Das Stromerzeugungsprinzip von Photovoltaikzellen
Das Funktionsprinzip von Photovoltaikzellen basiert auf dem photoelektrischen Effekt. Das bedeutet, dass bei der Einstrahlung von Photonen auf Halbleitermaterialien Elektronen-Loch-Paare entstehen. Diese Elektronen und Löcher werden unter der Wirkung eines elektrischen Feldes getrennt und erzeugen einen elektrischen Strom. Sein spezifischer Arbeitsablauf lässt sich wie folgt erklären:
Photonenabsorption:Wenn Sonnenlicht auf eine Photovoltaikzelle scheint, absorbieren Halbleitermaterialien (z. B. Silizium) Photonen.
Erzeugung von Elektronen-Loch-Paaren:Wenn die Photonenenergie größer ist als die Bandlückenenergie des Halbleiters, regt es Elektronen zum Übergang vom Valenzband zum Leitungsband an und bildet Elektronen-Loch-Paare.
Elektrische Feldtrennung:Am pn-Übergang der Batteriezelle trennt ein eingebautes elektrisches Feld Elektronen und Löcher, wodurch sich Elektronen in Richtung des n-Bereichs und Löcher in Richtung des p-Bereichs bewegen.
Aktuelle Formation:In einem externen Stromkreis fließen Elektronen durch Drähte, um Strom zu erzeugen und elektrische Energie abzugeben.
1. Was sind versteckte Risse in Photovoltaikzellen?
Mikrorisse in Photovoltaikzellen beziehen sich auf winzige Risse im Inneren oder auf der Oberfläche der Zelle, die mit bloßem Auge möglicherweise nicht sichtbar sind, aber erhebliche Auswirkungen auf die Leistung und Lebensdauer der Zelle haben können.
a) Reduzieren Sie die effektive Stromerzeugungsfläche:Der verborgene Rissbereich kann nicht effektiv an der photoelektrischen Umwandlung teilnehmen, wodurch die effektive Stromerzeugungsfläche der Batteriezelle verringert wird. Dies führt zu einer Verringerung der Gesamteffizienz der Stromerzeugung.
b) Zunehmender Widerstand:Verborgene Risse können dazu führen, dass sich der lokale Widerstand erhöht, was den reibungslosen Elektronenfluss im Bereich verborgener Risse erschwert. Dies führt zu einer Erhöhung des Serienwiderstands, einer Verringerung des Füllfaktors (FF) der Batteriezellen und einer Verringerung der Ausgangsleistung.
c) Aktuelle Nichtübereinstimmung:Versteckte Risse können zu einem ungleichmäßigen Strom innerhalb der Batteriezelle führen, wobei in einigen Bereichen ein niedrigerer Strom herrscht. Eine Stromungleichheit in in Reihe geschalteten Batteriezellen kann die Leistung des gesamten Batteriestrangs beeinträchtigen und die Leistung der Komponenten verringern.
d) Hot-Spot-Effekt:Der hohe Widerstand im verborgenen Rissbereich kann zu lokaler Überhitzung und der Bildung von Hot Spots führen. Heiße Stellen können Batteriezellen beschädigen oder Brände verursachen, was die Systemsicherheit ernsthaft beeinträchtigen kann.
e) Beschleunigte Alterung:Versteckte Risse können die Struktur von Batteriezellen fragiler und anfälliger für weitere Schäden durch äußere Einflüsse wie Temperaturschwankungen, mechanische Beanspruchung usw. machen. Die Lebensdauer von Batteriezellen verkürzt sich und ihre Langzeitstabilität nimmt ab.
f) Stromverlust:Versteckte Risse können dazu führen, dass Strom aus dem verborgenen Rissbereich austritt und unnötige Strompfade entstehen. Dies führt zu einer Verringerung des Gesamtwirkungsgrads der Batteriezellen und einer Verringerung der Abgabe elektrischer Energie.
Gründe für die Entstehung versteckter Risse:
1) Stress während des Herstellungsprozesses:
a) Beim Schneiden, Schweißen und Verpacken von Batteriezellen können mechanische Spannungen entstehen, die zu versteckten Rissen führen.
b) Während des Wärmebehandlungsprozesses können Temperaturänderungen zu thermischen Spannungen führen, die zu versteckten Rissen führen.
2) Vibrationen und Stöße während des Transports und der Handhabung
Während des Transports und der Handhabung können Batteriezellen bei unsachgemäßer Verpackung Vibrationen und Stößen ausgesetzt sein, was zu versteckten Rissen führen kann.
3) Mechanische Beanspruchung beim Einbau: Unsachgemäßer Betrieb, übermäßige mechanische Kompression und Dehnung beim Einbau können zu versteckten Rissen in den Batteriezellen führen.
4) Die Auswirkungen von Umweltbedingungen
Im realen Betrieb werden Batteriezellen durch Umwelteinflüsse wie Temperaturschwankungen, Windlasten und Schneelasten beeinflusst, was zu versteckten Rissen führt.
Testmethode:
EL-Test (Elektrolumineszenztest)
Prinzip:Durch Anlegen von Strom sendet die Batteriezelle Licht aus und mithilfe einer Infrarotkamera wird die Lichtemission der Batteriezelle erfasst. Die verborgenen Risse erscheinen als dunkle Flecken.
Vorteile:Es kann intuitiv die Verteilung und den Schweregrad versteckter Risse anzeigen.
Nachteil:Die Durchführung muss unter Dunkelkammerbedingungen erfolgen und ist komplex.
Prinzip der Infrarot-Wärmebildgebung:Durch die Erkennung des Infrarot-Wärmebildes der Batteriezelle können Sie den Temperaturbereich identifizieren, der durch versteckte Risse verursacht wird.
Vorteile:Es kann schnell und zerstörungsfrei großflächige Batteriezellen erkennen.
Nachteile:Hohe Anforderungen an die Prüfausrüstung und hohe Kosten.
Photolumineszenz (PL)-Test
Prinzip:Verwendung von Laserbestrahlung zur Erkennung der Photolumineszenzeigenschaften von Batteriezellen. Die Lumineszenz am verborgenen Riss wird deutliche Veränderungen zeigen.
Vorteile:Schnelle Erkennungsgeschwindigkeit, geeignet für die Inspektion von Produktionslinien.
Nachteil:Es werden hohe Anforderungen an die Detektionsausrüstung und die Umgebung gestellt.
Ultraschallprüfung
Prinzip:Nutzung der Reflexions- und Übertragungseigenschaften von Ultraschall zur Erkennung versteckter Risse in Batteriezellen.
Vorteile:Hohe Empfindlichkeit zur Erkennung versteckter Risse, auch kleinere versteckte Risse können erkannt werden.
Nachteile:Die Ausrüstung ist komplex und erfordert Fachkenntnisse für die Bedienung.
So verhindern Sie vor allem die oben genannten Ursachen
Verbessern Sie Fertigungsprozesse
Schneidvorgang:Um die Entstehung mechanischer Spannungen zu reduzieren, kommt die zerstörungsfreie Schneidtechnik zum Einsatz.
Schweißverfahren:Optimieren Sie die Schweißparameter, um die Auswirkungen thermischer Spannungen zu reduzieren.
Verpackungsprozess:Verwendung flexibler Verpackungsmaterialien, um die Auswirkungen mechanischer Belastungen zu reduzieren.
Optimieren Sie Transport und Handhabung
Verpackungsdesign:Verwendung stoßdämpfender Verpackungsmaterialien zur Reduzierung von Vibrationen und Stößen beim Transport.
Betriebsspezifikationen:Entwickeln Sie detaillierte Spezifikationen für den Handhabungsvorgang, um mechanische Schäden während des Handhabungsprozesses zu reduzieren.
Vorsichtsmaßnahmen während der Installation
Professionelle Installation:Stellen Sie sicher, dass das Installationspersonal eine professionelle Schulung erhalten hat, um eine unsachgemäße Bedienung zu vermeiden, die zu versteckten Rissen führt.
Mechanischer Schutz:Verwenden Sie beim Einbau Schutzvorrichtungen, um Schäden an den Batteriezellen durch mechanische Beanspruchung zu vermeiden.
Umweltüberwachung und -wartung
Umweltüberwachung:Überwachen Sie regelmäßig die Betriebsumgebung von Batteriezellen, um Schäden durch extreme Umgebungsbedingungen zu vermeiden.
Regelmäßige Wartung:Warten und inspizieren Sie Photovoltaikzellen regelmäßig, um versteckte Rissprobleme umgehend zu erkennen und zu beheben.