מודול תאים סולאריים

באופן כללי, מודול התא הסולארי מורכב מחמש שכבות מלמעלה למטה, כולל זכוכית פוטו-וולטאית, סרט דבק לאריזה, שבב תא, סרט דבק לאריזה ומשטח אחורי:

（1） זכוכית פוטו-וולטאית

בשל החוזק המכני הירוד של התא הפוטו-וולטאי הסולארי הבודד, קל לשבור אותו;הלחות והגז המאכל באוויר יתחמצנו בהדרגה ויחלידו את האלקטרודה, ואינם יכולים לעמוד בתנאים הקשים של עבודה חיצונית;יחד עם זאת, מתח העבודה של תאים פוטו-וולטאיים בודדים הוא בדרך כלל קטן, מה שקשה לענות על הצרכים של ציוד חשמלי כללי.לכן, התאים הסולאריים אטומים בדרך כלל בין לוח אריזה ללוח אחורי על ידי סרט EVA ליצירת מודול פוטו-וולטאי בלתי ניתן לחלוקה עם אריזה וחיבור פנימי שיכול לספק פלט DC באופן עצמאי.מספר מודולים פוטו-וולטאיים, ממירים ואביזרים חשמליים אחרים מהווים את מערכת ייצור החשמל הפוטו-וולטאית.

לאחר שהזכוכית הפוטו-וולטאית המכסה את המודול הפוטו-וולטאי מצופה, היא יכולה להבטיח העברת אור גבוהה יותר, כך שהתא הסולארי יוכל לייצר יותר חשמל;יחד עם זאת, לזכוכית הפוטו-וולטאית המוקשחת חוזק גבוה יותר, מה שיכול לגרום לתאי השמש לעמוד בלחץ רוח גדול יותר והפרשי טמפרטורות יומיומיים גדולים יותר.לכן, זכוכית פוטו-וולטאית היא אחד האביזרים ההכרחיים של מודולים פוטו-וולטאיים.

תאים פוטו-וולטאיים מחולקים בעיקר לתאי סיליקון גבישיים ותאי סרט דק.הזכוכית הפוטו-וולטאית המשמשת לתאי סיליקון גבישי מאמצת בעיקר את שיטת הקלנדר, והזכוכית הפוטו-וולטאית המשמשת לתאי סרט דק מאמצת בעיקר את שיטת הציפה.

（2） סרט דבק איטום (EVA)

סרט ההדבקה לאריזת תאים סולאריים ממוקם באמצע מודול התא הסולארי, העוטף את יריעת התא ונקשר עם הזכוכית והלוח האחורי.הפונקציות העיקריות של הסרט הדבק לאריזת תאים סולאריים כוללים: מתן תמיכה מבנית לציוד קו התא הסולארי, מתן צימוד אופטי מרבי בין התא לקרינת השמש, בידוד פיזי של התא והקו והולכת החום שנוצר על ידי התא, לכן, מוצרי סרטי אריזה צריכים להיות בעלי מחסום אדי מים גבוה, העברת אור גלוי גבוהה, עמידות בנפח גבוה, עמידות בפני מזג אוויר וביצועים נגד PID.

נכון לעכשיו, סרט דבק EVA הוא חומר הסרט הדביק הנפוץ ביותר עבור אריזות תאים סולאריים.נכון לשנת 2018, נתח השוק שלה הוא כ-90%.יש לו יותר מ-20 שנות היסטוריית יישומים, עם ביצועי מוצר מאוזנים וביצועי עלות גבוהים.סרט דבק POE הוא חומר דבק נוסף לאריזה פוטו-וולטאית בשימוש נרחב.נכון לשנת 2018, נתח השוק שלו הוא כ-9% 5. מוצר זה הוא קופולימר אתילן אוקטן, שניתן להשתמש בו לאריזה של מודולי זכוכית סולארית וזכוכית כפולה, במיוחד במודולי זכוכית כפולה.לסרט דבק POE מאפיינים מצוינים כגון קצב מחסום אדי מים גבוה, העברת אור גלוי גבוהה, התנגדות נפח גבוהה, עמידות מצוינת במזג האוויר וביצועי אנטי PID לטווח ארוך.בנוסף, הביצועים הרפלקטיביים הייחודיים של מוצר זה יכולים לשפר את הניצול האפקטיבי של אור השמש עבור המודול, לעזור להגביר את הכוח של המודול, ויכול לפתור את הבעיה של גלישת סרט דבק לבן לאחר למינציה של מודול.

（3） שבב סוללה

תא סולרי סיליקון הוא מכשיר אופייני לשני טרמינלים.שני המסופים נמצאים בהתאמה על משטח קליטת האור ומשטח התאורה האחורית של שבב הסיליקון.

העיקרון של ייצור חשמל פוטו-וולטאי: כאשר פוטון מאיר על מתכת, האנרגיה שלו יכולה להיספג במלואה על ידי אלקטרון במתכת.האנרגיה הנספגת באלקטרון גדולה מספיק כדי להתגבר על כוח הקולומב בתוך אטום המתכת ולבצע עבודה, לברוח ממשטח המתכת ולהפוך לפוטואלקטרון.לאטום סיליקון יש ארבעה אלקטרונים חיצוניים.אם סיליקון טהור מסומם באטומים עם חמישה אלקטרונים חיצוניים, כמו אטומי זרחן, הוא הופך למוליך למחצה מסוג N;אם סיליקון טהור מסומם באטומים עם שלושה אלקטרונים חיצוניים, כמו אטומי בורון, נוצר מוליך למחצה מסוג P.כאשר סוג P וסוג N משולבים, משטח המגע יהווה הבדל פוטנציאל ויהפוך לתא סולארי.כאשר אור השמש מאיר על צומת ה-PN, הזרם זורם מהצד מסוג P לצד מסוג N, ויוצר זרם.

על פי החומרים השונים בהם נעשה שימוש, ניתן לחלק את התאים הסולאריים לשלוש קטגוריות: הקטגוריה הראשונה היא תאים סולאריים מסיליקון גבישי, לרבות סיליקון חד גבישי וסיליקון רב גבישי.המחקר והפיתוח ויישום השוק שלהם מעמיקים יחסית, ויעילות ההמרה הפוטואלקטרית שלהם גבוהה, תופסת את נתח השוק העיקרי של שבב הסוללה הנוכחי;הקטגוריה השנייה היא תאים סולאריים בעלי סרט דק, כולל סרטים מבוססי סיליקון, תרכובות וחומרים אורגניים.עם זאת, בשל המחסור או הרעילות של חומרי גלם, יעילות המרה נמוכה, יציבות ירודה וחסרונות אחרים, הם נמצאים בשימוש נדיר בשוק;הקטגוריה השלישית היא תאים סולאריים חדשים, כולל תאים סולאריים למינציה, שנמצאים כעת בשלבי מחקר ופיתוח והטכנולוגיה עדיין לא בשלה.

חומרי הגלם העיקריים של תאים סולאריים הם פוליסיליקון (היכול לייצר מוטות סיליקון גבישי בודד, מטילי פוליסיליקון וכו').תהליך הייצור כולל בעיקר: ניקוי ונהירה, דיפוזיה, תחריט קצוות, זכוכית סיליקון דה-פוספורית, PECVD, הדפסת מסך, סינטר, בדיקות וכו'.

ההבדל והקשר בין גביש יחיד לפאנל פוטו-וולטאי רב גבישי מורחבים כאן

גביש יחיד ופולי-גביש הם שני מסלולים טכניים של אנרגיית שמש גבישית מסיליקון.אם משווים את הקריסטל הבודד לאבן שלמה, הפוליקריסטלי היא אבן העשויה מאבנים מרוסקות.בשל תכונות פיזיקליות שונות, יעילות ההמרה הפוטואלקטרית של גביש יחיד גבוהה מזו של פוליקריסטל, אך העלות של פוליקריסטל נמוכה יחסית.

יעילות ההמרה הפוטואלקטרית של תאים סולאריים סיליקון חד גבישי היא כ-18%, והגבוהה היא 24%.זוהי יעילות ההמרה הפוטואלקטרית הגבוהה ביותר מכל סוגי התאים הסולאריים, אך עלות הייצור גבוהה.מכיוון שסיליקון חד-גבישי ארוז בדרך כלל בזכוכית מחוסמת ושרף עמיד למים, הוא עמיד ובעל חיי שירות של 25 שנים.

תהליך הייצור של תאים סולריים סיליקון פוליגריסטליים דומה לזה של תאים סולאריים סיליקון חד גבישי, אך יש להפחית בהרבה את יעילות ההמרה הפוטואלקטרית של תאים סולאריים סיליקון פוליגריסטליים, ויעילות ההמרה הפוטואלקטרית שלו היא כ-16%.מבחינת עלות הייצור, הוא זול יותר מתאי סולרי סיליקון חד גבישי.החומרים קלים לייצור, חוסכים בצריכת חשמל ועלות הייצור הכוללת נמוכה.

קשר בין גביש יחיד לפולי גביש: פוליקריסטל הוא גביש יחיד עם פגמים.

עם עליית הצעות המחיר המקוונות ללא סובסידיות והמחסור הגובר במשאבי קרקע הניתנים להתקנה, הביקוש למוצרים יעילים בשוק העולמי הולך וגדל.תשומת הלב של המשקיעים עברה גם מהבהלה הקודמת למקור המקורי, כלומר ביצועי ייצור החשמל והאמינות ארוכת הטווח של הפרויקט עצמו, שהוא המפתח להכנסות עתידיות מתחנות הכוח.בשלב זה, לטכנולוגיה הפולי-גבישית עדיין יש יתרונות בעלות, אך היעילות שלה נמוכה יחסית.

ישנן סיבות רבות לצמיחה האטית של הטכנולוגיה הפולי-גבישית: מצד אחד, עלות המחקר והפיתוח נותרה גבוהה, מה שמוביל לעלות הייצור הגבוהה של תהליכים חדשים.מצד שני, מחיר הציוד יקר במיוחד.עם זאת, למרות שיעילות ייצור החשמל והביצועים של גבישים בודדים יעילים הם מעבר להישג ידם של פוליגריסטלים וגבישים בודדים רגילים, חלק מהלקוחות הרגישים למחיר עדיין "לא יוכלו להתחרות" בעת הבחירה.

נכון לעכשיו, טכנולוגיית גביש יחיד יעילה השיגה איזון טוב בין ביצועים לעלות.נפח המכירות של גביש יחיד תפס עמדה מובילה בשוק.

（4） מטוס אחורי

המטוס האחורי הסולארי הוא חומר אריזה פוטו-וולטאי הממוקם בחלק האחורי של מודול התא הסולארי.הוא משמש בעיקר להגנה על מודול התא הסולארי בסביבה החיצונית, להתנגד לקורוזיה של גורמים סביבתיים כגון אור, לחות וחום על סרט האריזה, שבבי תאים וחומרים אחרים, ולמלא תפקיד הגנה על בידוד עמיד בפני מזג אוויר.מכיוון שהמשטח האחורי ממוקם בשכבה החיצונית ביותר בגב מודול ה-PV ומגע ישירות עם הסביבה החיצונית, עליו להיות בעל עמידות מצוינת בטמפרטורה גבוהה ונמוכה, עמידות לקרינה אולטרה סגולה, עמידות סביבתית להזדקנות, מחסום אדי מים, בידוד חשמלי ועוד. מאפיינים כדי לעמוד בחיי השירות של 25 שנה של מודול התא הסולארי.עם השיפור המתמיד של דרישות יעילות ייצור החשמל של התעשייה הפוטו-וולטאית, לחלק ממוצרי המטוס האחורי הסולאריים בעלי ביצועים גבוהים יש גם רפלקטיביות אור גבוהה כדי לשפר את יעילות ההמרה הפוטואלקטרית של מודולים סולאריים.

על פי סיווג החומרים, המטוס האחורי מחולק בעיקר לפולימרים אורגניים וחומרים אנאורגניים.המטוס האחורי הסולארי מתייחס בדרך כלל לפולימרים אורגניים, והחומרים האנאורגניים הם בעיקר זכוכית.על פי תהליך הייצור, ישנם בעיקר סוג מרוכב, סוג ציפוי וסוג coextrusion.נכון להיום, המטוס האחורי המרוכב מהווה יותר מ-78% משוק המטוסים האחוריים.בשל היישום ההולך וגובר של רכיבי זכוכית כפולה, נתח השוק של משטחים אחוריים מזכוכית עולה על 12%, ושל משטחים אחוריים מצופים ומשטחים אחוריים מבניים אחרים הוא כ-10%.

חומרי הגלם של מטוס אחורי סולארי כוללים בעיקר סרט בסיס PET, חומר פלואור ודבק.סרט בסיס PET מספק בעיקר בידוד ותכונות מכניות, אך עמידות מזג האוויר שלו גרועה יחסית;חומרי הפלואור מחולקים בעיקר לשתי צורות: סרט פלואור ושרף המכיל פלואור, המספקים בידוד, עמידות בפני מזג אוויר ותכונת מחסום;הדבק מורכב בעיקר משרף סינטטי, חומר ריפוי, תוספים פונקציונליים וכימיקלים אחרים.הוא משמש לחיבור סרט בסיס PET וסרט פלואור בלוח אחורי מורכב.נכון לעכשיו, המטוסים האחוריים של מודולים איכותיים של תאים סולאריים משתמשים בעצם בחומרי פלואור כדי להגן על סרט הבסיס של PET.ההבדל היחיד הוא שהצורה וההרכב של חומרי הפלואוריד בשימוש שונים.חומר הפלואור מורכב על סרט הבסיס של PET על ידי דבק בצורה של סרט פלואור, שהוא משטח אחורי מרוכב;הוא מצופה ישירות על סרט בסיס PET בצורה של שרף המכיל פלואור בתהליך מיוחד, הנקרא מצופה אחורי.

באופן כללי, ללוח האחורי המרוכב יש ביצועים מקיפים מעולים בשל שלמות סרט הפלואור שלו;ללוח האחורי המצופה יתרון מחיר בגלל עלות החומר הנמוכה שלו.

סוגים עיקריים של מטוס אחורי מורכב

ניתן לחלק את המטוס האחורי הסולארי המרוכב למשטח אחורי של סרט פלואור דו צדדי, ללוח אחורי של סרט פלואור חד צדדי ולמשטח אחורי ללא פלואור לפי תכולת הפלואור.בגלל עמידותם בתנאי מזג האוויר ומאפיינים אחרים, הם מתאימים לסביבות שונות.באופן כללי, עמידות מזג האוויר לסביבה מלווה בלוח אחורי של סרט פלואור דו צדדי, מטוס אחורי של סרט פלואור חד צדדי ולוח אחורי ללא פלואור, והמחירים שלהם בדרך כלל יורדים בתורם.

הערה: (1) סרט PVF (שרף מונופלואוריני) מופק מקופולימר PVF.תהליך היווצרות זה מבטיח שהשכבה הדקורטיבית של PVF תהיה קומפקטית וללא פגמים כגון חורים וסדקים המתרחשים לעתים קרובות במהלך ריסוס ציפוי PVDF (דיפלואורינציה) או ציפוי רולר.לכן, הבידוד של שכבת דקורטיבית סרט PVF עדיף על ציפוי PVDF.ניתן להשתמש בחומר כיסוי סרט PVF במקומות עם סביבת קורוזיה גרועה יותר;

(2) בתהליך ייצור סרטי PVF, סידור האקסטרוד של הסריג המולקולרי לאורך כיווני האורך והרוחב מחזק מאוד את החוזק הפיזי שלו, כך שלסרט PVF יש קשיחות רבה יותר;

(3) לסרט PVF יש עמידות בפני שחיקה חזקה יותר וחיי שירות ארוכים יותר;

(4) פני השטח של סרט PVF שחול הם חלקים ועדינים, ללא פסים, קליפת תפוז, מיקרו קמטים ופגמים אחרים שנוצרו על פני השטח במהלך ציפוי רולר או ריסוס.

תרחישים ישימים

בגלל ההתנגדות המעולה שלו למזג האוויר, לוח אחורי של סרט פלואור דו-צדדי יכול לעמוד בסביבות קשות כמו קור, טמפרטורה גבוהה, רוח וחול, גשם וכו', ובדרך כלל נעשה בו שימוש נרחב ברמות, במדבר, בגובי ובאזורים אחרים;משטח אחורי של סרט פלואור חד-צדדי הוא תוצר מופחת עלויות של משטח אחורי של סרט פלואור דו-צדדי.בהשוואה למשטח האחורי המרוכב של סרט פלואור דו-צדדי, לשכבה הפנימית שלו התנגדות אולטרה סגולה ופיזור חום גרועים, אשר ישים בעיקר על גגות ואזורים עם קרינה אולטרה סגולה מתונה.

6、 מהפך PV

בתהליך של ייצור חשמל פוטו-וולטאי סולארי, ההספק המופק על ידי מערכים פוטו-וולטאיים הוא כוח DC, אך עומסים רבים זקוקים להספק AC.למערכת אספקת חשמל DC יש מגבלות גדולות, שאינן נוחות לשינוי מתח, וגם היקף יישום העומס מוגבל.למעט עומסים חשמליים מיוחדים, ממירים נדרשים להמיר מתח DC למתח AC.המהפך הפוטו-וולטאי הוא לב ליבה של מערכת ייצור החשמל הפוטו-וולטאית הסולרית.הוא ממיר את כוח ה-DC שנוצר על ידי מערכת ייצור החשמל הפוטו-וולטאית להספק AC הנדרש על ידי החיים באמצעות טכנולוגיית המרה אלקטרונית של הספק, והוא אחד ממרכיבי הליבה החשובים ביותר של תחנת הכוח הפוטו-וולטאית.