Güneş Panelinde Sıcak Noktalar: Sıcaklık Neden Önemlidir
İçindekiler
Hızlı yanıt: Bir modüldeki bir hücre, gölgelenme, uyumsuzluk veya bir çatlak nedeniyle ters polarizasyona zorlandığında ve dizenin geri kalanının ürettiği gücü ısı olarak dağıttığında bir sıcak nokta oluşur. Ulaştığı sıcaklık, bunun bir rahatsızlık mı yoksa bir garanti talebi mi olduğunu belirleyen şeydir: tek bir hücrede yoğunlaşan ısı 160 °C'ye doğru tırmanabilirken çevredeki modül 90 °C civarında kalır. Isı daha sonra malzemelere sabit bir sırayla saldırır — önce kapsülleyici, sonra arka tabaka, ardından cam ve ara bağlantı noktaları. Baypas diyotları, akıma etkilenen hücre grubunun etrafından düşük dirençli bir yol sunarak bunu sınırlamak için vardır; bu yüzden diyot arızası asıl tehlikedir: gölgelenmiş bir hücre kurtarılabilir, arızalı bir baypas diyotuna sahip bir modül kurtarılamaz. Pratikte önemli olan, hücre sıcaklığı hasar eşiğine ulaşmadan önce diyotun iletiyor olup olmadığıdır.
Gerçek kurulumlarda kısmi gölgelenme kaçınılmazdır. Bunun bir garanti talebine dönüşüp dönüşmeyeceğine karar veren şey gölgelenmenin kendisi değil, bir hücre içinde ürettiği sıcaklık ve modül malzemelerinin buna ne kadar süre dayanmasının beklendiğidir.
PV Modül Güvenilirliği · Sıcak Noktalar ve Güvenlik · Jerry, Ooitech tarafından
1. Bir Sıcak Nokta Nedir, Tek Paragrafta
Bir modüldeki hücreler seri bağlıdır, bu nedenle aynı akım hepsinden geçmek zorundadır. Bir hücre gölgelendiğinde, kendi fotovoltaik akımı düşer, ancak dizi yine de içinden akım geçirir. Gölgelenen hücre ters polarizasyona sürülür ve üretimi durur: bir yüke dönüşür. Harcadığı güç, yaklaşık olarak üzerindeki ters voltaj ile içinden geçen uyumsuzluk akımının çarpımına eşittir.
Bu güç modül geneline yayılmak yerine tek bir hücrede yoğunlaştığı için yerel sıcaklık yükselir. Bu yerel yükselme sıcak noktadır ve elektriksel bir sorun olmadan önce bir malzeme sorunudur.
Şek. 1: Kısmi gölgelenme altında PERC, HJT ve IBC hücreleri için normalize I-V eğrileri. Gölgelenen hücre ters polarizasyona sürüldüğünde eğriler keskin biçimde ayrışır; harcanan gücün — ve dolayısıyla sıcak nokta sıcaklığının — belirlendiği bölge burasıdır.
2. Sıcaklık Tasarım Marjıdır
İki modül aynı gölge altında aynı miktarda güç kaybedebilir ve çok farklı risk taşıyabilir, çünkü hasar wattlardan değil sıcaklıktan kaynaklanır. Uyumsuzluk gücünü 90 °C'de harcayan gölgelenmiş bir hücre yönetilebilir bir durumdur. Aynı hücre 160 °C'de çevresindeki her malzemeyi hızlandırır.
| Koşul | Tipik sıcak nokta sıcaklığı | Yorum |
|---|---|---|
| Dağıtılmış ters iletimli iyi tasarlanmış hücre | Bazı tasarımlarda bildirilen yaklaşık 90 °C | Standart kapsülleyici ve arka tabakanın termal bütçesi içinde rahatça |
| Tipik BC modülü | Genellikle yaklaşık 120 °C'nin altında tutulur | Anlamlı marj korunur |
| Geleneksel hücre, yoğunlaşmış ters kırılma | 160 °C ve üzeri | Malzemeler tükeniyor; hem ömür hem güvenlik marjı düşüyor |
Bunlar gösterge niteliğinde rakamlardır, garanti değildir. Gerçek sıcak nokta sıcaklığı gölgelenen alana, ortam sıcaklığına, rüzgar hızına, modül kapsüllemesine, cam boyutuna, hücre tasarımına ve kullanılan test yöntemine bağlıdır. Tablonun amacı kesin sayılar değil, gidişat yönüdür: daha düşük sıcaklık daha büyük bir güvenlik marjıdır ve daha büyük bir güvenlik marjı, bir sıkıntıyı bir arızadan ayıran şeydir.
3. Isının Gerçekte Neye Zarar Verdiği
Bir sıcak nokta yerelleşmiş bir termal olaydır ve yığındaki her malzemenin kendine özgü bir kırılganlığı vardır.
| Bileşen | Yükselen sıcaklığın yaptığı şey |
|---|---|
| Kapsülleyici (EVA / POE) | Yaşlanmayı ve sararmayı hızlandırır ve delaminasyondan sorumlu uçucu maddeleri açığa çıkaran bozunma reaksiyonlarını tetikler. Uzun süreli maruz kalma, modülü bir arada tutan katmanın etkin ömrünü kısaltır. |
| Arka Tabaka | Polimerik arka tabakalar sürekli ısı altında bozunur; çatlama ve tebeşirleşme sonunda dielektrik bariyeri zayıflatır ki bu yalnızca bir performans değil, bir güvenlik sorunudur. |
| Cam | Yerel sıcaklık gradyanları farklı genleşme yaratır. Temperli ve yarı temperli camda bu, zaten iç gerilim altında olan bir malzemeye gerilim ekler ve yerel sıcak noktalar kendiliğinden kırılmanın arkasındaki katkıda bulunan koşullardan biridir. |
| Lehim bağlantıları ve şeritler | Tekrarlanan termal döngü, ara bağlantıları yorar ve seri direnci artırır. Hasar birikir: her gölgelenme olayı bağlantıyı öncekinden biraz daha kötü bırakır. |
| Bypass diyodu ve bağlantı kutusu | Bir alt dizi her bypass edildiğinde, diyot tüm dizi akımını taşır ve ısınır. Tekrarlanan aktivasyon diyodu ve çevresindeki dolgu maddesini bozar ve arızalanan bir diyot o alt dizinin korumasını tamamen ortadan kaldırır. |
| Gölgelenen hücrenin kendisi | Zayıf noktalarda yoğunlaşan ters kırılma, bağlantı noktasına kalıcı olarak zarar verebilir ve gölge geçtikten sonra da süren bir kusur yaratabilir. |
Tabloyu bir fizik dersi olarak değil, garanti risklerinin bir listesi olarak okuyun. Kapsülleyici yaşlanması ve arka tabaka bozunması yıllar sonra güç kaybı olarak ortaya çıkar. Cam kırılması hemen ortaya çıkar. Lehim yorgunluğu kademeli olarak artan seri direnç olarak görünür. Hiçbiri, gölge sonradan kaldırılarak onarılmaz.
4. Hücre Mimarisi Sıcaklığı Neden Değiştirir
İki hücrenin aynı gölgelenme altında çok farklı sıcaklıklarda olabilmesinin nedeni, ters akımlarının nasıl dağıldığına bağlıdır.
Geleneksel bir hücrede ters kırılma yerel zayıf noktalarda yoğunlaşma eğilimindedir: kusur bölgeleri, hücre kenarları, metalizasyon düzensizlikleri, mikro çatlaklar, kirlenmiş alanlar veya daha zayıf pasivasyon bölgeleri. Aynı gücün küçük bir alanda yoğunlaşması yüksek bir yerel güç yoğunluğu üretir ve sıcaklık hızla yükselir. Benzetme, aynı enerjiyle bir metal plakayı ısıtmak ile bir iğne ucunu ısıtmak gibidir: uç daha sıcak olur.
Şek. 2: Zıt polariteli bölgeler arasındaki boşluğun işaretlendiği bir arka kontak hücre kesiti. Bu boşluk ve arka yüzey boyunca iç içe geçmiş p ve n bölgelerinin yoğunluğu, ters akımın ne kadar eşit dağılabileceğini ve dolayısıyla yerel sıcaklığın ne kadar düşük kalacağını belirler.
Arka kontaklı bir hücre bunu tersine çevirir. Arka yüzü, devre açısından tek bir büyük diyot gibi değil, paralel bağlı çok sayıda küçük diyot gibi davranan, iç içe geçmiş çok sayıda p ve n bölgesi taşır. Hücre ters polarizasyona zorlandığında, iletim tek bir zayıf noktada yoğunlaşmak yerine bu dağıtılmış bağlantı noktalarının çoğuna yayılabilir. Yerel güç yoğunluğu düşer ve sıcaklık da düşer.
İkinci faktör, ters kırılma geriliminin kendisidir. Harcanan güç ters gerilimle ölçeklendiğinden, ters gerilimi daha düşük bir seviyede sınırlayan bir yapı daha az güç harcar. Bu, normalde bir zayıflık olan düşük kırılma geriliminin gölgelenme altında koruyucu bir mekanizmaya dönüşmesi açısından alışılmadıktır. Uyumsuzluk akımı ve baypas diyodu etkinleşme koşulları dahil olmak üzere tam elektriksel gerekçe şurada açıklanmıştır: BC güneş hücreleri gölgelenmeyi neden daha iyi tolere eder.
Burada bir açıklama önemlidir, çünkü yaygın olarak yanlış anlaşılmaktadır: daha iyi sıcak nokta davranışı, gölgelenmeye karşı bağışıklık ile aynı şey değildir. Her hücre gölgelendiğinde çıkış kaybeder. Bir alt dizideki gölgeli alan yeterince büyürse veya birkaç hücre tamamen gölgelenirse, harici baypas diyodu etkinleşir ve içindeki gölgesiz hücreler de dahil olmak üzere tüm alt diziyi baypas eder. Ağır gölgelenme altında avantaj büyük ölçüde kaybolur. BC mimarisinin sağladığı şey, gerçek çatıların aslında ürettiği kısmi, yerelleşmiş gölgelenme altında daha iyi davranıştır.
Şek. 3: Baypas diyotlarını göstermek için açılmış bir bağlantı kutusu. Bunlar pasif cihazlardır: yalnızca üzerlerindeki alt dizi gerilimi yeterince negatife düştüğünde iletirler. Son savunma hattıdırlar ve yalnızca hücre düzeyindeki davranış gerilimi düşük tutmayı başaramadığında devreye girerler.
5. Sıcak Nokta Riski En Yüksek Nerede
Sıcak noktalar gölgelenmenin bir fonksiyonudur ve gölgelenme kurulumun bir fonksiyonudur. Bazı konfigürasyonlar kısmi gölgelenmeyi ara sıra gerçekleşen bir olay yerine rutin bir durum olarak üretir.
| Uygulama | Sıcak nokta riski neden yüksektir |
|---|---|
| Konut çatıları | Bacalar, çatı pencereleri, havalandırma delikleri ve çevredeki ağaçlar gün ve yıl boyunca değişen hareketli gölgeler oluşturur. |
| Ticari ve endüstriyel çatılar | HVAC üniteleri, parapetler ve erişim yolları tamamen tasarımla ortadan kaldırılamayan sabit, kalıcı kısmi gölgelenme yaratır. |
| Balkon ve cephe PV | Kısıtlı alanda küçük diziler, sıklıkla korkuluklar, komşu yapılar ve binanın kendisi tarafından gölgelenir. |
| BIPV ve çok yönlü diziler | Tek bir sistem içinde farklı yönlere bakan paneller birbirini gölgeleyebilir ve tekdüze olmayan yönelim, dizi düzeyindeki uyumsuzluğu kalıcı hale getirir. |
| Şebeke ölçeğinde zemin montajı | Genellikle en az gölgelenen seçenektir, ancak takipçi sıraları, çevre çitleri ve kirlenme bantları yine de yerelleşmiş etkiler yaratır. |
Bu nedenle sıcak nokta performansı, dağıtılmış üretimde manşet verimlilik rakamının ima ettiğinden daha fazla önem taşır. Açık bir alandaki modül, ömrünün çoğunu tekdüze ışınım altında geçirir. Bir ev çatısındaki modül ise yıllar boyunca her öğleden sonra kısmen gölgelenebilir.
6. Riski Pratikte Azaltmak
Üzerinde ne kadar kontrolünüz olduğuna göre kabaca sıralanmış beş önlem.
- Hücre mimarisini yalnızca verimlilik için değil, uygulamaya göre seçin. Kısmi gölgelenmenin istisna yerine bir tasarım koşulu olduğu durumlarda, daha düşük bir sıcak nokta sıcaklığını tutabilme yeteneği başlı başına bir spesifikasyon maddesidir.
- Baypas diyodu konfigürasyonunu kontrol edin. Daha fazla alt dizi, bir diyot etkinleştiğinde daha küçük baypas edilen bölümler anlamına gelir, ancak aynı zamanda daha fazla diyot ve daha fazla bağlantı anlamına da gelir. Modülün bağlantı kutusu düzeni, şu sayfamızda açıklandığı gibi sıcak nokta davranışının bir parçasıdır: solar bağlantı kutusu sayfası.
- Yerleşimi sabit gölgeler etrafında tasarlayın. Bacalar, direkler, parapetler ve HVAC ekipmanı öngörülebilir gölgeler oluşturur. Dizileri etkilenen alt dizi sayısını azaltacak şekilde konumlandırmak, herhangi bir modül yükseltmesinden daha ucuzdur.
- Diziyi temiz tutun. Kuş pislikleri, yapraklar, kar birikintileri ve kirlenme bantları küçük alanlı, yüksek sonuçlu gölgelenme olaylarıdır. Tek bir hücre üzerine düşen tek bir kuş pisliği, tam olarak en kötü yerel sıcaklığı üreten durumdur.
- Termal olarak inceleyin. Sıcak noktalar, gözle görülür hale gelmelerinden çok önce kızılötesi görüntülemede görünür. Yöntem şurada ele alınmıştır: güneş panelleri için termal görüntüleme.
SSS
Güneş panelinde sıcak nokta nedir?
Kısmi gölgelenmenin neden olduğu, bir hücrede yerelleşmiş yüksek sıcaklık bölgesidir. Gölgelenen hücre, seri dizinin geri kalanı tarafından ters polarizasyona zorlanır, üretimi durdurur ve bunun yerine güç harcar, bu da sıcaklığını çevredeki hücrelerin üzerine çıkarır.
Bir güneş panelindeki sıcak nokta ne kadar ısınabilir?
Gölgeli alana, ortam sıcaklığına, rüzgar hızına, kapsüllemeye ve hücre tasarımına göre geniş ölçüde değişir. Bildirilen değerler, ters iletimi iyi dağıtılmış mimariler için yaklaşık 90 °C'den, ters kırılmanın yerel zayıf noktalarda yoğunlaştığı hücreler için 160 °C ve üzerine kadar uzanır. Yön, herhangi bir tek sayıdan daha önemlidir.
Bir sıcak nokta bir modüle kalıcı olarak zarar verir mi?
Verebilir. Sürekli yüksek sıcaklık, kapsülleyici yaşlanmasını ve arka tabaka bozulmasını hızlandırır, lehim bağlantılarını yorar, camı zorlar ve etkilenen hücrenin bağlantı noktasına kalıcı olarak zarar verebilir. Hasar biriktiği için, tekrarlanan gölgelenme olayları tek bir olaydan daha önemli sonuçlar doğurur.
BC modüller gölgelenmeye karşı bağışık mıdır?
Hayır. Her hücre gölgelendiğinde çıkış kaybeder ve ağır gölgelenme altında harici baypas diyodu, hücre mimarisinden bağımsız olarak etkinleşir ve tüm alt diziyi baypas eder. BC mimarisinin iyileştirdiği şey, kısmi, yerelleşmiş gölgelenme altındaki davranıştır: daha düşük ters gerilim, daha eşit dağıtılmış ters akım ve dolayısıyla daha düşük bir sıcak nokta sıcaklığı.
Baypas diyodu ne zaman devralır?
Bir alt dizideki gölgeli hücreler boyunca toplam ters gerilim, kalan gölgesiz hücrelerin birleşik ileri gerilimi artı diyodun kendi ileri gerilim düşümünü aştığında. O noktaya kadar modül, hücrelerin kendi ters davranışına güvenir. Diyot iletmeye başladığında, gölgeli ve gölgesiz hücreler dahil tüm alt dizi baypas edilir ve katkı sağlamayı durdurur.
Dizimde sıcak noktalar olup olmadığını nasıl anlarım?
Kızılötesi denetim pratik yöntemdir. Bir sıcak nokta, çevredeki hücrelere karşı belirgin bir sıcak alan olarak, herhangi bir görünür hasar oluşturmadan çok önce ortaya çıkar. Yük altında periyodik termal incelemeler, beklenmedik seri direnç artışı için I-V eğrisine bir bakışla birleştirildiğinde, gelişen sorunların çoğunu yakalar.
Hangisi daha önemli, sıcak nokta sıcaklığı mı yoksa modül verimliliği mi?
Bunlar alternatif değildir ve doğru cevap kuruluma bağlıdır. Düzgün ışınım alan açık bir arazide verimlilik baskındır. Gölgeli bir ev çatısında veya kısıtlı bir balkon dizisinde, daha düşük sıcak nokta sıcaklığını koruyan bir modül, tipik olarak yalnızca daha yüksek tepe değerine sahip olandan daha iyi bir ömür sonucuna ve daha düşük garanti riskine sahip olacaktır.
Son Düşünceler
Gölgeleme çoğu dağıtık kurulumdan tasarımla çıkarılamaz, bu nedenle pratik soru bir modülün kısmi gölgeleme yaşayıp yaşamayacağı değil, yaşadığında nasıl davrandığıdır. Sıcak nokta sıcaklığı, bu deneyimin size biraz üretim kaybı mı yoksa modülü mü kaybettireceğini belirleyen değişkendir, çünkü sıcaklık kapsülleyiciyi yaşlandıran, arka tabakayı bozan, camı zorlayan ve ara bağlantıları yoran şeydir. Sabit engelleri olan bir çatı için modül belirlerken, sıcak nokta davranışını veri sayfasının bir dipnotu değil, bir performans ve güvenlik şartnamesi olarak ele alın. Gölgeli dağıtık uygulamalara yönelik modüller için bir hat planlıyorsanız, hedef pazarı ve modül formatını bize söyleyin; hücre ve bağlantı kutusu şartnamesinin neleri kapsaması gerektiğini birlikte ele alalım.
