G04 előadás Napelem technológiák és jellemzőik. Szent István Egyetem Gödöllő

Átírás

1 G04 előadás Napelem technológiák és jellemzőik

2 Kristályos szilícium napelem keresztmetszete negatív elektróda n-típusú szennyezés pozitív elektróda p-n határfelület p-típusú szennyezés

3 Napelem karakterisztika megvilágítás nélkül I D I feszültség küszöb V D V 20 V 0.5 V V D I D letörési feszültség

4 Napelem karakterisztika megvilágítás esetén I I, I D dióda napelem (terhelési oldalról) I PH I PH V D V 20 V 0.5 V V, V D I D napelem (forrás oldalról)

5 Napelem áramköri megfelelője az egydiódás modell R S I I PH V D R P V I D I P

6 Cella áram [A] G04 Napelem technológiák Napelem áram - feszültség (I-V) karakterisztikája megvilágítás esetén I SC I Cella feszültség [V] V OC V

7 Az I-V görbe analitikus leírása (egydiódás modell) I I PH V I o e IR s VT 1 V IR s R p

8 Napelem áram [A] Kimenő teljesítmény [ W] G04 Napelem technológiák Napelem teljesítmény a munkapont függvényében STC: T = 25 C AM = 1,5 E = 1000 W/m I MPP 2.5 Maximális teljesítmény pont (MPP) I SC 1.4 P MPP A V MPP = Maximum Power Point 0 V OC Napelem feszültség [V] V MPP

9 Üresjárati feszültség [V] Rövidzárási áram [A] G04 Napelem technológiák Üresjárati feszültség (V OC ) és a rövidzárási áram (I SC ) a besugárzás (beeső teljesítménysűrűség) függvényében V OC 0.4 I SC Besugárzás [W/m 2 ] 0

10 Modul áram [A] G04 Napelem technológiák Kristályos szilícium modul I-V görbéi különböző besugárzások esetén állandó napelem hőmérsékletnél Modul feszültség [V] V MPP tartomány

11 Modul áram [A] G04 Napelem technológiák Kristályos szilícium modul I-V görbéi különböző napelem hőmérsékletek esetén állandó besugárzásnál Modul feszültség [V] MPP feszültség tartomány

12 A feszültség, áram és teljesítmény hőmérséklet együtthatói (TC) Típus Kristályos Si Amorf Si CIS CdTe GaAs Hőmérséklet együtthatók [%/K] TC feszültség TC áram TC teljesítmény TC = Temperature Coefficient

13 Napelem áram [A] Kitöltési tényező definíciója G04 Napelem technológiák I MPP I SC A terület MPP 2.5 B terület Fläche B B terület Füllfaktor kitöltési FF tényező = Fläche A A terület Napelem feszültség [V] V MPP V OC

14 Laboratóriumi illetve termelésbe vont napelem hatásfok értékek (tartomány) Laboratórium Termelés Típus η [%] V OC I SC [ma cm -2 ] FF [%] η [%] egykristályos-si poli-si EFG-Si a-si (egyrétegű) a-si / µc-si CdTe CIS GaAs GaInP/GaInAs/Ge

15 Napelemek gyártásához használt anyagok Napelem típusok osztályozása Az alapanyag és a forma / (kristály-) struktúra alapján egykristályos Szilícium kristályos amorf + µc politikristályos Si vékony réteg CdTe Réz származékok CIS Napelem Összetett félvezetők III - V csoport GaAs, InP, stb. Egyéb rézpiritek GaAs Fényérzékeny festék InP Más elvek Szerves szerkezetek Egyebek Egyebek

16 Vékonyréteg napelemek monolitikus integrálása háromlépéses szeparációs technikával 1. cella 2. cella hátsó kontaktus aktív réteg TCO 1. vágás: TCO 2. vágás: aktív réteg 3. vágás: hátsó kontaktus üveg hordozófelület 300 Image: PSE, Freiburg, Germany

17 Három határréteges amorf szilícium (a-si) napelem keresztmetszet Mindegyik cella egy megadott spektrum tartományra érzékeny rövid hullámhosszú fény közepes hullámhosszú fény hosszú hullámhosszú fény TCO p kékre érzékeny cella i n p zöldre érzékeny cella i n p pirosra érzékeny cella i n visszaverő réteg hordozóanyag Graphik: Solarpraxis

18 Relatív intenzitás G04 Napelem technológiák Három különböző anyagú, három határréteges napelem spektrális érzékenysége három határréteges napelem spektrális érzékenysége 0.4 kék érzékeny cella zöld érzékeny cella vörös érzékeny cella Hullámhossz [nm]

19 Kristályos szilícium napelem vázlata A vastagság nem méretarányos! negatív elektróda tértöltési réteg N-típusú szennyezés P-típusú szennyezés pozitív elektróda Image: PSE, Freiburg, Germany

20 Egy határréteges p-i-n amorf szilícium (a-si) napelem szerkezete üveg előlap SnO 2 p-réteg belső a-si réteg n-réteg ZnO hátsó fém kontaktus Image:Fraunhofer ISE, Freiburg, Germany

21 CdTe/CdS napelem szerkezete üveg előlap SnO 2 CdS CdTe hátsó fémkontaktus Image:Fraunhofer ISE, Freiburg, Germany

22 CIS napelem szerkezete G04 Napelem technológiák ZnO CdS CIS hátsó fém kontaktus üveg hordozófelület Image:Fraunhofer ISE, Freiburg, Germany