G04 előadás Napelem technológiák és jellemzőik
Szent István Egyetem Gödöllő
G04 – Napelem technológiák
Kristályos szilícium napelem keresztmetszete negatív elektróda n-típusú szennyezés
pozitív elektróda
p-n határfelület p-típusú szennyezés
Archivierungsangaben
Image: Solarpraxis AG, Berlin, Germany
Szent István Egyetem Gödöllő
G04 – Napelem technológiák
Napelem karakterisztika megvilágítás nélkül ID I
VD
V ID
Archivierungsangaben
feszültség küszöb 20 V 0.5 V
VD
letörési feszültség
Image: Solarpraxis AG, Berlin, Germany
Szent István Egyetem Gödöllő
G04 – Napelem technológiák
Napelem karakterisztika megvilágítás esetén I, ID
dióda
napelem (terhelési oldalról)
I IPH
IPH VD
V
20 V 0.5 V
V, VD
ID napelem (forrás oldalról)
Archivierungsangaben
Image: Solarpraxis AG, Berlin, Germany
Szent István Egyetem Gödöllő
G04 – Napelem technológiák
Napelem áramköri megfelelője az „egydiódás modell”
RS
I
IPH RP
VD
V
ID IP
Archivierungsangaben
Image: Solarpraxis AG, Berlin, Germany
Szent István Egyetem Gödöllő
G04 – Napelem technológiák
Napelem áram - feszültség (I-V) karakterisztikája megvilágítás esetén I
Cella áram [A]
ISC
Cella feszültség [V] Archivierungsangaben
VOC V
Image: Solarpraxis AG, Berlin, Germany
Szent István Egyetem Gödöllő
G04 – Napelem technológiák
Az I-V görbe analitikus leírása (egydiódás modell)
V IRs V IR s V T 1 I I PH Io e Rp
Archivierungsangaben
Szent István Egyetem Gödöllő
G04 – Napelem technológiák
Napelem teljesítmény a munkapont függvényében Maximális teljesítmény pont (MPP) 3.5
1.4
PMPP
ISC 3.0
1.2
2.5
1.0
2.0
0.8
1.5
0.6
1.0
0.4
0.5
0.2
A V
Napelem áram [A]
IMPP
Kimenő teljesítmény [ W]
STC: T = 25°C AM = 1,5 E = 1000 W/m2
VOC 0 0 MPP = Maximum Power Point Archivierungsangaben
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
Napelem feszültség [V]
0.6
0 0.7
VMPP
Image: Solarpraxis AG, Berlin, Germany
Szent István Egyetem Gödöllő
G04 – Napelem technológiák
Üresjárati feszültség (VOC) és a rövidzárási áram (ISC) a besugárzás (beeső teljesítménysűrűség) függvényében 0.6
VOC ISC
0.4
2
0.3
0.2
1
Rövidzárási áram [A]
Üresjárati feszültség [V]
0.5
3
0.1
0
0 200
400
Besugárzás Archivierungsangaben
600
800
1000
[W/m2] Image: Solarpraxis AG, Berlin, Germany
Szent István Egyetem Gödöllő
G04 – Napelem technológiák
Kristályos szilícium modul I-V görbéi különböző besugárzások esetén állandó napelem hőmérsékletnél 3.5 3
Modul áram [A]
2.5 2 1.5 1 0.5 0 5
Modul feszültség [V] Archivierungsangaben
10
15
20
25
VMPP tartomány Image: Solarpraxis AG, Berlin, Germany
Szent István Egyetem Gödöllő
G04 – Napelem technológiák
Kristályos szilícium modul I-V görbéi különböző napelem hőmérsékletek esetén állandó besugárzásnál 3.5 3
Modul áram [A]
2.5 2 1.5 1 0.5 0 10
20
30
40
Modul feszültség [V] MPP feszültség tartomány Archivierungsangaben
Image: Solarpraxis AG, Berlin, Germany
Szent István Egyetem Gödöllő
G04 – Napelem technológiák
A feszültség, áram és teljesítmény hőmérséklet együtthatói (TC) Hőmérséklet együtthatók [%/K] Típus
TCfeszültség
TCáram
TCteljesítmény
Kristályos Si
-0.30 ... -0.45
+0.02 ... +0.08
-0.37 ... -0.52
Amorf Si
-0.28 ... -0.50
+0.06 ... +0.10
-0.10 ... -0.30
CIS
-0.26 ... -0.50
+0.04 ... +0.10
-0.39 ... -0.45
CdTe
-0.22 ... -0.43
+0.02 ... +0.04
-0.20 ... -0.36
GaAs
-0.19 ... -0.24
+0.02 ... +0.03
-0.20 ... - 0.24
TC = Temperature Coefficient Archivierungsangaben
Szent István Egyetem Gödöllő
G04 – Napelem technológiák
Kitöltési tényező definíciója 3.5
ISC 3.0
„A“ terület
2.5
„B“ terület
Napelem áram [A]
IMPP
MPP
2.0 1.5
Fläche„B“ B terület Füllfaktor kitöltésiFF tényező = ------Fläche„AA“ terület
1.0 0.5
VOC 0 0
0.1
0.2
0.3
0.4
Napelem feszültség [V] Archivierungsangaben
0.5
0.6
0.7
VMPP Image: Solarpraxis AG, Berlin, Germany
Szent István Egyetem Gödöllő
G04 – Napelem technológiák
Laboratóriumi illetve termelésbe vont napelem hatásfok értékek (tartomány) Laboratórium
Termelés
Típus
η [%]
VOC
ISC [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
Archivierungsangaben
Szent István Egyetem Gödöllő
G04 – Napelem technológiák
Napelemek gyártásához használt anyagok Napelem típusok osztályozása Az alapanyag és
a forma / (kristály-) struktúra alapján egykristályos kristályos
politikristályos
amorf + µc
Si vékony réteg
Szilícium
CdTe Réz származékok
Napelem
Összetett félvezetők
Egyéb rézpiritek III - V csoport GaAs, InP, stb. Fényérzékeny festék
Más elvek
Archivierungsangaben
CIS
GaAs InP
Egyebek Szerves szerkezetek Egyebek
Szent István Egyetem Gödöllő
G04 – Napelem technológiák
Vékonyréteg napelemek monolitikus integrálása háromlépéses szeparációs technikával 1. cella
2. cella
hátsó kontaktus
1. vágás: TCO 2. vágás: aktív réteg
aktív réteg
3. vágás: hátsó kontaktus
TCO
üveg hordozófelület 300
Archivierungsangaben
Image: PSE, Freiburg, Germany
Szent István Egyetem Gödöllő
G04 – Napelem technológiák
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 Archivierungsangaben
Image: Solarpraxis AG, Berlin, Germany
Szent István Egyetem Gödöllő
G04 – Napelem technológiák
Három különböző anyagú, három határréteges napelem spektrális érzékenysége 1.0
három határréteges napelem spektrális érzékenysége
Relatív intenzitás
0.8
0.6
kék érzékeny cella
0.4
zöld érzékeny cella
vörös érzékeny cella
0.2
0 300 Archivierungsangaben
400
500
600
Hullámhossz [nm]
700
800
900 Image: Solarpraxis AG, Berlin, Germany
Szent István Egyetem Gödöllő
G04 – Napelem technológiák
Kristályos szilícium napelem vázlata A vastagság nem méretarányos! negatív elektróda
tértöltési réteg
N-típusú szennyezés
P-típusú szennyezés
Archivierungsangaben
pozitív elektróda
Image: PSE, Freiburg, Germany
Szent István Egyetem Gödöllő
G04 – Napelem technológiák
Egy határréteges p-i-n amorf szilícium (a-Si) napelem szerkezete
üveg előlap SnO2 p-réteg belső a-Si réteg n-réteg ZnO hátsó fém kontaktus
Archivierungsangaben
Image:Fraunhofer ISE, Freiburg, Germany
Szent István Egyetem Gödöllő
G04 – Napelem technológiák
CdTe/CdS napelem szerkezete
üveg előlap SnO2
CdS CdTe hátsó fémkontaktus
Archivierungsangaben
Image:Fraunhofer ISE, Freiburg, Germany
Szent István Egyetem Gödöllő
G04 – Napelem technológiák
CIS napelem szerkezete
ZnO
CdS CIS hátsó fém kontaktus üveg hordozófelület
Archivierungsangaben
Image:Fraunhofer ISE, Freiburg, Germany
Szent István Egyetem Gödöllő