Фотоэлектрический модуль состоит из нескольких соединенных солнечных элементов (обычно 36 элементов, соединенных последовательно), инкапсулированных в едином, долговечном и стабильном устройстве.
Главная цель инкапсуляции- защитить электрически соединенные солнечные элементы и проводку от неблагоприятной окружающей среды, в которой им приходится работать. Например, так как солнечные элементы сами по себе относительно тонкие, их очень легко сломать, если они находятся вне модуля. Кроме того металлические контакты на лицевой поверхности солнечного элемента и провода, соединяющие элементы друг с другом подвержены коррозии, вызванной водой или водяным паром. Две основные функции модуля — защитить элементы от механических повреждений и воды.
Существует множество различных видов модулей. Они часто отличаются в зависимости от типа солнечных элементов и области применения. К примеру, солнечные элементы на основе аморфного кремния обычно инкапсулируются в эластичные батареи, тогда как солнечные элементы на основе подложек кристаллического кремния помещают в жесткие модули со стеклянной поверхностью. Срок годности и гарантия на модули кристаллических солнечных элементов обычно составляет около 20 лет, что говорит об их высокой надежности.
Материалы для модулей
Большинство модулей кристаллических солнечных элементов состоят из прозрачного лицевого поверхностного слоя, инкапсулятора, заднего слоя и рамки вокруг внешних краев. В большинстве модулей верхний слой изготавливают из стекла, инкапсулятор — из этилвинил ацитата (EVA), а задний слой — из поливинил флорида (PVF или Tedlar), как показано ниже
Материалы для лицевой поверхности
Лицевая поверхность фотоэлектрического модуля должна иметь высокую пропускающую способностью излучения, которое будет использоваться солнечными элементами. Для кремниевых солнечных элементов необходимо пропускать как можно больше волн в диапазоне 350-1200 нм. Кроме того лицевая поверхность должна иметь низкое отражение. Теоретически отражение можно было бы уменьшить с помощью нанесения антиотражающих покрытий, однако, на практике они оказываются недостаточно надежными для погодных условий, в которых используются солнечные батареи. Другой способ уменьшения отражения заключается в том, чтобы сделать поверхность шероховатой. Однако, при этом увеличится количество грязи и пыли, оседающих на стекле. И если обычное стекло «самоочищается», когда идет дождь или дует ветер, то «самоочищение» текстурированного стекла менее вероятно. Так что выигрыш, полученный в результате уменьшения отражения, будет быстро перевешен потерями из-за загрязнения поверхности.
Кроме свойств, связанных с пропусканием и отражением верхний слой должен также быть непроницаем для воды, иметь хорошее сопротивление к ударам, не зависеть от ультрафиолетового облучения и иметь низкое термическое сопротивление. Вода или водяной пар, попавшие внутрь модуля, приведут к коррозии металлических контактов и соединений, что значительно уменьшит срок службы модуля. В большинстве модулей лицевая поверхность используется и как элемент прочности, на котором держатся солнечные элементы и провода.
Существуют несколько материалов, из которых можно изготовить лицевую поверхность. Это акриловые волокна, полимеры или истекло. Чаще всего выбирают стекло с низким содержанием железа, так как оно имеет высокую прочность, стабильность, прозрачность, непроницаемо для воды и газов, имеет хорошие самоочистительные свойства и низкую стоимость.
Инкапсулятор
Инкапсулятор нужен для создания промежуточного слоя между солнечными элементами, лицевой поверхностью и тыльной поверхностью фотоэлектрического модуля. Инкапсулятор должен сохранять свои свойства при высоких температурах и интенсивном облучении ультрафиолетом. Он также должен быть оптически прозрачным и иметь низкое термическое сопротивление. Наиболее часто в качестве инкапсулятора используются этилвинил ацетат (EVA). EVA поставляется в виде тонких листов, которые вкладываются между солнечными элементами и лицевой и тыльной поверхностями. После чего весь этот бутерброд нагревают до 150 оС, в результате чего молекулы EVA полимеризуются и связываются друг с другом.
Тыльная поверхность
Главным требованием к задней поверхности ФЭ модуля является низкое термическое сопротивление и водонепроницаемость. В большинстве модулей в качестве задней поверхности используется тонкий полимерный слой, обычно Tedlar. Некоторые ФЭ модули спроектированы таким образом, чтобы принимать излучение сразу с обеих сторон. В таких двухсторонних модулях и лицевая и задняя поверхности должны быть изготовлены из прозрачных материалов.
Каркас
Последним элементом конструкции модуля является его обрамление. Обычно каркас делают из алюминия. Каркас не должен выступать за поверхность модуля, чтобы на ней не скапливались вода, пыль и грязь.
Несколько видов кремниевых ФВ модулей.
Плотность упаковки
Плотность упаковки солнечных элементов в ФЭ модуле равна отношению площади модуля, которую занимаются солнечные элементы к пустующей площади. Плотность упаковки на ряду с рабочей температурой является фактором, определяющим выходную мощность батареи. Плотность упаковки зависит от формы используемых солнечных элементов. Например монокристаллические элементы бывают круглыми или полукруглыми, тогда как поликристаллические элементы обычно квадрантные. Поэтому плотность упаковки монокристаллических элементов ниже, чем поликристаллических. Возможные варианты упаковки круглых и квадратных элементов показана ниже.
Плотность упаковки круглых и квадратных солнечных элементов. Круглые слитки выращенные по технологии Чохральского дают низкую плотность упаковки. Для того, чтобы ее увеличить, края слитков обрезают. Мультикристаллический материал разрезается на квадраты, которые дают высокую плотность упаковки.Если между элементами специально оставлять зазоры и заднюю поверхность сделать из белого материала, то можно немного увеличить выходную мощность за счет эффекта концентрации излучения (SERI), который изображен ниже. Определенное количество света, попадающего в области между солнечными элементами и проводкой, рассеивается и направляется в активные области модуля.
Эффект концентрации в модуле с редко расположенными солнечными элементами и белой отражающей задней поверхностью.
PVCDROM Christiana Honsberg и Stuart Bowden
