BSC – Bifacial Solar Cells: Historia dwustronnych lub dwupowierzchniowych ogniw słonecznych
Opublikowano: 22 stycznia 2022 / Aktualizacja z: 24 lutego 2023 - Autor: Konrad Wolfenstein
Historia dwustronnego lub dwupowierzchniowego ogniwa słonecznego – Zdjęcie: Xpert.Digital / Sunward Art|Shutterstock.com
Krzemowe ogniwo słoneczne zostało po raz pierwszy opatentowane przez Russella Ohla w 1946 r. podczas pracy w Bell Labs i zademonstrowane publicznie przez Fullera, Chapina i Pearsona w tym samym ośrodku badawczym w 1954 r.; Jednak te początkowe propozycje dotyczyły komórek jednofazowych, których tył nie miał być aktywny.
Pierwsze teoretycznie zaproponowane dwustronne ogniwo słoneczne można znaleźć w japońskim patencie z datą pierwszeństwa 4 października 1960 r. Hiroshiego Mori, który pracował dla firmy Hayakawa Denki Kogyo Kabushiki Kaisha (Hayakawa Electric Industry Co. Ltd.), która później opracowała do dzisiejszej Sharp Corporation. Proponowane ogniwo miało konstrukcję dwukomórkową PNP z elektrodami kontaktowymi na dwóch przeciwległych krawędziach.
Jednak pierwsze demonstracje dwustronnych ogniw i paneli słonecznych przeprowadzono w ramach radzieckiego programu kosmicznego na wojskowych stacjach kosmicznych LEO Salut 3 (1974) i Salut 5 (1976). Te dwustronne ogniwa słoneczne zostały opracowane przez Bordinę i in. opracowany i wyprodukowany w VNIIT (Ogólnounijny Instytut Badań nad Źródłami Energii) w Moskwie, który w 1975 roku stał się rosyjskim producentem ogniw słonecznych KVANT. W 1974 roku zespół ten złożył patent w USA, proponując ogniwa w postaci mini-równoległych rurek o maksymalnych wymiarach 1 mm x 1 mm x 1 mm, połączonych szeregowo w celu uzyskania 100 ogniw/cm2. Podobnie jak w przypadku dzisiejszych BSC, zaproponowali zastosowanie związków izotypowych pp+ w pobliżu jednej z powierzchni odbierających światło. W Salut 3 małe panele eksperymentalne o łącznej powierzchni komórek 24 cm2 wykazały wzrost produkcji energii na obrót satelity ze względu na albedo Ziemi aż o 34% w porównaniu z ówczesnymi panelami jednofazowymi. Podczas lotu stacji kosmicznej Salut 5 zaobserwowano wzrost o 17-45% przy zastosowaniu paneli dwustronnych (0,48 m2 - 40 W).
Pliki PDF: Ciekawe dane, liczby i grafiki dotyczące krzemu i litu
- Silikon – pobierz plik PDF
- Przemysł litowy na całym świecie – pobierz plik PDF
Równolegle z tymi rosyjskimi badaniami, po drugiej stronie żelaznej kurtyny, laboratorium półprzewodników Szkoły Inżynierii Telekomunikacyjnej Politechniki w Madrycie, kierowane przez profesora Antonio Luque, niezależnie realizuje kompleksowy program badawczy mający na celu opracowanie rozwiązań mających zastosowanie przemysłowe dwustronne ogniwa słoneczne. Chociaż patent Moriego i prototypy VNIIT-KVANT w statku kosmicznym opierały się na maleńkich ogniwach bez metalowej siatki na powierzchni i dlatego były misternie połączone, bardziej w stylu urządzeń mikroelektronicznych niż na ich wczesnych etapach, Luque będzie miał dwa hiszpańskie patenty w latach 1976 i 1977 oraz jeden w Stanach Zjednoczonych w 1977 r., które były prekursorami nowoczesnych komórek dwustronnych. Patenty Luque były pierwszymi, w których zaproponowano BSC z jednym ogniwem na płytkę krzemową, tak jak miało to miejsce w przypadku ogniw jednofazowych wówczas i nadal ma to miejsce dzisiaj, z metalowymi siatkami na obu powierzchniach. Rozważali zarówno strukturę npp+, jak i struktury pnp.
Do rozwoju BSC w laboratorium półprzewodników podjęto potrójne podejście, w wyniku czego powstały trzy prace doktorskie, których autorami byli Andrés Cuevas (1980), Javier Eguren (1981) i Jesús Sangrador (1982), przy czym dwie pierwsze były pod kierunkiem Luque i trzeci autorstwa dr. Gabriel Sala z tej samej grupy. Praca doktorska Cuevasa polegała na skonstruowaniu pierwszego patentu Luque w 1976 roku, który nazwano „transkomórką” ze względu na jego tranzystorową strukturę npn. W swojej rozprawie Eguren odniósł się do demonstracji drugiego patentu Luque z 1977 r., obejmującego profil domieszkowania npp+, w którym złącze izotopowe pp+ przylega do tylnej części ogniwa, tworząc zjawisko powszechnie określane w technologii ogniw słonecznych jako „pole tylnej powierzchni ( BSF). Prace te zaowocowały kilkoma publikacjami i dodatkowymi patentami. W szczególności korzystny efekt ograniczenia domieszkowania p w bazie, gdzie zmniejszenie napięcia w złączu emiterowym (przednim złączu pn) zostało skompensowane wzrostem napięcia w tylnym złączu izotypowym, pozwalając jednocześnie na większą dyfuzję długość nośników mniejszościowych, co zwiększa moc wyjściową przy oświetleniu dwustronnym. W rozprawie doktorskiej Sangradora i trzeciej ścieżce rozwoju na Politechnice w Madrycie zaproponowano tzw. wielozłączowe ogniwo słoneczne z pionowym podświetlaniem krawędziowym, w którym p+nn+ są ułożone i połączone szeregowo oraz oświetlane od ich krawędzi, czyli ogniwa wysokiego napięcia które nie wymagają powierzchniowej siatki metalowej, wymagają wytwarzania energii elektrycznej.
Główne zalety dwupowierzchniowych ogniw słonecznych
Dodatkowe zyski w zakresie wytwarzania energii: W porównaniu z ogniwami słonecznymi P, ogniwa słoneczne N mają tendencję do znacznego zwiększania wydajności. Dwustronne ogniwa słoneczne będą miały szerszą perspektywę zastosowania ze względu na dwustronną zdolność generacyjną i wyższą wydajność systemu i są szczególnie odpowiednie dla obszarów bardziej zaśnieżonych i systemów generacji rozproszonej, takich jak dachy, ogrodzenia i ekrany dźwiękowe.
Wydajność tylnej części ogniwa może osiągnąć ponad 19%, a padające podświetlenie można wykorzystać do poprawy zdolności wytwórczej systemu, przy wzroście wydajności powierzchni jednostki do 10% ~ 30%.
Dzięki modułowi szklanemu z technologią ogniw dwustronnych światło jest wychwytywane zarówno z przodu, jak i z tyłu modułu. Zwiększenie wykorzystania światła zwiększa wydajność modułu. Aktywny tył modułu pozwala uzyskać całkowitą moc wyjściową do 360 Wp (290 Wp tylko z przodu / łącznie 320 - 360 Wp).
Wzrost wydajności zależy od sytuacji radiacyjnej (atmosfera i tło).
Układ słoneczny z dwustronnymi modułami słonecznymi - przykład
- Systemy montażu paneli słonecznych Podkonstrukcja dachowa do dwustronnych modułów fotowoltaicznych – Jak76|Shutterstock.com
- System mocowania podkonstrukcji dachowej do dwustronnych modułów fotowoltaicznych – Jak76|Shutterstock.com
- Dwustronny system mocowania podkonstrukcji dachowej modułu fotowoltaicznego – Jak76|Shutterstock.com
- Rozwiązanie do montażu dachowego dwustronnego systemu modułów słonecznych – Jak76|Shutterstock.com
- Podkonstrukcja dachowa pod dwustronne moduły fotowoltaiczne – Jak76|Shutterstock.com
- Podkonstrukcja dachu z dwustronnym modułem fotowoltaicznym – Jak76|Shutterstock.com
W 1979 roku laboratorium półprzewodników zostało przekształcone w Instytut Energii Słonecznej (IES-UPM), który pod przewodnictwem Luque’a kontynuował intensywne badania nad dwustronnymi ogniwami słonecznymi aż do pierwszej dekady XXI w. Przykładowo w 1994 r. dwóch brazylijskich absolwentów Instytutu Energii Słonecznej w Adriano opracowało i wyprodukowało firmę Moehlecke, a Izete Zanesco wraz z Luque opracowali dwustronne ogniwo słoneczne, które osiągało wydajność 18,1% z przodu i 19,1% z tyłu; rekord dwustronny wynoszący 103% (w tamtym czasie rekordowa wydajność ogniw jednostronnych wynosiła nieco poniżej 22%).
📣 Odpowiednie i odpowiednie moduły fotowoltaiczne dla przemysłu, handlu detalicznego i gmin
Wszystko z jednego źródła, rozwiązania w zakresie modułów fotowoltaicznych specjalnie dostosowane do Twojego systemu fotowoltaicznego! Refinansujesz lub refinansowasz w przyszłość dzięki własnej produkcji energii elektrycznej.
🎯 Dla inżynierów zajmujących się instalacjami fotowoltaicznymi, hydraulików, elektryków i dekarzy
Doradztwo i planowanie łącznie z niewiążącym kosztorysem. Łączymy Cię z silnymi partnerami fotowoltaicznymi.
👨🏻 👩🏻 👴🏻 👵🏻 Dla prywatnych gospodarstw domowych
Jesteśmy rozmieszczeni w różnych regionach krajów niemieckojęzycznych. Mamy niezawodnych partnerów, którzy doradzają i realizują Twoje życzenia.
- Magazyny, hale produkcyjne i przemysłowe z własnym źródłem zasilania z fotowoltaicznego systemu dachowego - Zdjęcie: NavinTar|Shutterstock.com
- Zakład przemysłowy z własnym źródłem zasilania z zewnętrznej instalacji fotowoltaicznej - Zdjęcie: Peteri|Shutterstock.com
- Planuj systemy fotowoltaiczne z rozwiązaniami fotowoltaicznymi dla spedycji i logistyki kontraktowej
- Systemy fotowoltaiczne B2B oraz rozwiązania i doradztwo fotowoltaiczne
- Planuj fotowoltaikę dla magazynów, hal handlowych i przemysłowych
- Zakład przemysłowy: Zaplanuj fotowoltaiczny system na wolnym powietrzu lub system na otwartej przestrzeni
- Planuj systemy fotowoltaiczne z rozwiązaniami fotowoltaicznymi dla spedycji i logistyki kontraktowej
- Systemy fotowoltaiczne B2B oraz rozwiązania i doradztwo fotowoltaiczne
Doradztwo w zakresie modułów fotowoltaicznych z Xpert.Solar – pomoc i wskazówki dotyczące odpowiedniego i odpowiedniego modułu fotowoltaicznego
Konrada Wolfensteina
Chętnie będę Twoim osobistym doradcą.
Możesz się ze mną skontaktować wypełniając poniższy formularz kontaktowy lub po prostu dzwoniąc pod numer +49 89 89 674 804 .
Nie mogę się doczekać naszego wspólnego projektu.
Napisz do mnie
Xpert.Digital – Konrad Wolfenstein
Xpert.Digital to centrum przemysłu skupiające się na cyfryzacji, inżynierii mechanicznej, logistyce/intralogistyce i fotowoltaice.
Dzięki naszemu rozwiązaniu do rozwoju biznesu 360° wspieramy znane firmy od rozpoczęcia nowej działalności po sprzedaż posprzedażną.
Wywiad rynkowy, smarketing, automatyzacja marketingu, tworzenie treści, PR, kampanie pocztowe, spersonalizowane media społecznościowe i pielęgnacja leadów to część naszych narzędzi cyfrowych.
Więcej informacji znajdziesz na: www.xpert.digital – www.xpert.solar – www.xpert.plus
Pozostajemy w kontakcie
