G04 előadás Napelem technológiák és jellemzőik
Kristályos szilícium napelem keresztmetszete negatív elektróda n-típusú szennyezés pozitív elektróda p-n határfelület p-típusú szennyezés
Napelem karakterisztika megvilágítás nélkül I D I feszültség küszöb V D V 20 V 0.5 V V D I D letörési feszültség
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)
Napelem áramköri megfelelője az egydiódás modell R S I I PH V D R P V I D I P
Cella áram [A] G04 Napelem technológiák Napelem áram - feszültség (I-V) karakterisztikája megvilágítás esetén I SC I Cella feszültség [V] V OC V
Az I-V görbe analitikus leírása (egydiódás modell) I I PH V I o e IR s VT 1 V IR s R p
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 2 3.5 3.0 I MPP 2.5 Maximális teljesítmény pont (MPP) I SC 1.4 P MPP 1.2 1.0 2.0 0.8 A 1.5 0.6 V 1.0 0.4 0.5 0.2 MPP = Maximum Power Point 0 V OC 0 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 Napelem feszültség [V] V MPP
Üresjárati feszültség [V] Rövidzárási áram [A] G04 Napelem technológiák Üresjárati feszültség (V OC ) és a rövidzárási áram (I SC ) a besugárzás (beeső teljesítménysűrűség) függvényében 0.6 3 0.5 V OC 0.4 I SC 2 0.3 0.2 1 0.1 0 200 400 600 800 1000 Besugárzás [W/m 2 ] 0
Modul áram [A] G04 Napelem technológiák Kristályos szilícium modul I-V görbéi különböző besugárzások esetén állandó napelem hőmérsékletnél 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 5 10 15 20 25 Modul feszültség [V] V MPP tartomány
Modul áram [A] G04 Napelem technológiák Kristályos szilícium modul I-V görbéi különböző napelem hőmérsékletek esetén állandó besugárzásnál 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 10 20 30 40 Modul feszültség [V] MPP feszültség tartomány
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 -0.30... -0.45 +0.02... +0.08-0.37... -0.52-0.28... -0.50 +0.06... +0.10-0.10... -0.30-0.26... -0.50 +0.04... +0.10-0.39... -0.45-0.22... -0.43 +0.02... +0.04-0.20... -0.36-0.19... -0.24 +0.02... +0.03-0.20... - 0.24 TC = Temperature Coefficient
Napelem áram [A] Kitöltési tényező definíciója G04 Napelem technológiák 3.5 3.0 I MPP I SC A terület MPP 2.5 B terület 2.0 1.5 1.0 Fläche B B terület Füllfaktor kitöltési FF tényező = ------- Fläche A A terület 0.5 0 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 Napelem feszültség [V] V MPP V OC
Laboratóriumi illetve termelésbe vont napelem hatásfok értékek (tartomány) Laboratórium Termelés Típus η [%] V OC I SC [ma cm -2 ] FF [%] η [%] egykristályos-si 24.7 0.706 42.2 82.8 15-18 poli-si 19.8 0.654 38.1 79.5 13-16 EFG-Si 16.7 0.601 35.1 79.0 11-14 a-si (egyrétegű) 12.7 0.887 19.4 74.1 7.0 a-si / µc-si 14.5 - - - 12.5 CdTe 16.5 0.845 25.9 75.5 7.0 CIS 18.4 0.669 35.7 77.0 6.5-10 GaAs 25.1 1.022 28.2 87.1 - GaInP/GaInAs/Ge 31.3 2.392 16.0 81.9 27-28
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
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
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
Relatív intenzitás G04 Napelem technológiák Három különböző anyagú, három határréteges napelem spektrális érzékenysége 1.0 0.8 0.6 három határréteges napelem spektrális érzékenysége 0.4 kék érzékeny cella zöld érzékeny cella vörös érzékeny cella 0.2 0 300 400 500 600 700 800 900 Hullámhossz [nm]
Kristályos szilícium napelem vázlata A vastagság nem méretarányos! negatív elektróda tértöltési réteg N-típusú szennyezés P-típusú szennyezés pozitív elektróda Image: PSE, Freiburg, Germany
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
CdTe/CdS napelem szerkezete üveg előlap SnO 2 CdS CdTe hátsó fémkontaktus Image:Fraunhofer ISE, Freiburg, Germany
CIS napelem szerkezete G04 Napelem technológiák ZnO CdS CIS hátsó fém kontaktus üveg hordozófelület Image:Fraunhofer ISE, Freiburg, Germany