El principio de generación de energía de las células fotovoltaicas.
El principio de funcionamiento de las células fotovoltaicas se basa en el efecto fotoeléctrico, lo que significa que cuando los fotones se irradian sobre materiales semiconductores, se generan pares de huecos de electrones. Estos electrones y huecos se separan bajo la acción de un campo eléctrico, generando una corriente eléctrica. Su proceso de trabajo específico se puede explicar de la siguiente manera:
Absorción de fotones:Cuando la luz del sol incide sobre una célula fotovoltaica, los materiales semiconductores (como el silicio) absorben fotones.
Generación de pares de huecos de electrones:Cuando la energía del fotón es mayor que la energía de la banda prohibida del semiconductor, excitará a los electrones para que pasen de la banda de valencia a la banda de conducción, formando pares de huecos de electrones.
Separación de campos eléctricos:En la unión pn de la celda de la batería, un campo eléctrico incorporado separa los electrones y los huecos, lo que hace que los electrones se muevan hacia la región n y los huecos se muevan hacia la región p.
Formación actual:En un circuito externo, los electrones fluyen a través de cables para formar corriente y generar energía eléctrica.
1. ¿Qué son las grietas ocultas en las células fotovoltaicas?
Las microfisuras en las células fotovoltaicas se refieren a pequeñas grietas que existen dentro o en la superficie de la célula, que pueden no ser visibles a simple vista, pero que pueden tener un impacto significativo en el rendimiento y la vida útil de la célula.
a) Reducir el área efectiva de generación de energía:El área de la grieta oculta no puede participar efectivamente en la conversión fotoeléctrica, lo que reduce el área efectiva de generación de energía de la celda de la batería. Lo que resulta en una disminución en la eficiencia general de la generación de energía.
b) Resistencia creciente:Las grietas ocultas pueden hacer que aumente la resistencia local, lo que dificulta que los electrones fluyan suavemente en el área de la grieta oculta. Lo que resulta en un aumento en la resistencia en serie, una disminución en el factor de llenado (FF) de las celdas de la batería y una disminución en la potencia de salida.
c) Desajuste actual:Las grietas ocultas pueden causar una corriente desigual dentro de la celda de la batería, y algunas áreas tienen una corriente más baja. La falta de coincidencia de corriente en las celdas de batería conectadas en serie puede afectar el rendimiento de toda la cadena de baterías y reducir la salida de los componentes.
d) Efecto de punto caliente:La alta resistencia en el área de la grieta oculta puede causar un sobrecalentamiento local, formando puntos calientes. Los puntos calientes pueden dañar las celdas de la batería o provocar incendios, lo que afecta gravemente la seguridad del sistema.
e) Envejecimiento acelerado:Las grietas ocultas pueden hacer que la estructura de las celdas de la batería sea más frágil y susceptible a mayores daños causados por entornos externos como cambios de temperatura, tensión mecánica, etc. La vida útil de las celdas de la batería se acorta y su estabilidad a largo plazo disminuye.
f) Fuga de corriente:Las grietas ocultas pueden hacer que la corriente se escape del área de la grieta oculta, formando caminos de corriente innecesarios. Resultando en una disminución en la eficiencia general de las celdas de la batería y una reducción en la producción de energía eléctrica.
Razones de la formación de grietas ocultas:
1) Estrés durante el proceso de fabricación:
a) Durante el proceso de corte, soldadura y empaquetado de las celdas de la batería, se pueden generar tensiones mecánicas que provoquen grietas ocultas.
b) Durante el proceso de tratamiento térmico, los cambios de temperatura pueden provocar estrés térmico, provocando grietas ocultas.
2) Vibración e impacto durante el transporte y manipulación.
Durante el transporte y la manipulación, si se empaquetan incorrectamente, las celdas de la batería pueden estar sujetas a vibraciones e impactos, lo que provoca grietas ocultas.
3) Estrés mecánico durante la instalación: el funcionamiento inadecuado, la compresión mecánica excesiva y el estiramiento durante la instalación pueden causar grietas ocultas en las celdas de la batería.
4) El impacto de las condiciones ambientales.
Durante el funcionamiento real, las celdas de la batería se ven afectadas por factores ambientales como cambios de temperatura, cargas de viento y nieve, lo que provoca grietas ocultas.
Método de prueba:
Prueba EL (prueba de electroluminiscencia)
Principio:Al aplicar corriente, la celda de la batería emite luz y se utiliza una cámara infrarroja para detectar la emisión de luz de la celda de la batería. Las grietas ocultas aparecerán como puntos oscuros.
Ventajas:Puede mostrar intuitivamente la distribución y gravedad de las grietas ocultas.
Desventaja:Debe realizarse en condiciones de cuarto oscuro y la operación es compleja.
Principio de imagen térmica infrarroja:Al detectar la imagen térmica infrarroja de la celda de la batería, identifique el área de temperatura anormal causada por grietas ocultas.
Ventajas:Puede detectar de forma rápida y no destructiva celdas de batería de gran superficie.
Desventajas:Altos requisitos para equipos de prueba y alto costo.
Pruebas de fotoluminiscencia (PL)
Principio:Uso de irradiación láser para detectar las características de fotoluminiscencia de las celdas de la batería. La luminiscencia en la grieta oculta mostrará cambios significativos.
Ventajas:Velocidad de detección rápida, adecuada para inspección de líneas de producción.
Desventaja:Tiene altos requisitos para los equipos de detección y el medio ambiente.
Pruebas ultrasónicas
Principio:Utilizando las características de reflexión y transmisión del ultrasonido para detectar grietas ocultas dentro de las celdas de la batería.
Ventajas:Alta sensibilidad para detectar grietas ocultas, capaz de detectar grietas ocultas más pequeñas.
Desventajas:El equipo es complejo y requiere habilidades profesionales para su funcionamiento.
Cómo prevenir principalmente de las causas mencionadas anteriormente.
Mejorar los procesos de fabricación.
Proceso de corte:Se utiliza tecnología de corte no destructivo para reducir la generación de tensión mecánica.
Proceso de soldadura:Optimice los parámetros de soldadura para reducir el impacto del estrés térmico.
Proceso de embalaje:Utilizar materiales de embalaje flexibles para reducir el impacto del estrés mecánico.
Optimice el transporte y la manipulación
Diseño de embalaje:Utilizar materiales de embalaje que absorban los golpes para reducir la vibración y el impacto durante el transporte.
Especificaciones de operación:Desarrollar especificaciones detalladas de operación de manipulación para reducir el daño mecánico durante el proceso de manipulación.
Precauciones durante la instalación
Instalación profesional:Asegúrese de que el personal de instalación haya recibido capacitación profesional para evitar una operación incorrecta que provoque grietas ocultas.
Protección mecánica:Durante la instalación, utilice dispositivos de protección para evitar daños a las celdas de la batería debido a tensiones mecánicas.
Monitoreo y mantenimiento ambiental.
Monitoreo ambiental:Supervise periódicamente el entorno operativo de las celdas de la batería para evitar daños en entornos extremos.
Mantenimiento regular:Mantenga e inspeccione periódicamente las células fotovoltaicas para detectar y abordar rápidamente problemas de grietas ocultas.