اجزای پنل خورشیدی: راهنمای خریدار

هر تاسیسات خورشیدی فقط به اندازه ضعیف ترین جزء آن قابل اعتماد است. در حالی که پانل‌های خورشیدی بیشتر توجه را به خود جلب می‌کنند، عملکرد، ایمنی و طول عمر یک سیستم فتوولتائیک به همان اندازه به کیفیت هر بخش جداگانه‌ای که وارد آن می‌شود بستگی دارد - از لایه‌های محافظ لایه‌گذاری شده در داخل هر ماژول گرفته تا محفظه‌های الکتریکی که خروجی جریان را مدیریت می‌کنند. برای خریداران، مهندسان و تیم‌های تدارکاتی که سازنده‌های قطعات انرژی خورشیدی و تامین‌کنندگان قطعات خورشیدی را ارزیابی می‌کنند، درک اینکه هر قطعه چه کاری انجام می‌دهد و چه مشخصاتی را می‌خواهند، پایه و اساس سیستم‌های ساختمانی است که ضمانت‌های عملکرد 25 ساله وعده داده شده را ارائه می‌دهند.

هسته اجزای پنل خورشیدی هر خریدار باید بداند

یک پنل خورشیدی سیلیکونی کریستالی استاندارد یک مجموعه چند لایه دقیقا مهندسی شده است. هر لایه عملکرد ساختاری یا الکتریکی خاصی را انجام می دهد و شکست در هر لایه واحد کل ماژول را به خطر می اندازد. درک این که این لایه‌ها چیست و چگونه با هم تعامل دارند، به تیم‌های تدارکات مبنای فنی می‌دهد تا ادعاهای کیفیت تامین‌کننده را ارزیابی کنند، برگه‌های اطلاعات مواد را به‌طور دقیق بخوانند، و هنگام مقایسه پیشنهادات تامین‌کنندگان قطعات خورشیدی رقیب تصمیم‌گیری آگاهانه بگیرند.

اجزای اصلی پنل خورشیدی که در هر ماژول سیلیکونی کریستالی یافت می شود عبارتند از: سلول های فتوولتائیک، شیشه سکوریت، محصور کننده، یک صفحه پشتی، یک قاب فلزی، یک جعبه اتصال، و سیم کشی با کانکتورهای MC4. هر یک از این قطعات تحت شرایط کنترل شده منبع، آزمایش و مونتاژ می شوند. تفاوت کیفیت بین یک جزء درجه یک و یک جایگزین بودجه می تواند قابل توجه باشد - اغلب در هنگام نصب نامرئی است اما در پنج سال اول بهره برداری از طریق نرخ تخریب، لایه لایه شدن و خطاهای الکتریکی قابل اندازه گیری است.

سلول های فتوولتائیک: هسته مولد انرژی

سلول های خورشیدی که سلول های فتوولتائیک (PV) نیز نامیده می شوند، قلب عملکردی هر پنل خورشیدی هستند. آنها از مواد نیمه رسانا - عمدتاً سیلیکون - ساخته می شوند که در هنگام قرار گرفتن در معرض نور خورشید از طریق اثر فتوولتائیک جریان الکتریکی تولید می کنند. فناوری سلولی خاص نه تنها چگونگی تبدیل کارآمد نور خورشید به الکتریسیته را تعیین می‌کند، بلکه نحوه رفتار پنل را در شرایط واقعی مانند سایه جزئی، دماهای بالا و نور منتشر نیز تعیین می‌کند.

چهار نوع سلول اصلی که امروزه توسط سازندگان قطعات انرژی خورشیدی موجود است عبارتند از:

• تک کریستالی: این سلول‌ها که از یک کریستال سیلیکون خالص جدا شده‌اند، بالاترین رتبه‌بندی راندمان - معمولاً 20 تا 23٪ - و بهترین عملکرد را در دماهای بالا ارائه می‌دهند. آنها برای سیستم های پشت بام مسکونی که در آن فضا محدود است، انتخاب ارجح هستند.
• پلی کریستالی: سلول های پلی کریستالی که با ذوب چند قطعه سیلیکون با هم ساخته می شوند، کارایی کمتری دارند (15 تا 18 درصد) اما هزینه کمتری دارند. آنها یک گزینه قابل دوام برای تاسیسات بزرگ زمینی هستند که در آن مساحت زمین یک محدودیت نیست.
• PERC (امیتتر غیرفعال و سلول عقب): فناوری PERC که برای سلول‌های مونو و پلی اعمال می‌شود، یک لایه غیرفعال در پشت سلول اضافه می‌کند که نور جذب‌نشده را برای عبور دوم از نیمه‌رسانا بازتاب می‌کند و کارایی را بین ۱ تا ۲ درصد بالاتر از سلول‌های استاندارد بهبود می‌بخشد.
• لایه نازک: این سلول ها یک لایه فتوولتائیک بسیار نازک را بر روی بستری مانند شیشه، فلز یا پلاستیک می گذارند. آنها سبک و منعطف هستند اما به طور کلی نسبت به جایگزین های سیلیکون کریستالی کارآمدتر و عمر کوتاه تری دارند. لایه نازک در کاربردهای تجاری و صنعتی بیشتر از سیستم‌های مسکونی رایج است.

شیشه سکوریت و محصور کننده: محافظت از بیرون به داخل

سطح جلویی یک پنل خورشیدی توسط ورقه ای از شیشه سکوریت کم آهن، معمولاً 3.2 میلی متر ضخامت پوشیده شده است. شیشه سکوریت تقریباً چهار برابر قوی‌تر از شیشه‌های استاندارد است و دفاع اولیه پانل را در برابر ضربه‌های مکانیکی ناشی از تگرگ، آوار و جابجایی نصب فراهم می‌کند. شیشه کم آهن مشخص شده است زیرا شیشه استاندارد حاوی اکسیدهای آهن است که بخشی از نور ورودی را جذب می کند - فرمولاسیون های کم آهن این جذب را کاهش می دهند و اجازه می دهند فوتون های بیشتری به سلول ها برسند و کارایی کلی ماژول را تا 2٪ بهبود می بخشد.

اکثر پانل های خورشیدی تجاری در حال حاضر یک پوشش ضد انعکاس بر روی سطح شیشه اعمال می کنند. این پوشش نور از دست رفته به دلیل بازتاب سطح را کاهش می دهد - که می تواند تا 4٪ از کل تابش روی شیشه بدون پوشش را تشکیل دهد - و در بیش از 90٪ از پانل هایی که در حال حاضر تولید می شوند استاندارد است. هنگام تأمین قطعات برق خورشیدی، تأیید کنید که تأمین‌کننده شیشه دارای گواهینامه‌های مربوطه مانند IEC 61215 یا UL 61730 است که شامل آزمایش بار مکانیکی و الزامات مقاومت در برابر ضربه تگرگ می‌شود.

در زیر شیشه و بالای صفحه پشتی، سلول‌های خورشیدی درون یک لایه کپسوله قرار می‌گیرند که معمولاً اتیلن-وینیل استات (EVA) یا الاستومر پلی الفین (POE) است. محصور کننده سه عملکرد حیاتی را انجام می دهد: لایه سلولی را تحت گرما و فشار در حین لمینیت به شیشه و صفحه پشتی متصل می کند، سلول ها را به صورت الکتریکی از لایه های ساختاری جدا می کند و رطوبتی را که به مرور زمان باعث خوردگی و لایه برداری می شود را از بین می برد. محصور کننده های POE به دلیل نرخ انتقال بخار رطوبت پایین تر در مقایسه با EVA، به طور فزاینده ای برای ماژول های دو وجهی و با راندمان بالا مشخص می شوند.

صفحه پشتی پنل خورشیدی: لایه محافظ عقب

صفحه پشتی پنل خورشیدی پشتی ترین لایه یک ماژول خورشیدی استاندارد تک وجهی است. این به عنوان عایق الکتریکی اولیه بین مدار سلول داخلی و محیط نصب عمل می کند و مانع آب و هوا در برابر نفوذ رطوبت، تخریب UV و سایش مکانیکی از ساختار نصب می شود. یک صفحه پشتی شکست خورده اجازه می دهد تا رطوبت به لایه لایه ماژول نفوذ کند و باعث خوردگی سلولی، تغییر رنگ محصور کننده و در نهایت کاهش توان خروجی شود که فراتر از نرخ تخریب استاندارد سالانه 0.5-0.7٪ سرعت می بخشد.

صفحات پشتی پنل خورشیدی در چندین پیکربندی مواد تولید می شوند که هر کدام دارای ویژگی های عملکردی متمایز هستند:

• TPT (تدلار-پلی استر-تدلار): معیار صنعت برای دوام ورق پشتی. لایه های بیرونی Dupont Tedlar مقاومت عالی در برابر اشعه ماوراء بنفش و عملکرد مانع رطوبت را ارائه می دهند. صفحات پشتی TPT بالاترین هزینه مواد را دارند اما برای سیستم هایی با عمر مفید 25 سال یا بیشتر مشخص شده اند.
• TPE (تدلار-پلی استر-EVA): جایگزینی کم‌هزینه که لایه داخلی تدلار را با EVA جایگزین می‌کند. عملکرد برای اکثر کاربردهای مسکونی کافی است اما انتقال بخار رطوبت در دوره های طولانی مدت قرار گرفتن در معرض بیشتر از TPT است.
• KPK و KPE (مبتنی بر Kynar): به جای تدلار از فیلم های فلوروپلیمر Kynar استفاده کنید. صفحات پشتی مبتنی بر Kynar مقاومت قابل مقایسه ای در برابر اشعه ماوراء بنفش و رطوبت با قیمت رقابتی دارند و به طور گسترده توسط تولید کنندگان قطعات انرژی خورشیدی Tier 1 استفاده می شوند.
• صفحه پشتی سفید در مقابل سیاه: صفحات پشتی سفید نور پراکنده را از طریق محفظه بازتاب می کنند تا بازدهی کمی داشته باشند. صفحات پشتی مشکی گرما را جذب می کنند و معمولاً برای یکپارچگی زیبایی شناختی در کاربردهای معماری مشخص می شوند، اگرچه در دمای سلول کمی بالاتر عمل می کنند.

هنگام ارزیابی تامین‌کنندگان قطعات خورشیدی، گزارش‌های آزمایشی IEC 61215 و IEC 61730 را درخواست کنید که به طور خاص شامل گرمای مرطوب (85 درجه سانتی‌گراد، رطوبت نسبی 85 درصد برای 1000 ساعت) و نتایج پیش‌تهویه UV برای مواد ورق پشتی است. این تست ها پیش بینی کننده ترین عملکرد میدانی بلند مدت هستند.

جعبه اتصال: مدیریت فعلی و ایمنی در سطح ماژول

جعبه اتصال مرکز اتصال الکتریکی است که در پشت هر پنل خورشیدی نصب شده است. این دیودهای بای پس را در خود جای داده است که از رشته های سلولی در برابر آسیب های نقطه داغ در هنگام سایه دهی جزئی محافظت می کند و نقطه پایانی را برای کابل های خروجی و کانکتورهای MC4 فراهم می کند که پانل را در سیم کشی سیستم گسترده تر ادغام می کند. جعبه اتصال قطعه‌ای است که اغلب در گزارش‌های خرابی میدانی که شامل ورود آب و تخریب کانکتور است، ذکر شده است، که کیفیت مواد و رتبه IP را معیارهای انتخاب حیاتی می‌کند.

یک جعبه اتصال به خوبی مشخص شده حداقل استانداردهای زیر را دارد:

• رتبه حفاظت از نفوذ IP67 یا IP68: IP67 نشان دهنده ساختار مقاوم در برابر گرد و غبار و مقاومت در برابر غوطه ور شدن موقت در آب تا عمق 1 متر به مدت 30 دقیقه است. IP68 این را به غوطه وری مداوم گسترش می دهد. برای کاربردهای نصب روی پشت بام و فضای باز، IP67 حداقل امتیاز قابل قبول است.
• دیودهای بای پس: پانل های استاندارد 60 سلولی و 72 سلولی شامل سه دیود بای پس، یکی در هر رشته سلولی هستند. هنگامی که یک سلول یا رشته سایه می اندازد، دیود بای پس مربوطه فعال می شود، جریان را در اطراف رشته آسیب دیده هدایت می کند و از تجمع گرمای موضعی که باعث ایجاد نقاط داغ و ترک خوردگی سلول می شود، جلوگیری می کند.
• مواد مسکن پایدار در برابر اشعه ماوراء بنفش: بدنه جعبه اتصال معمولا از پلی فنیلن اکسید (PPO) یا پلی کربنات (PC) ساخته می شود. این مواد باید در طول عمر 25 ساله در برابر شکنندگی ناشی از UV مقاومت کنند. اطمینان حاصل کنید که مواد محفظه با الزامات بازدارندگی شعله UL 94 V-0 مطابقت دارد.
• کیفیت کابل و کانکتور: کابل های خروجی بسته به طراحی سیستم، 1000 ولت DC یا 1500 ولت DC درجه بندی می شوند. کانکتورهای MC4 باید دارای رتبه بندی و سازگاری متقابل با کانکتورهای مورد استفاده در جاهای دیگر آرایه باشند. اختلاط مارک های اتصال دهنده - حتی آنهایی که از نظر بصری یکسان هستند - یکی از دلایل اصلی خطاهای قوس است و باید به صراحت در مشخصات خرید ممنوع شود.

مقایسه مشخصات اجزای اصلی پنل خورشیدی

جدول زیر یک مرجع عملی برای ارزیابی خریداران ارائه می دهد اجزای پنل خورشیدی در رده های اولیه ساختاری و الکتریکی.

انتخاب سازندگان و تامین کنندگان قطعات برق خورشیدی

بازار جهانی اجزای انرژی خورشیدی توسط یک اکوسیستم تامین کننده طبقه ای ارائه می شود. تولیدکنندگان قطعات انرژی خورشیدی ردیف 1، تولید یکپارچه عمودی را حفظ می کنند - سلول، شیشه، محصورکننده و منبع یابی جعبه اتصال را تحت یک سیستم مدیریت کیفیت واحد کنترل می کنند - که سازگاری بین اجزای سخت تری و عملکرد سازگارتر در سطح ماژول را ایجاد می کند. سازندگان ردیف 2 و رده 3 معمولاً ماژول ها را از اجزای شخص ثالث مونتاژ می کنند که می تواند تغییرپذیری در چسبندگی کپسوله، استحکام باند ورق پشتی و آب بندی جعبه اتصال ایجاد کند.

هنگام ارزیابی تامین کنندگان قطعات خورشیدی برای یک پروژه، تیم های تدارکات باید قبل از نهایی کردن انتخاب فروشنده، به اسناد زیر نیاز داشته باشند:

• گواهی های آزمایشی فعلی IEC 61215 و IEC 61730 که توسط یک آزمایشگاه معتبر CBTL در 24 ماه گذشته صادر شده است.
• لایحه مواد (BOM) که سازنده و مدل مورد استفاده در تولید ورق پشتی، محصور کننده و جعبه اتصال خاص را شناسایی می کند.
• گزارش‌های تست فلش از تولید، تأیید می‌کند که ماژول‌های ارسال شده با تحمل قدرت اعلام شده (معمولاً ± 3٪ یا بهتر) مطابقت دارند.
• گزارش‌های تصویربرداری الکترولومینسانس (EL) از دسته تولیدی که عدم وجود ریز ترک‌ها، شکستن سلول و نقص‌های لحیم کاری را نشان می‌دهد.
• شرایط ضمانت برق خطی و پشتوانه مالی پشت آن - ضمانت 25 ساله از یک تامین کننده بدون ثبات مالی طولانی مدت ارزش عملی کمی دارد.

تامین کنندگان پیشرو متعهد به راه حل های انرژی هوشمند چرخه عمر، تحقیق و توسعه مستقل، تولید، فروش و خدمات را تحت یک چارچوب کیفیت یکپارچه یکپارچه می کنند. این ادغام - شامل سیستم‌های انرژی هوشمند، ساختمان‌های هوشمند و برنامه‌های کاربردی کاشت هوشمند - به خریداران اجازه می‌دهد تا اجزای پنل خورشیدی را با اطمینان از اینکه هر لایه از ماژول برای سازگاری با سایرین تست شده است، نه فقط برای انطباق فردی، تهیه کنند. برای تیم‌های تدارکاتی که برنامه‌های چند مگاواتی یا قراردادهای خدمات طولانی‌مدت را مدیریت می‌کنند، این رویکرد سیستمی به کیفیت قطعه چیزی است که تامین‌کنندگانی را که قادر به ایستادن پشت محصول خود در یک افق عملیاتی 25 ساله هستند از عرضه‌کنندگانی که نمی‌توانند.