Fotovoltaický jev, fotovoltaické články a jejich charakteristiky

Prezentace na téma: "Fotovoltaický jev, fotovoltaické články a jejich charakteristiky"— Transkript prezentace:

1 Fotovoltaický jev, fotovoltaické články a jejich charakteristiky
A5M13VSO-5

2 1. Absorbce světla a generace nosičů náboje
Absorpce je způsobena interakcí světla s částicemi hmoty (elektrony a jádry) Je-li energie částice před interakcí W1, po absorpci fotonu je energie W1+ h interakce s mřížkou – nízkoenergetické fotony, následkem je zvýšení teploty interakce s volnými elektrony – zvýšení teploty interakce s vázanými elektrony - může dojít k uvolnění elektronu z vazby, vznik volných nosičů náboje 2

3 Generace volných nosičů náboje v materiálech s kovalentní vazbou
Ve vzdálenosti x pod povrchem je generováno za jednotku času Gtot párů elektron-díra Je-li koncentrace nerovnovážných nosičů Dn, za jednotku čau rekombinuje R párů elektron-díra V ustáleném stavu je dynamická rovnováha

4 Polovodičové fotovoltaické články
Pro vytvoření potřebného rozdílu potenciálu je možno využít struktury s vestavěným elektrickým polem PN přechod heteropřechod (kontakt různých materiálů). struktura PIN

5 Konstrukce článku musí zajistit
Maximální generaci nosičů Antireflexní vrstva Minimální ztráty optické rekombinací elektrické

6 V-A charakteristika fotovoltaických článků
V-A charakteristika přechodu PN Paralelní odpor Rp Sériový odpor RS Aill – ozářená plocha A - celková plocha Napětí na článku U = Uj- RsI

7 V-A charakteristika fotovoltaického článku a její důležité body
Parametry závisejí na intenzitě dopadajícího záření Parametry UOC, ISC, Ump, Imp, Pm= UmpImp ( STC: 25°C , 1 kW/m2, AM= 1,5) Činitel plnění účinnost článku

8 Vliv parazitních odporů (Rs a Rp)
Pokud Rp je vysoký Pokud U U

9 Sériový odpor ovlivňuje závislost účinnosti na intenzitě záření

10 Vliv teploty na VA charakteristiku
U(mV) I01 ~ Je proto teplota (°C) Pm (W) Pro c-Si fotovoltaické články pokles UOC je okolo 0.4%/K Rs roste s rostoucí teplotou Rp klesá s rostoucí teplotou Činitel plnění FF a účinnost s rostoucí teplotou klesají K-1 V případě c-Si 10

11 Příklady závislostí účinnosti FV článku na teplotě a intenzitě dopadajícího záření (AM 1,5)
FV článek (modul) s vysokým Rs FV článek (modul) s nízkým Rs krystalický Si modul CIS 11

12 Základní typy článků Krystalický Si Tenkovrstvé články CuInSe2
amorfní křemík amorfní SiGe CdTe/CdS 12

13 Materiály a technologie pro fotovoltaické články
13

14 Technologie fotovoltaických článků z krystalického křemíku
Výchozí materiál – Si typu P (solar grade- 6N) -monokrystalický Si průměr až 450 mm hmotnost až 300 kg - multikrystalický Si bloky o hmotnosti až 250 kg jsou rozřezány na ingoty (hranoly)

15 V současné době se používají destičky o tloušťce 150 mm
Rozřezání ingotu na destičky o tloušťce cca 200 mm a hraně 100 až 200 mm Při řezání se ztrácí 40% (i více) materiálu (Si) Snižování spotřeby křemíku – snižování tloušťky Si destiček a prořezu V současné době se používají destičky o tloušťce 150 mm

16 Výroba fotovoltaických článků (c-Si)
textura povrchu leptáním difúze fosforu SiN(H) antireflexní vrstva a pasivace kontakty realizovány pomocí sítotisku (Ag a Al/Ag pasty)   15%   17%

17 FV článek……~0.5 V, ~30 mA/cm2 Pro praktické použití je třeba články spojovat do série do modulů FV moduly musí být odolné proti vlhkosti, větru, dešti, krupobití (kroupy o průměru 25 mm), teplotním změnám (od -40 do +85°C) písku a mechanickému namáhání. Odolnost vůči napětí > 600 V Požadovaná životnost: 20 – 30 let Životnost modulů - doba do poklesu účinnosti na 80% původní hodnoty

18 Sériově zapojené FV články: všemi články teče stejný proud
Optimální situace: Všechny články mají stejný Imp Zjednodušený model modulu (řetězce) Pokud články mají různý Imp, pracují mimo bod maximálního výkonu a účinost klesá 18

19 Technologie modulů z c-Si
pájení těsnění krycí folie (tedlar) tvrzené sklo EVA krycí folie (tedlar) FV články Al rám tvrzené sklo EVA

20 Provozní teplota FV článků a modulů
Provozní teplota FV článků v modulu závisí na teplotě okolí, intenzitě dopadajícího záření a na konstrukci modulu NOCT (Nominal Operating Cell Temperature) je definována jako teplota článků Tc při teplotě okolí Ta´= 20°C. intenzitě slunečního záření G = 0.8 kWm−2 a rychlosti větru 1 ms−1. Na zadní straně modulu je možno měřit teplotu modulu Tmod

21 Tenkovrstvé články Amorfní Si CdTe/CdS CIS Velmi důležitý je kontakt pomocí průhledného vodivého oxidu – TCO (SnO2, ITO, ZnO) Nutný pro dosažení přijatelné hodnoty Rs

22 Technologie tenkovrstvých článků
Články z amorfního (mikrokrystalického) Si depozice křemíku SiH4 → Si + 2H2. průhledný substrát (sklo) TCO a-Si:H p+ vrstva ( nm) a-Si:H nedotovaný ( 250 nm) a-Si:H n+ vrstva (20 nm) TCO (difúzní bariéra) Ag nebo Al

23 Tandemové články kov (kontakt) Wg1> Wg2 dopadající záření

24 Tenkovrstvé moduly na skleněném substrátu
TCO sklo

25 Rozměr pracovní komory depozičního zařízení musí odpovídat rozměrům modulu
(maximální dosažená plocha 5 m2)

26   7% Tenkovrstvé FV články na pružném substrátu
„Roll to roll“ technologie Po rozčlenění pásu se jednotlivé články spojí do modulu a zapouzdří polymery   7%

27 Vývoj podílu jednotlivých technologií na produkci PV modulů