottiche per ridurre l'assorbimento e la dispersione della luce all'interno della pellicola. Le perdite ottiche includono principalmente perdite per assorbimento e per dispersione.
Eccellente Adesione: Le pellicole di incapsulamento dovrebbero mostrare una forte adesione a materiali come vetro, celle e backsheet, garantendo la robustezza e l'affidabilità del modulo. La resistenza di adesione tra la pellicola di incapsulamento e le celle dovrebbe essere sufficiente per sopportare lo stress meccanico durante il funzionamento del modulo.
Buona Resistenza Meccanica: Le pellicole di incapsulamento dovrebbero avere una resistenza meccanica adeguata per sopportare carichi meccanici in condizioni ambientali severe come vento, neve e grandine.
Eccellente Isolamento Elettrico: Le pellicole di incapsulamento dovrebbero impedire efficacemente perdite e incidenti elettrici, garantendo la sicurezza e l'affidabilità del sistema fotovoltaico. La tensione di rottura e la resistività volumica della pellicola di incapsulamento dovrebbero soddisfare i requisiti standard pertinenti.
4. Backsheet dei Pannelli Solari
Nell'incapsulamento sul retro dei moduli fotovoltaici (PV), i materiali includono principalmente il backsheet e il vetro posteriore, svolgendo un ruolo cruciale nella protezione e nell'ottimizzazione delle prestazioni del modulo.
Backsheet:
Posizionato sul lato posteriore dei pannelli solari, la funzione principale del backsheet è quella di proteggere le celle solari interne e i materiali di incapsulamento dalla corrosione e dai danni ambientali esterni, garantendo un'operazione stabile a lungo termine del modulo. I materiali comuni per i backsheet includono il Plastico Rinforzato con Fibra di Vetro (FRP) e i Backsheet in Film di Poliestere. I backsheet in FRP offrono alta resistenza e resistenza alle intemperie, adatti a diverse condizioni ambientali. I backsheet in film di poliestere sono leggeri e possiedono buona flessibilità e proprietà meccaniche.
Tipicamente, i backsheet sono strutturati in tre strati, comprendenti uno strato esterno, uno strato intermedio (comunemente substrato PET) e uno strato interno. Vari tipi di backsheet rivestiti, inclusi FPF, KPF, PPF e PF, offrono diverse caratteristiche come rivestimenti al fluor (F o C) e film PVDF (K) che migliorano la resistenza alle intemperie e le proprietà anti-invecchiamento. Queste strutture stratificate e i rivestimenti proteggono efficacemente i componenti interni del modulo dalla luce, dall'umidità, dal calore e dalle condizioni di congelamento, garantendo la sua stabilità e affidabilità in diversi ambienti.
Vetro Posteriore:
Il vetro posteriore è il materiale in vetro che copre il backsheet nei pannelli solari. Il suo ruolo principale è quello di proteggere la struttura posteriore e massimizzare la trasmissione della luce per migliorare l'efficienza di conversione fotovoltaica del modulo. Il vetro posteriore offre anche eccellente resistenza all'abrasione, alle intemperie e alla corrosione, rendendolo adatto per un uso a lungo termine in varie condizioni ambientali.
Tipicamente, il vetro posteriore utilizza vetro fotovoltaico ultra-chiaro a basso contenuto di ferro semi-temperato. Viene prodotto in diverse spessori (come 2,0 mm e 1,6 mm) e design con o senza griglie per soddisfare i requisiti delle diverse applicazioni. Le sue caratteristiche includono tassi estremamente bassi di trasmissione del vapore acqueo, che prevengono problemi di delaminazione del backsheet indotta dall'umidità. Inoltre, ha alte proprietà isolanti, supportando i requisiti di tensione di sistema più elevati.
5. Telaio del Pannello Solare
Il telaio del pannello solare è un accessorio essenziale del modulo, utilizzato principalmente per proteggere i bordi del vetro del pannello solare, migliorare le prestazioni di tenuta del modulo e aumentare la resistenza meccanica, influenzando significativamente la durata del modulo. Come componente cruciale nel modulo fotovoltaico, i telai in lega di alluminio hanno dominato il mercato grazie alla loro elevata resistenza, robustezza, buona conducibilità, resistenza alla corrosione, resistenza all'ossidazione, elevata resistenza alla trazione, facilità di trasporto e installazione, nonché facilità di riciclabilità. Queste eccellenti proprietà hanno consentito ai telai in lega di alluminio di mantenere un tasso di penetrazione di mercato superiore al 95%, evolvendo insieme all'industria fotovoltaica nel corso degli anni.
Il telaio del pannello solare è un componente ad alto valore nella struttura dei costi dei moduli fotovoltaici, dove i costi delle celle costituiscono circa il 55%. Con le dimensioni e i pesi standard attuali dei telai in alluminio, il telaio del pannello solare rappresenta circa il 13% del costo totale, superiore ad altri accessori come EVA, vetro, backsheet e nastri. È l'accessorio più costoso. Oltre ai tradizionali telai in lega di alluminio, sul mercato sono disponibili anche telai in lega di alluminio-magnesio a basso costo e telai in materiali compositi. Tuttavia, a causa di limitazioni estetiche e resistenza alla corrosione, questi materiali non sono diventati scelte mainstream.
6. Junction Box:
La scatola di giunzione è un connettore posizionato tra l'insieme di celle fotovoltaiche solari che formano il pannello solare e il dispositivo di controllo della carica solare. La sua funzione principale è connettere l'elettricità generata dalle celle fotovoltaiche solari a circuiti esterni. La scatola di giunzione è aderente al retro del modulo con silicone. I fili uscenti all'interno del modulo sono collegati insieme attraverso il cablaggio interno della scatola di giunzione, che poi collega il cablaggio interno ai cavi esterni, garantendo il collegamento del modulo ai cavi esterni.
La scatola di giunzione del modulo fotovoltaico è un componente critico per la connessione elettrica. La sua struttura principale include un involucro con all'interno una scheda a circuito stampato. La scheda a circuito stampato ha N terminali di collegamento a barra e due terminali di connessione a cavo. Ogni terminale di collegamento a barra è collegato in serie alle stringhe di celle fotovoltaiche solari tramite barre di collegamento, e i terminali di collegamento a barra adiacenti sono collegati da diodi. Interruttori elettronici sono collegati in serie tra i terminali di collegamento a barra e i terminali di connessione a cavo, controllati da segnali di controllo ricevuti per accenderli o spegnerli. Il terminale di collegamento a barra N è collegato al secondo terminale di connessione a cavo. I due terminali di connessione a cavo sono collegati al mondo esterno tramite cavi, e un condensatore di derivazione è anche posizionato tra i due terminali di connessione a cavo.
Conclusione
Dal 2008, l'obiettivo di Maysun Solar è stato quello di produrre i migliori pannelli solari. Esplora la nostra vasta gamma di pannelli solari TOPCon, IBC, HJT, disponibili nei modelli argento, completamente neri, con cornice nera e vetro-vetro. I nostri pannelli sono progettati con eleganza e altamente efficienti, distinguendosi non solo per le prestazioni ma anche per migliorare l'estetica di qualsiasi edificio. Con uffici e magazzini consolidati e rapporti stabili con i migliori installatori in molti paesi, Maysun Solar rappresenta una scelta affidabile. Se hai domande sui pannelli solari o desideri un preventivo aggiornato, non esitare a contattarci. Siamo qui per aiutarti con piacere.
Riferimento:
Pannelli solari: A Brief Analysis of Process Route Development Status - Efficiency - Composite - Technology. (n.d.-c). Copyright © 2017 Sohu.com Inc. Tutti i diritti riservati. Recuperato da https://www.sohu.com/a/635276105_121123896
Che cos'è un pannello solare? Come funziona un pannello solare? (n.d.). https://www.mrsolar.com/what-is-a-solar-panel/
EcoProgetti. (2021, 9 luglio). La struttura di un modulo fotovoltaico. Ecoprogetti | Specialista nel processo produttivo del fotovoltaico. https://ecoprogetti.com/the-structure-of-photovoltaic-module/
Qual è il ruolo della scatola di giunzione centrale del modulo fotovoltaico, pannello fotovoltaico scatola di giunzione 4 terminali come cablare - cocoon cloud voltaic. (n.d.-b). https://www.pojianyunfu.com/news/1127.html
La cornice fotovoltaica è uno degli importanti materiali ausiliari del modulo, utilizzato principalmente per proteggere il bordo del vetro fotovoltaico e rafforzare la tenuta del modulo. . (n.d.-c). https://mguangfu.bjx.com.cn/mnews/20230831/1329267.shtml
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