Kommunaalprojektide arendajate ja tööstuslike päikeseenergia inseneride jaoks käsitletakse "varju" traditsiooniliselt süsteemi tõrkeolekuna. Tavalistes kristallilise räni (c-Si) massiivides võib isegi osaline varjutus lähedalasuvast puust, mööduvast pilvest, struktuursetest parapetidest või kogunenud mustusest põhjustada ebaproportsionaalselt energiasaagise vähenemist, peatades aeg-ajalt kogu stringi energiatootmise.
Ometi säilitab vask-indium-galliumseleniidi (CIGS) õhukese{0}kiletehnoloogia anomaalse võime genereerida hajusa, kaudse ja tugevalt varjatud valguse käes olulist võimsust. See ei ole turunduslik väide; see on tahkis-füüsika ja täiustatud pooljuhtide tehnoloogia otsene tagajärg.
Et mõista, miks CIGS toimib nii tõhusalt seal, kus muud materjalid ebaõnnestuvad, peame vaatama standardtestitingimustest (STC) mööda ja uurima õhukeses{0}}kilemaatriksis toimuvaid mikroskoopilisi kvantinteraktsioone.
1. Kvantmehaanika: otsene ribalaius ja neeldumiskoefitsiendid
Põhiline erinevus tavapärase räni ja CIGS-i vahel seisneb selles, kuidas nende aatomistruktuurid interakteeruvad sissetulevate footonitega.
Kaudne vs otsene ribalaiused
Kristalliline räni onkaudne{0}}ribalaga pooljuht. Selleks, et räni aatom neelaks footoni ja vabastaks elektroni juhtivusriba, nõuab vastastikmõju samaaegset muutust nii elektroni energias kui ka impulsis. Kuna hoogu tuleb säilitada võre vibratsiooni (fononi) kaudu, on selle kolme keha vastastikmõju statistiliselt vähem tõenäoline. Järelikult vajab räni piisava arvu footonite jäädvustamiseks suhteliselt paksu neeldumiskihti -tavaliselt $150 kuni $180\\text{ }\\mu\\text{m}$-.
Seevastu CIGS on aotsene{0}}ribalaga pooljuht. Elektron võib absorbeerida footoni ja hüpata otse valentsribalt juhtivusribale, ilma et oleks vaja impulsi muuta.
Footonite neeldumistegur
Otsese ribalaiuse tõttu on CIGS-il erakordselt kõrge optiline neeldumistegur ($\\alpha > 10^5\\text{ cm}^{-1}$ lainepikkuste jaoks nähtavas spektris).
Paksuse mõõdik:Kiht CIGS lihtsalt$1$ kuni $2\\text{ }\\mu\\text{m}$ pakssuudab neelata rohkem kui 99% kõigist langevatest footonitest, mis ületavad selle ribalaiuse energiat.
Madal{0}}valguskorrelatsioon:Vähese-valguse või varjutatud stsenaariumide korral langeb paneeli tabavate footonite absoluutne maht. Kuna CIGS on footonite hõivamisel väga tõhustehakontakti loomiseks, saavutab see aktiveerimisläve murdosa juures c-Si nõutavast kiirgustihedusest.
2. Spektri kohanemisvõime: valguse muutuva spektri kasutamine
Kui päikesemassiivi varjutavad pilved või struktuurid, muutub valguse koostis. Otsene päikesevalgus on rikas punase ja infrapuna lainepikkusega. Hajus valgus-varjus, tugeva pilvkatte all või koidikul ja hämaruses leiduv valgus- hajub atmosfäärist või ümbritsevatelt pindadelt, nihutades selle spektrit lühema ja kõrge energiaga-sinised lainepikkused.
Bandgap häälestus ($\\text{CuIn}_{1-x}\\text{Ga}_x\\text{Se}_2$)
Üks CIGS-i võimsamaid omadusi on võime muuta selle ribalaiust tootmise ajal, kohandades galliumi -ja-indiumi suhet ($x=\\text{Ga}/(\\text{In}+\\text{Ga})$). Ribavahet saab pidevalt häälestada alates ligikaudu $1.0\\text{eV}$ (puhas vask-indiumseleniid) kuni $1.7\\text{ eV}$ (puhas vask-galliumseleniid).
Enamik kaubanduslikke CIGS-mooduleid kasutavad aastmeline ribalaiuse profiil. Tehes suurema galliumisisalduse tagumise kontakti lähedal ja väiksema sisalduse eesmise ristmiku lähedal, loovad tootjad sisemise, sisseehitatud{1}}elektrivälja.
Sinine{0}}Valguse jäädvustamine:Sorteeritud raku ülemised kihid on optimeeritud jäädvustama suure{0}}energiaga siniseid footoneid, mis domineerivad varjulises või pilves keskkonnas.
Punane-Valguse jäädvustamine:Madalama energiaga footonid, mis tungivad sügavamale, püüavad kinni baasi lähedal olevad madalamad{0}}ribapiirkonnad.
See ristlõike optimeerimine- tagab, et kui päike läheb pilve taha ja valgusspekter nihkub siniseks, on CIGS-i materjal natiivselt häälestatud nii, et see neelaks täpselt seda lainepikkust, samas kui c-Si spektraalne ebakõla on tõsine.
3. Monoliitne integreerimine: lahtri -taseme takistuse kaotamine
Tavalises c-Si-moodulis lõigatakse ruudukujulised päikesepatareid füüsiliselt viiludeks, asetatakse-kõrvuti- ja joodetakse kokku hõbepaelte abil jäigas järjestikuses vooluringis. Kui varjutus blokeerib täielikult ühe lahtri, toimib see kitsaskohana, luues suure sisemise takistuse. Kogu nööri vool langeb ja blokeeritud rakk võib kiiresti kuumeneda, moodustades katastroofilisekuum koht.
Laseri-graveeritud pidevad ahelad
CIGS-i tootmine möödub sellest haavatavusest protsessi nimegamonoliitne integratsioon. Üksikute rakkude kokkupanemise asemel kantakse kogu CIGS-moodul pideva mitmekihilise kilena elastsele substraadile. Tööstuslikud laserid kirjutavad seejärel ülipeened jooned (tuntud kui P1, P2 ja P3 lõiked) otse kilesse.
See täppiskirjutus jagab suure lehe pikkadeks kitsasteks omavahel ühendatud elemendiribadeks, mis läbivad kogu mooduli laiuse ja on sisemiselt järjestikku ühendatud.
Kuidas lineaarne varjutus käitub
Kui CIGS-moodul on osaliselt varjutatud, on füüsiline mõju pigem lineaarne kui binaarne:
Kui leht või struktuurne vari varjab 20% pikast kitsast CIGS-i rakuribast,ainult see konkreetne 20% piirkond lõpetab elektri tootmise.
Kuna element on pidev ja geomeetriliselt piklik, juhib ülejäänud 80% ribast voolu mööda liini.
Mooduli üldine väljundvõimsus langeb ligikaudu 20%, selle asemel, et täielikult kokku kukkuda või sundida möödavooludioode tervet paneeli osa välja lõikama.
4. Tehniline võrdlus: CIGS vs. c-Si varjuanalüüsi all
Hankeinsenerimeeskondadele konkreetse viiteallika pakkumiseks kirjeldatakse allolevas tabelis, kuidas need struktuuri- ja füüsikal{0}}põhinevad erinevused ilmnevad tegelikes-jõudlusnäitajates, kui valgustase langeb.
| Parameeter | Kristalliline räni (c-Si) | CIGS õhuke{0}}kile | Tehniline tagajärg |
| Absorbermehhanism | Kaudne ribalaius (nõuab 150 $\\text{--}180\\mu\\text{m} $ paksust) | Otsene ribavahe (vajab $1\\text{--}2\\mu\\text{m}$ paksust) | CIGS püüab madalate voogude korral footoneid kergemini kinni. |
| Aktiveerimislävi | Kõrge (lineaarseks genereerimiseks on vaja 300 $\\text{ W/m}^2 - 400\\text{ W/m}^2 $) | Madal (50 $\\text{ W/m}^2 - 100\\text{ W/m}^2 $ käivitab genereerimise) | CIGS ärkab koidikul varem ja töötab kauem kui hämaras. |
| Spektri tundlikkus | Kitsas (sõltub väga hajutamata otsesest AM1.5 spektrist) | Lai/astmeline (säilitab kõrge kvantefektiivsuse sinise{0}}nihutatud hajutatud valguse korral) | CIGS säilitab tugeva pilvkatte all stabiilse efektiivsuse. |
| Varjutusvastus | Mitte-lineaarne/astmeline-langetamine (üks lahtri vari võib tervest mooduli jaotisest mööda minna) | Lineaarne/proportsionaalne (võimsuslangus vastab täpselt varjutatud füüsilisele alale) | Suurem energiatootlus linnatihedatel või ehituslikult keerukatel C&I katustel. |
5. Varade tootluse maksimeerimine: CIGS-i praktilised rakendused
Madala{0}}valguse jõudluse teaduse mõistmine võimaldab projektiarendajatel ja EPC-del CIGS-i strateegiliselt juurutada seal, kus traditsioonilised päikesevarud ei vasta finantsprognoosidele.
Suure-tihedusega linna C&I katused:Äripindade katused on sageli täis HVAC-seadmeid, ventilatsiooniavasid, torusid ja liftiga katusekortereid. Kuigi c-Si paigutuse konfiguratsioonid nõuavad suuri tagasilööke, et vältida ridadevahelist-varjutust, saab CIGS-i massiive paigutada tihedalt ja takistuste lähedale, neelates hajutatud valgust ja lokaliseeritud varje ilma süsteemi väljalangemiseta.
Kõrge{0}}laiuskraadi ja rannikupiirkonnad:Piirkondades, mida iseloomustab püsiv mereudu, hooajalised mussoonid või pikad talvekuud, on suurem osa aastasest kiirgustihedusest hajus. Nendes keskkondades töötavad CIGS-i tehased annavad pidevalt kõrgemat erisaagist (kWh/kWp) võrreldes c-Si-ga, mis vähendab projekti tegelikku LCOE-d.
Vertikaalsed ja jälgimise integratsioonid:Integreeritud fotogalvaanika (BIPV) ehitamisel, kus paneelid paigaldatakse fassaadidele vertikaalselt, on otsene risti päikesevalgus haruldane. CIGS püüab kinni maapinnast-peegeldunud valguse (albeedo) ja ümbritseva taeva kiirguse palju tõhusamalt kui jäik räni.
Järeldus: insenerid reaalse maailma jaoks
Päikeseenergia vara rahalise elujõulisuse määrab selle tegelik{0}}tootlus, mitte laborihinnang. Kuigi kristalliline räni on endiselt võimas valik laia -lahtise, varjuta ja põua tasandiku jaoks, kõigub see struktuursete varjude, häguse mikrokliima ja keeruka arhitektuurse keskkonnaga tutvumisel.
Kasutades otsest ribalaiust, häälestatavat, astmelist aatomistruktuuri ja laseriga{0}}kirjutatud monoliitset integratsiooni, muudab CIGS-tehnoloogia hajutatud ja varjutatud valguse süsteemi kadumisest funktsionaalseks varaks.
Optimeerige oma kõrge{0}}varjuga projekte CIGS-iga
Ärge laske keerukatel katustel või ettearvamatutel ilmastikuprofiilidel kahjustada teie projekti sisemist tulumäära (IRR). Meie täiustatud CIGS-i õhukese-kile moodulid on täppis-konstrueeritud nii, et nad püüaksid hajutatud valgusest maksimaalset energiat, pakkudes lineaarset ja vastupidavat reaktsiooni tegelikule-varjutamisele.
Võtke juba täna ühendust meie tehniliste rakenduste meeskonnagaet vaadata üle oma projekti varjutusanalüüs ja näha, kuidas CIGS saab kaotatud energiasaagi taastada.
