Struttura dei pannelli solari: 6 componenti chiave

I pannelli solari, pietra miliare della tecnologia dell'energia solare, sono composti da diverse parti integranti, ognuna delle quali contribuisce alla loro capacità di sfruttare la luce solare e convertirla in energia elettrica. In questo articolo esploreremo i componenti essenziali che costituiscono un pannello solare, esaminando come ogni parte svolga un ruolo critico nel funzionamento e nell'efficienza del pannello. Dal vetro protettivo sulla superficie alla scatola di giunzione per i collegamenti elettrici, ogni componente è fondamentale per le prestazioni del pannello solare. Addentriamoci nel mondo dei pannelli solari e scopriamo le complessità della loro costruzione!

Contenuto:

1.Pannello solare in vetro

2. Film di incapsulamento del pannello solare

3.Cella solare

4.Pannello solare Backsheet/Vetro posteriore

5.Telaio del pannello solare

6. Scatola di giunzione del pannello solare (J-Box)

Nei pannelli solari, il vetro fotovoltaico svolge un ruolo fondamentale. Serve come scudo vitale, salvaguardando le celle solari e i nastri di saldatura da elementi ambientali difficili come urti, grandine, umidità, nebbia salina e ammoniaca. Inoltre, ha il duplice ruolo di raccogliere, trasmettere e ridurre la riflessione della luce, il che massimizza la produzione di elettricità. le caratteristiche e le applicazioni principali del vetro fotovoltaico sono le seguenti:

Eccezionale trasmissione della luce: Il vetro fotovoltaico vanta un'eccezionale trasmittanza luminosa. Il normale vetro temperato lascia passare circa il 91,5% della luce, mentre il vetro trattato in modo speciale (ad esempio, il vetro rivestito) può raggiungere circa il 93,5% di trasmittanza. Ciò significa che una maggiore quantità di luce solare può raggiungere direttamente le celle solari attraverso il vetro, aumentando l'efficienza complessiva di conversione energetica del pannello solare.

Cattura ad ampio spettro: Questo vetro cattura efficacemente la luce nello spettro che va da 380 a 1100 nanometri, sfruttando le principali bande energetiche della luce solare. Inoltre, riflette i raggi infrarossi (lunghezza d'onda superiore a 1200 nanometri), riducendo l'assorbimento di calore ed evitando che le alte temperature compromettano l'efficienza del pannello.

Robusta resistenza agli urti: Il vetro fotovoltaico presenta una robusta resistenza agli urti. Ad esempio, un vetro completamente temperato da 3,2 mm può resistere a una sfera d'acciaio di 1 kg lasciata cadere da un metro e a chicchi di grandine fino a 2,5 mm di diametro, garantendo la sicurezza e la stabilità dei pannelli solari anche in condizioni climatiche avverse.

Tipi di vetro e spessori per diversi pannelli solari:

Pannelli solari monovetro: In genere utilizzano un vetro completamente temperato da 3,2 mm, con un backsheet utilizzato sul retro.

Pannelli solari a doppio vetro: Generalmente utilizzano un vetro semi-temperato da 2,0 mm o 1,6 mm sia per il lato anteriore che per quello posteriore. Il vetro semi-temperato si colloca tra il vetro piano standard e il vetro completamente temperato in termini di resistenza agli urti e tolleranza alla temperatura. La sua planarità e le minime sollecitazioni lo rendono vantaggioso per il processo di produzione dei pannelli solari a doppio vetro, migliorando la resa e la qualità.

I film di incapsulamento, noti anche come incapsulanti per pannelli solari, sono componenti essenziali dei pannelli solari. Posizionati tra il vetro anteriore e il backsheet posteriore del pannello solare, svolgono un ruolo fondamentale nel fissare e proteggere le celle solari, fornendo al contempo l'isolamento e l'impermeabilità necessari.

Le funzioni e le caratteristiche principali dei film di incapsulamento includono:

Protezione delle celle solari: I film di incapsulamento stabilizzano le celle solari, impedendone il movimento o la rottura, garantendo così la stabilità strutturale e l'efficienza operativa a lungo termine del pannello.

Trasparenza e resistenza agli agenti atmosferici: Le pellicole di incapsulamento di alta qualità possiedono un'eccellente trasparenza, che riduce al minimo la perdita di energia solare. Inoltre, devono essere resistenti agli agenti atmosferici, in modo da sopportare l'impatto dei raggi UV, delle alte temperature e di altre condizioni ambientali difficili.

Isolamento e impermeabilizzazione: Queste pellicole isolano il pannello, impedendo all'umidità e ad altri elementi ambientali di penetrare, proteggendo così le celle solari dalla corrosione e dai danni.

Durata: Il materiale del film di incapsulamento deve essere in grado di resistere all'esposizione prolungata alla luce solare e ai vari cambiamenti climatici, mantenendo le sue prestazioni nel tempo.

I tipi più comuni di film di incapsulamento includono EVA (Etilene-Acetato di Vinile), POE (Elastomero Poliolefinico) e EPE coestruso.

Film EVA: Tipicamente utilizzato per l'incapsulamento di moduli monocristallini di tipo P Perc. È costituito da un copolimero di etilene e acetato di vinile, il cui componente principale è l'estere etenilico dell'acido acetico (40-70%). I vantaggi includono il basso costo, la facilità di lavorazione, la reticolazione rapida e un'applicazione semplice, stabile e matura. Tuttavia, l'EVA è incline all'idrolisi in ambienti con luce, ossigeno e calore umido, con conseguente produzione di acido acetico che può corrodere le celle solari e i nastri di saldatura. Inoltre, reagisce con il sodio nel vetro, formando una grande quantità di ioni sodio mobili, che causano un'attenuazione della potenza; l'EVA tende a ingiallire in condizioni fototermiche, compromettendo la trasparenza e causando una perdita di potenza del modulo.

Film POE: Utilizzato per l'incapsulamento di moduli fotovoltaici di tipo N e a doppio vetro. Il POE, un tipo di polietilene, ha proprietà superiori rispetto all'EVA, come la bassa permeabilità all'acqua, la resistenza all'idrolisi, la resistenza alle alte temperature e all'umidità, la resistenza all'invecchiamento, l'eccellente resistenza al PID, l'elevata resistività elettrica e le superiori proprietà di barriera al vapore acqueo. Tuttavia, presenta una complessità di lavorazione e un costo più elevati rispetto all'EVA.

Pellicola EPE: Un composito di EVA+POE+EVA. Combina la facilità di lavorazione dell'EVA con l'eccellente resistenza al PID e al vapore acqueo del POE. Adatto alle celle solari Topcon di tipo N e ai moduli a doppio vetro, l'EPE offre un rapporto costo-prestazioni equilibrato.

Le celle solari trasformano la luce del sole in energia. Sono il cuore dei pannelli solari. L'efficienza e le caratteristiche di queste celle dipendono dal tipo di materiale semiconduttore utilizzato.

Ne esistono due tipi principali: Tipo P e tipo N.

Celle solari di tipo P:

Si ottiene aggiungendo elementi trivalenti (come il boro) a materiali semiconduttori di base come il silicio, creando "buchi" (aree prive di elettroni) con carica positiva.

Quando questi "buchi" vengono colpiti da un campo elettrico, diventano i principali portatori di carica e creano una corrente elettrica.

I materiali di tipo P sono comunemente utilizzati nelle celle solari al silicio multicristallino e in alcune celle solari al silicio monocristallino perché sono economici e facili da produrre.

Celle solari di tipo N:

Il drogaggio del silicio con elementi pentavalenti, come il fosforo, aggiunge un maggior numero di elettroni di valenza al materiale, rendendolo migliore nella conduzione dell'elettricità.

In presenza di un campo elettrico, questi elettroni extra si muovono come portatori di carica principali, generando una corrente elettrica.

Poiché sono stabili nel tempo e funzionano bene, i materiali di tipo N stanno diventando sempre più importanti nelle tecnologie TOPCon, IBC e HJT, che sono celle solari ad alta efficienza.

I tipi di celle solari più comuni sul mercato:

La tecnologia avanza rapidamente nel settore delle celle solari. In particolare, i materiali di tipo N hanno ricevuto molta attenzione negli ultimi tempi perché funzionano molto bene. Ad esempio, le celle solari HJT (Heterojunction) combinano le migliori caratteristiche del silicio cristallino e amorfo. Le celle sono più stabili ed efficienti grazie all'inserimento di uno strato di silicio amorfo tra il silicio di tipo N e quello di tipo P. In questo modo si impedisce agli elettroni e ai buchi di entrare in contatto con il silicio cristallino. Questo impedisce agli elettroni e alle buche di ricombinarsi. Gli strati di ossido di tunnel e gli strati di silicio policristallino sono utilizzati come elettrodi nella tecnologia TOPCon, che fa funzionare meglio la cella nel suo complesso. Le celle IBC (Interdigitated Back Contact) assorbono inoltre una maggiore quantità di luce e riducono gli effetti di ombreggiamento perché tutti gli elettrodi si trovano sul retro della cella.

• Le celle solari di tipo P avranno probabilmente un ruolo maggiore nel futuro mercato dell'energia solare, grazie al miglioramento della tecnologia e alla riduzione dei costi. Le celle di tipo P, invece, continueranno a essere ampiamente utilizzate perché hanno una posizione di mercato stabile e processi produttivi ben sviluppati. Questi miglioramenti non solo rendono le celle solari più efficienti nel convertire la luce in elettricità, ma pongono anche le basi per opzioni energetiche più sostenibili ed ecologiche.

Il backsheet del modulo è utilizzato principalmente in ambiente esterno per proteggere il modulo a celle solari e resistere all'erosione della luce, all'umidità, al calore, al gelo e ad altre influenze ambientali sul film di incapsulamento, sulla cella e su altri materiali, nonché per svolgere il ruolo di protezione isolante resistente alle intemperie; la qualità del backsheet determina la durata del modulo.

Fondali:

I backsheet sono componenti critici dei pannelli solari e svolgono un ruolo fondamentale nel proteggerli da fattori ambientali quali luce, umidità, calore e freddo. Questo strato protettivo è indispensabile per prolungare la durata dei pannelli solari e per proteggere i loro componenti interni da potenziali danni.

Ecco un'analisi più approfondita dei backsheet:

Varietà di aspetto: I backsheet sono disponibili in vari colori, tra cui bianco, nero e trasparente. I backsheet bianchi sono progettati per riflettere la luce solare sulle celle solari, migliorando così l'efficienza energetica. Le coperture nere, preferite in Europa e in America, migliorano l'estetica delle installazioni sui tetti. Le coperture trasparenti consentono ai pannelli solari di generare elettricità da entrambi i lati.

Composizione del materiale: In genere, i backsheet sono composti da tre strati: un rivestimento esterno, un substrato centrale in PET e un rivestimento interno. Per garantire la durata e la protezione dai raggi UV, in questi strati vengono comunemente utilizzati diversi materiali, come i film di fluoro e PVDF.

Compatibilità delle prestazioni: I backsheet sono progettati per essere compatibili con diversi tipi di celle solari, tra cui le celle Perc, N e TOPCon. La loro bassa permeabilità all'acqua è fondamentale per mantenere l'efficienza e la longevità delle celle, garantendo un funzionamento efficiente dei pannelli solari per un periodo prolungato.

Vetro posteriore:

Il vetro posteriore è disponibile in due spessori, 2,0 mm e 1,6 mm, e sta guadagnando popolarità grazie alla sua eccezionale durata e resistenza alle condizioni ambientali.

Ecco alcuni vantaggi e applicazioni del vetro posteriore:

Barriera all'umidità: Il vetro posteriore ha una permeabilità all'umidità quasi nulla, che lo rende ideale per gli ambienti ad alta umidità, dove previene efficacemente i danni indotti dall'acqua.

Resilienza e longevità: L'elevata resistenza all'usura, agli agenti atmosferici e alla corrosione lo rende adatto all'uso in condizioni estreme, prolungando la durata di vita dei pannelli solari.

Sicurezza antincendio: I pannelli solari dotati di vetro posteriore presentano un'elevata resistenza al fuoco, che li rende una scelta più sicura per le installazioni residenziali e industriali.

Proprietà isolanti: Le eccellenti proprietà isolanti del vetro posteriore consentono ai pannelli solari di gestire tensioni di sistema più elevate, offrendo potenzialmente soluzioni economicamente vantaggiose per le grandi centrali solari.

L'integrazione del vetro posteriore nella progettazione dei pannelli solari ne migliora la durata, la sicurezza e le prestazioni, rendendoli affidabili ed efficienti nella produzione di energia pulita. Leggete l'articolo qui sotto per saperne di più sul backsheet dei pannelli solari!

Poiché l'alluminio è il metallo più abbondante sulla terra, viene utilizzato come telaio, solitamente in lega di alluminio. Svolge un ruolo importante anche nei pannelli solari.

Supporto strutturale: La cornice fornisce un supporto strutturale al pannello solare, aumentando la resistenza e la rigidità complessiva del pannello. In questo modo si evita che il pannello si pieghi o si attorcigli durante l'installazione e il trasporto, mantenendolo piatto e stabile.

Protezione dei bordi: La cornice protegge i bordi del pannello da danni fisici come urti, colpi o schiacciamenti. Riduce l'usura dei bordi dei pannelli e ne prolunga la durata.

Riduce la contaminazione e l'ingresso di umidità: La presenza di una cornice riduce la quantità di sporco, polvere e umidità che può penetrare nella parte inferiore del pannello, contribuendo a mantenere la pulizia e le prestazioni del pannello.

Semplifica l'installazione: Le bordature sono spesso dotate di fori e morsetti premontati che facilitano l'installazione dei pannelli solari. Gli installatori possono fissare facilmente i pannelli a una rastrelliera o a un tetto senza dover intervenire direttamente sulla superficie del pannello, riducendo il rischio di potenziali danni.

La scatola di giunzione (J-Box) è un componente cruciale dei pannelli solari, che funge principalmente da connettore tra i pannelli solari e i circuiti esterni. Il suo ruolo principale è quello di fungere da stazione di trasferimento per l'energia elettrica generata dai pannelli solari da trasmettere ai circuiti esterni o ai sistemi di stoccaggio.

Le caratteristiche principali di una scatola di giunzione includono:

Trasmissione di energia: All'interno della scatola di giunzione si trovano punti di connessione conduttivi e sbarre che raccolgono la corrente generata dai pannelli solari e la trasferiscono tramite cavi ai circuiti esterni o ai sistemi di accumulo a batteria.

Funzione protettiva: Le scatole di giunzione sono in genere ben sigillate e impediscono l'ingresso di acqua, polvere e altre sostanze esterne, proteggendo i circuiti interni dei pannelli. Inoltre, offrono un certo grado di resistenza agli urti meccanici e all'erosione ambientale.

Protezione a diodi: Per prevenire il flusso di corrente inversa ed evitare l'effetto hot spot, le scatole di giunzione contengono solitamente dei diodi. Questi diodi forniscono un percorso di bypass nei casi in cui i pannelli solari sono parzialmente ombreggiati o non funzionano bene, garantendo un funzionamento stabile e un'efficienza elevata.

Resistenza all'acqua e alla polvere: Le scatole di giunzione sono progettate per soddisfare specifici standard di resistenza all'acqua e alla polvere, come IP65, IP67 o IP68, per garantire un funzionamento stabile in varie condizioni ambientali.

Funzioni intelligenti: Le moderne scatole di derivazione possono essere dotate di funzioni intelligenti come il monitoraggio remoto, lo spegnimento intelligente e l'ottimizzazione della potenza (MPPT). Queste funzioni contribuiscono a migliorare l'efficienza complessiva e la sicurezza delle centrali solari.

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