A kétoldalas vagy kétfelületű napelem története – Kép: Xpert.Digital / Sunward Art|Shutterstock.com
A szilícium napelemet először 1946-ban szabadalmaztatta Russell Ohl, amikor a Bell Labsnál dolgozott, majd 1954-ben nyilvánosan bemutatta Fuller, Chapin és Pearson ugyanebben a kutatóintézetben; ezek a korai javaslatok azonban egyoldali cellák voltak, amelyek hátuljának nem kellett aktívnak lennie.
Az első elméletileg javasolt kétoldalas napelem egy 1960. október 4-i japán szabadalomban található, amelyet Hiroshi Mori írt, aki a Hayakawa Denki Kogyo Kabushiki Kaisha (Hayakawa Electric Industry Co. Ltd.) vállalatnál dolgozott, amely később a Sharp Corporation nevet kapta. A javasolt cella egy pnp kétoldalas szerkezet volt, amelynek két ellentétes szélén kontaktelektródák voltak.
A kétoldalas napelemek és panelek első bemutatóit azonban a szovjet űrprogram részeként hajtották végre a Szaljut-3 (1974) és Szaljut-5 (1976) katonai LEO űrállomásokon. Ezeket a kétoldalas napelemeket Bordina és munkatársai fejlesztették ki és gyártották a moszkvai VNIIT-ben (Összszövetségi Energiaforrások Tudományos Kutatóintézete), amely 1975-ben az orosz KVANT napelemgyártóvá vált. 1974-ben ez a csapat nyújtott be egy amerikai szabadalmat, amelyben a cellákat mini párhuzamos pipe-ek formájában javasolták, maximális méretük 1 mm x 1 mm x 1 mm, sorba kötve a 100 cella/cm² sűrűség eléréséhez. A mai napelemes cellákhoz hasonlóan izotipikus pp+ vegyületek használatát javasolták az egyik fénybefogadó felület közelében. A Szaljut-3 űrállomáson a 24 cm² teljes cellafelületű kis kísérleti panelek a Föld albedójának köszönhetően akár 34%-os energiatermelési növekedést mutattak műholdpályánként az akkoriban használt egyoldalas panelekhez képest. A Szaljut-5 űrállomás repülése során a kétoldalas panelek (0,48 m² – 40 W) használatával 17–45%-os növekedést figyeltek meg.
PDF-ek: Érdekes adatok, ábrák és grafikák a szilíciumról és a lítiumról
Ezzel az orosz kutatással párhuzamosan, a vasfüggöny túloldalán, a Madridi Műszaki Egyetem Távközlési Mérnöki Karának félvezető laboratóriuma Antonio Luque professzor irányításával önállóan egy átfogó kutatási programot folytatott iparilag alkalmazható kétoldali napelemek fejlesztésére. Míg Mori szabadalma és a VNIIT-KVANT űrhajó prototípusai apró, fémrács nélküli cellákon alapultak, és ezért bonyolultan összekapcsolódtak, inkább a mikroelektronikai eszközök stílusában, mint azok akkoriban még gyerekcipőben jártak, Luque két spanyol szabadalmat nyújtott be 1976-ban és 1977-ben, valamint egyet az Egyesült Államokban 1977-ben, amelyek a modern kétoldali cellák előfutárai voltak. Luque szabadalmai voltak az elsők, amelyek olyan BSC-ket javasoltak, amelyek szilíciumlaponként egy cellát tartalmaztak – ahogyan az akkori és ma is a monofaciális cellák esetében történt –, mindkét felületen fémrácsokkal. Mind az npp+, mind a pnp struktúrákat figyelembe vették.
A félvezető laboratóriumban a napelemes áramkörök (BSC) fejlesztését három ágon közelítették meg, aminek eredményeként három doktori disszertáció született: Andrés Cuevas (1980), Javier Eguren (1981) és Jesús Sangrador (1982). Az első kettőt Luque, a harmadikat pedig ugyanebből a csoportból származó Dr. Gabriel Sala felügyelte. Cuevas disszertációja Luque első, 1976-os szabadalmának megalkotására összpontosított, amelyet tranzisztorszerű npn-szerkezete miatt „transzcellának” neveztek el. Eguren disszertációja Luque második, 1977-es szabadalmának bemutatására összpontosított, amely egy npp+ adalékolási profilt mutat be, ahol a pp+ izotópátmenet a cella hátsó felülete mellett helyezkedik el, létrehozva azt, amit a napelem-technológiában általában „hátsó felületi mezőnek” (BSF) neveznek. Ez a munka számos publikációhoz és további szabadalmakhoz vezetett. Különösen a bázisban a p-adalékolás csökkentésének jótékony hatása volt jelentős, mivel az emitter átmenetnél (elülső pn-átmenet) a feszültségcsökkenést kompenzálta a hátsó izotípusos átmenetnél bekövetkező feszültségnövekedés, miközben egyidejűleg lehetővé tette a kisebbségi töltéshordozók nagyobb diffúziós hosszát, ami növeli az áramkimenetet kétoldali megvilágítás alatt. Sangrador disszertációjában és a Madridi Műszaki Egyetemen kidolgozott harmadik fejlesztési megközelítésében az úgynevezett függőleges, élről megvilágított többátmenetes napelemet javasolták, amelyben a p+nn+ cellákat sorba kötik, és a széleikről világítják meg. Ezek nagyfeszültségű cellák, amelyek nem igényelnek felületi fémrácsot az áramtermeléshez.
A kétfedelű napelemek fő előnyei
További energiatermelési előnyök: A P-típusú napelemekhez képest az N-típusú napelemek általában jelentősen növelik a hatékonyságot. A kétoldalas napelemek, kétoldalas energiatermelési kapacitásukkal és nagyobb rendszerhatékonyságukkal, szélesebb körű alkalmazási lehetőségekkel rendelkeznek, és különösen alkalmasak erős havazású területeken és elosztott energiatermelési rendszerekben, például tetőkön, kerítéseken és zajvédő falakon.
A cella hátsó oldalának hatásfoka elérheti a 19%-ot is, a beeső hátsó gerendák pedig felhasználhatók a rendszer generáló kapacitásának javítására, az egységnyi területre jutó kapacitásnövekedés akár 10% ~ 30% is lehet.
A kétoldalas cellás technológiával ellátott üvegmodul a modul elején és hátulján is befogja a fényt. A fokozott fénybefogás javítja a modul hatékonyságát. A modul aktív hátoldalán keresztül akár 360 Wp összteljesítmény is elérhető (290 Wp csak az elején / összesen 320–360 Wp).
A hatékonyságnövekedés a sugárzási helyzettől (légkör és háttér) függ.
Napelemes rendszer kétoldalas napelemes modulokkal - példa
1979-ben a félvezető laboratóriumot Napenergia Intézetté (IES-UPM) alakították át, amely Luque első igazgatójával a 21. század első évtizedében is folytatta a kétoldalas napelemek intenzív kutatását. Például 1994-ben a Napenergia Intézet két brazil doktorandusz hallgatója, Adriano Moehlecke és Izete Zanesco Luque-val közösen kifejlesztettek és gyártottak egy kétoldalas napelemet, amely az elülső oldalon 18,1%-os, a hátoldalon pedig 19,1%-os hatásfokot ért el; ez 103%-os kétoldalas rekord (akkoriban az egyoldalas cellák rekordhatékonysága alig 22% alatt volt).
📣 A megfelelő és alkalmas napelemek ipar, kiskereskedelem és önkormányzatok számára
Minden egyetlen forrásból: kifejezetten az Ön fotovoltaikus rendszeréhez szabott napelemes megoldások! Refinanszírozza vagy kompenzálja jövőjét saját áramtermeléssel.
🎯 Napelemes rendszerszerelőknek, vízvezeték-szerelőknek, villanyszerelőknek és tetőfedőknek
Konzultáció és tervezés, beleértve egy nem kötelező érvényű költségbecslést is. Erős partnerekkel kötjük össze Önt a fotovoltaikus rendszerek területén.
👨🏻 👩🏻 👴🏻 👵🏻 Magánháztartások számára
Regionális jelenléttel rendelkezünk a német nyelvterületen. Megbízható partnereink tanácsokkal látják el Önt és megvalósítják kívánságait.
- Fotovoltaikus rendszerek tervezése raktárakban, kereskedelmi épületekben és ipari épületekben
- Ipari üzem: Fotovoltaikus kültéri vagy kültéri rendszer tervezése
- Napelemes rendszerek tervezése fotovoltaikus megoldásokkal szállítmányozó cégek és szerződéses logisztikai cégek számára
- B2B napelemes rendszerek és fotovoltaikus megoldások és tanácsadás
Napelemes modul konzultáció az Xpert.Solarral – segítség és tippek a megfelelő napelem kiválasztásához
Konrad Wolfenstein
Örömmel lennék az Ön személyes tanácsadója.
Kapcsolatba léphet velem az alábbi kapcsolatfelvételi űrlap kitöltésével, vagy egyszerűen hívjon a +49 7348 4088 965 .
Alig várom a közös projektünket.
Írj nekem
Xpert.Digital – Konrad Wolfenstein
Az Xpert.Digital egy iparági központ, amely a digitalizációra, a gépészetre, a logisztikára/intralogisztikára és a fotovoltaikus elemekre összpontosít.
360°-os üzletfejlesztési megoldásunkkal elismert vállalatokat támogatunk az új üzletektől az értékesítés utáni szolgáltatásokig.
Piackutatás, smarketing, marketingautomatizálás, tartalomfejlesztés, PR, levelezési kampányok, személyre szabott közösségi média és érdeklődőgondozás digitális eszközeink részét képezik.
További információkat a következő weboldalakon talál: www.xpert.digital – www.xpert.solar – www.xpert.plus
Tartsuk a kapcsolatot
