OHUTKALVOKENNOTTavanomaiset yksi- ja monikidepiikennot (puolijohtavat p-n-liitokset) ovat ensimmäisen sukupolven aurinkokennotyyppejä. Piikennot tulivat ensimmäisenä markkinoille ja tästä syystä niillä on nykyisin suurimmat markkinat. Ohutkalvoaurinkokenno on toisen sukupolven aurinkokenno, joka valmistetaan lisäämällä ohut sähköä tuottava kalvo lasiin, muoviin tai metalliin. Toisen sukupolven ohutkalvoteknologioita ovat CdTe, CIGS ja a-Si. Ohutkalvokennot tulivat tunnetuiksi 1970-luvun lopulta lähtien, kun markkinoille ilmestyivät taskulaskimet, joiden virtalähteenä oli pieni amorfisen piin nauha.  Ohutkalvotekniikoiden etuja perinteiseen aurinkopaneeliin verrattuna ovat integroitavuus muihin materiaaleihin, esteettisyys, suhteellisen edullinen hinta, valmistuksen ympäristöystävällisyys, paremmat hajasäteilyn talteenottokyvyt sekä paremmat lämpötekniset ominaisuudet. Kalvonpaksuus vaihtelee muutamasta nanometristä (nm) kymmeniin mikrometreihin (µm). Vertailuna, perinteisen piikidekennon vahvuus on 0,3 mm. Tästä syystä ohutkalvot ovat taipuisia, joustavia ja kevyitä. Ohutkalvoteknologian suurin etu ensimmäisen sukupolven aurinkokennoihin verrattuna on niiden työstettävyys, jonka avulla kalvoista saadaan osittain läpinäkyviä. Läpinäkyvä rakenne mahdollistaa monia käyttökohteita, joissa se korvaa perinteisen läpinäkyvän lasin. Haittoja ovat saatavuus (vain muutama valmistava yritys), huonompi hyötysuhde, tuoton pieneneminen läpinäkyvyyden kustannuksella ja painon mukana tulevat logistiset haasteet. Ympäristönäkökulmasta katsottuna tavanomaisen, ensimmäisen sukupolven aurinkokennon elinkaarenaikainen (valmistuksesta hävitykseen) päästöt ovat 45 grammaa jokaista tuotettua kilowattituntia kohde. Vertailukohteena voidaan pitää keskimääräinen sähköntuotannon CO2-päästökerroin Suomessa laskettuna viiden vuoden liukuvana keskiarvona 158 g CO2 kilowattituntia kohden (tilastokeskus 2019). A-Si-ohutkalvon kerroin on 36 g CO2 / kWh, CdTe-ohutkalvon kerroin on 28 g CO2 / kWh ja CIGS-ohutkalvon kerroin on 24 g CO2 / kWh. A-Si kennon on ylivoimaisesti ympäristöystävällisin valmistaa, mutta koska sen hyötysuhde on heikoin, se myös tuottaa vähiten, jolloin päästökerroin jää korkeammaksi kuin kilpailevilla teknologioilla.  A-Si, AMORFHINEN PIIKENNOAmorfinen pii (a-Si) on ei-kiteinen piikidemuoto, jota käytetään aurinkokennoihin ja ohutkalvotransistoreihin nestekidenäytöissä. Käytettynä puolijohdemateriaalina a-Si-aurinkokennoille tai ohutkalvoisille piin aurinkokennoille, se kerrostuu ohuissa kalvoissa monille joustaville alustoille, kuten lasi, metalli ja muovi. Amorfisilla piisoluilla on yleensä heikko hyötysuhde, mutta ne ovat yksi ympäristöystävällisimmistä aurinkosähkötekniikoista, koska niissä ei käytetä myrkyllisiä raskasmetalleja, kuten kadmiumia tai lyijyä.  CdTe, KADIUMTELLURIDIKENNOKadmiumtelluridi (CdTe) - on yksi kolmesta toisen sukupolven aurinkosähköteknologioista, jotka perustuvat ohutkalvotekniikoihin. Kadiumtelluridikennossa on ohut puolijohdekerros, joka on suunniteltu absorboimaan ja muuttamaan auringonvalo sähköksi. Kadmiumtelluridikenno on ainoa ohutkalvoteknologia, jolla on alhaisemmat kustannukset kuin tavanomaisella piikidekennolla. CdTe-kennolla on elinkaaren osalta pienin hiilijalanjälki, vähiten vedenkäyttöä ja lyhyin takaisinmaksuaika kaikista nykyisistä aurinkosähköteknologioista. Toisaalta CdTe:ssä käytetty kadmium on ihmiselle myrkyllistä ja se aiheuttaa syöpää. Kadmiumin myrkyllisyys on ympäristöongelma, jota lievitetään CdTe-moduulien pakollisella kierrätyksellä niiden käyttöiän lopussa. Wpävarmuustekijöitä on vielä ja yleinen mielipide on skeptinen tämän tekniikan suhteen. Harvinaisten materiaalien käytöstä voi myös tulla rajoittava tekijä CdTe-tekniikan teollisuuden skaalautuvuuteen keskipitkällä aikavälillä. Telluurin, josta telluridi on ioninen muoto, saatavuus on verrattavissa maankuoren platinan määrään ja myötävaikuttaa merkittävästi moduulin kustannuksiin. CIGS, KUPARI-INDIUMGALLIUMSELENIIDIKENNOKupari-indiumgalliumseleniidiaurinkokenno (CIGS, CI(G)S tai CIS) on ohutkalvoinen aurinkokenno, jota käytetään muuntamaan auringonvalo sähköenergiaksi. Sitä valmistetaan kerrostamalla ohut kerros kuparia, indiumia, galliumia ja seleeniä lasin tai muovin taustaan sekä edessä ja takana olevat elektrodit virran keräämiseksi. Koska materiaalilla on korkea absorptiokerroin ja se absorboi voimakkaasti auringonvaloa, tarvitaan paljon ohuempi kalvo verrattuna muihin puolijohdemateriaaleihin. Teknologian on todettu ottavan epäsuora valo (hajasäteily) erittäin hyvin vastaan, ihan kuten muissakin ohutkalvoteknologioissa.
CIGS-teknologiaa alettiin kehittää noin 15 vuotta sitten ja sille nähdään erittäin hyvät kehittymismahdollisuudet. Teknologiaa kuitenkin pidetään olevan vieläkin kehityksen alkuvaiheessa. CIGS-aurinkokennojen hyötysutheen laboratorioissa kasvaa jo lähemmäksi 25 % luokkaa, joka on enemmän kuin perinteisellä piikiteellö tuotetuissa teknologioissa. ESTODIODITNykyaikaisissa aurinkopaneeleissa on liitoskoteloissa estodiodit (bypass diodes) ja useimmiten niitä on 3 kpl. Diodi on elektroniikan komponentti, joka päästää sähkövirran kulkemaan lävitseen vain yhteen suuntaan. Aurinkopaneelin kennot kytketään useaan sarjaan ja jokaisen sarjan päähän kytketään diodi. Tämä estää sähkövirran kulkua toiseen suuntaan, joten jos joku osa varjostuu tai on likaisempi kuin toinen, ei koko paneelin tuotto tipu tämän huonoimman kennon tasolle. Estodiodien vaikutusta on vaikea arvioida, koska vaikutus riippuu ainoastaan asennuspaikasta. Estodiodien on todettu parantavan paneelin tuottoa varjoisessa ympäristöissä jopa 40 %.  PERC-TEKNOLOGIAAurinkopaneelimarkkinoilla on tapana kehittyä erittäin vauhdikkaasti. Hyvä esimerkki on aurinkopaneeleissa käytetty PERC-teknologia, jonka ennustettiin vuonna 2014 valtaavan markkinat vuoteen 2020 mennessä. Tänään, lähes jokainen uusi valmistettu aurinkopaneeli käyttää PERC-teknologiaa. PERC-tekniikka kehitettiin ensimmäisen kerran Australiassa 1980-luvulla tutkija Martin Greenin ja hänen tiiminsä New South Walesin yliopistossa lisäämällä ylimääräinen kerros aurinkokennon takapuolelle. Valmistajat käyttivät useita vuosia keskittyen aurinkokennon etupuolelle, ja vähemmän huomiota kiinnitettiin tuotantomahdollisuuksien hyödyntämiseen kennon takaosassa. PERC: n sisällyttäminen aurinkokennoon kasvattaa ensimmäisen sukupolven aurinkokennojen käyttöä vielä pidemmäksi. PERC, Passivated Emitter and Rear Contact, tarkoittaa aurinkokennorakennetta, jossa kennon taustalla oleva kerros on ns. passiivinen. Passiivinen kerros nimensä mukaan passivoi säteilyä pääsemästä kennon taustan läpi hukkaan. PERC-solun luomiseksi käytetään kahta lisävaihetta kennon vakiotaustaan (BSF) valmistusprosessin aikana. Ensin levitetään takapinnan passivointikalvo. Toiseksi käytetään lasereita tai kemikaaleja avaamaan takana oleva passivointikerros ja luomaan kerrokseen pieniä taskuja, jotta ne absorboivat enemmän valoa. Tällä tavoin säteily saadaan paremmin kokonaisuudessaan hyötykäyttöön kennon taustan läheisyydessä. Vaikka valmistusprosessissa on enemmän vaiheita, tehokkuuden lisääminen mahdollistaa kustannusten alenemisen, myös järjestelmätasolla. PERC_teknologialla voidaan parhaimmillaan saavuttaa 1 % lisä paneelin hyötysuhteeseen. PID-HÄVIÖTIndusoituneen jännitteen purkautuminen (Potential Induced Degradation, PID) on yksi aurinkosähkömodulien heikkouksista ja siksi useat valmistajat tuottavat ANTI-PID tuotteita tavanomaisten aurinkopaneelien rinnalla. Aurinkopaneelin tuottaman jännitteen indusoituminen paneelin kehyksiin ja sitä kautta asennuskiskoihin ja maahan voi aiheuttaa jopa 30 % hukkaa paneelin tuotossa. Usemmiten valmsitajat ovat testanneet ja sertifoineet aurinkopaneelinsa ANTI-PID tai PID-Resistance -merkinnöillä. Haitallisten vuotovirtojen syy aurinkokennon rakenteen lisäksi on yksittäisten aurinkosähkömoduulien (PV) jännite maahan. Useimmissa maadoittamattomissa PV-järjestelmissä PV-moduulit, joilla on positiivinen tai negatiivinen jännite maahan, altistetaan PID:lle. PID tapahtuu pääosin negatiivisessa jännitteessä suhteessa maapotentiaaliin, ja sitä kiihdyttävät suuret järjestelmän jännitteet, korkeat lämpötilat ja korkea kosteus. PID-ongelmat kasaantuvat suurimmalta osiltaan string- tai keskusinverttereillä toteutettuihin järjestelmiin. Indusoitumista voidaan ennaltaehkäistä kolmella tavalla. Panostamalla laadukkaisiin PID-suojattuihin paneeleihin, tekemällä järjestelmä mikroinvertteriteknologiaa käyttäen tai maadoittamalla aurinkokennojen rungot järjestelmän miinus- tai plusnapaan (kumpi, selviää paneelin valmistajalta). Järjestelmän maadoittamattajättäminen ei tule kyseeseen sähköturvallisuusmääräysten perusteella.  LID-HÄVIÖTValon aiheuttama hajoaminen (Light Induced Degradation, LID) on vähemmän tunnettu ilmiö, joka vaikuttaa suureen segmenttiin kiteisen piin aurinkokennoista. Lyhyesti sanottuna aurinkokennoissa tapahtuu hajoamista muutaman ensimmäisen päivän ajan asennuksen jälkeen auringonvalolle altistumisen seurauksena. Tämä voi johtaa 0,5 - 1,5 % häviöihin paneelin tuotossa.
Tärkeää on, että LID vaikuttaa joihinkin moduulityyppeihin, mutta ei toisiin. Ymmärtääksesi LID: n syitä ja miksi se vaikuttaa vain tietyntyyppisiin moduuleihin, on ensin ymmärrettävä kaksi tekijää, jotka erottavat aurinkokennot: niiden kiderakenne (yksikiteinen tai monikiteinen) ja niiden sähköiset ominaisuudet (P-tyyppi tai N-tyyppi). 1. Kiderakenne-erot:
2. Sähköiset ominaisuudet:
LID johtuu tyypillisesti boorihappiyhdisteiden muodostumisesta piikiekkoihin. Tämä tarkoittaa, että yksikiteisillä aurinkokennoilla, jotka ovat p-tyyppiä, sisältävät eniten booria, joten niillä on eniten LID-häviöitä. Myös P-tyypin monikiteisillä kennoilla on LID-häviöitä, mutta vähemmän kuin yksikiteisillä, johtuen pienemmästä happipitoisuudesta. LID-prosessia ei yleensä oteta huomioon moduulien laboratoriotestauksessa, joten sitä ei sisällytetä PV-moduulin tekniseen taulukkoon.
BIFACIAL-AURINKOKENNOTBifacial-aurinkokennot tarjoavat muutamia etuja perinteisiin aurinkopaneeleihin verrattuna. Tehoa voidaan tuottaa kaksisuuntaisen moduulin molemmilta puolilta, mikä lisää energian kokonaistuotantoa. Bifacial paneelit valmistetaan perinteisistä piikidekennoista, kuten tavallisetkin aurinkopaneelit. Näissä on vain taustapuoli jätetty läpinäkyväksi (lasi - lasi), jolloin tuottoa tulee myös paneelin taustapuolelta. Ne ovat usein kestävämpiä, koska molemmat puolet paneelista ovat lasia. Ne ovat myös teoriassa kestävämpiä, koska paneeleissa ei ole kehyksiä. Toisaalta paneelit ovat painavempia, joten logistisesti bifacial-paneelit ovat haastavampia niin kuljettaa, kuin asentaa. Bifacial paneelien neliöteho menee jo yli 200 Wp/m2. Kaksiosaiset moduulit tuottavat aurinkoenergiaa paneelin molemmilta puolilta. Kun perinteiset läpinäkymättömät taustakalvolla varustetut paneelit ovat yksipuolisia, kaksipuoleiset paneelit tuottavat valsota energiaa sekä etu- että takapuolelta. Mitä heijastavampi materiaali paneelien alustana on, sitä parempi on taustapuolen tuotto. Bifacial-paneelit tuottavat parhaimmillaan jopa 30 % enemmän kuin perinteiset yksipuoleiset paneelit.  HALF-CUT-AURINKOKENNOTUusimpia kaupallisia SUomeen rantautuneita aurinkopaneeliteknologioita on puolikennot. Aurinkosähköä koskevan kansainvälisen teknologiasuunnitelman (ITRPV) yhdeksäs painos ennustaa, että puolisolujen markkinaosuus kasvaa 5 prosentista vuodesta 2018 lähes 40 prosenttiin vuoteen 2028. Ensimmäiset puolkennot toi markkinoille REC vuonna 2014. Puolesoluisissa moduuleissa on aurinkokennot, jotka on leikattu kahtia, mikä parantaa moduulin suorituskykyä ja kestävyyttä. Perinteisissä 60- ja 72-kennoisissa paneeleissa on vastaavasti 120 ja 144 puolikasta kennoa. Kun aurinkokennot puolitetaan, myös niiden virta puolittuu, joten resistiiviset häviöt pienenevät ja solut voivat tuottaa vähän enemmän virtaa. Pienemmillä soluilla on pienemmät mekaaniset rasitukset, joten halkeamismahdollisuudet ovat pienemmät. Puolisoluisilla moduuleilla on parempi tehokkuus ja ne ovat luotettavampia kuin perinteiset paneelit. Riippumattomat ylemmät ja alemmat puolikennot parantavat aurinkokennon varjostusominaisuuksia. Aikaisemman 3 ketjun sijaan Half-Cut-paneeleissa on 6 ketjua, jolloin varjon osuessa paneeliin, se heikkenee kuudenneksen kerrallaan. Heikkouksia puolikennotekniikassa on kaksi. Toinen on erittäin hauraat PERC-teknologiaan perustuvat kennot. Solun leikkaaminen puoliksi on erittäin herkkä prosessi. Toinen heikkous on liitoskiskojen liittäminen toisiinsa sekä kennoihin. Puolisolukennoissa käytetään neljää tai jopa useampaa kiskoa. Kiskot ovat erittäin kapeita ja ohuita, jolloin ne vaativat entistäkin tarkemman liitoskoneen. Toisaalta Half-cut-teknologialla ei ole saavutettu kuin 370 Wp (Jinko Swan) teho kun taas vastaavissa yleisissä yksikidepiipaneeleissa tehot ovat jo 390 Wp.   PIIKIDEKENNOTAurinkokennojen yleisin valmistusmateriaali on yksi- tai monikiteinen pii. Teknologia on vakiintunutta, ja yli 90 prosenttia tarjolla olevista aurinkokennoista on piikidekennoja. Piikidekennoja tituleerataan ensimmäisen sukupolven aurinkokennoteknologiaksi. Kennot jaotellaan yksi- ja monikiteisiksi. Piikidekennoista valmistettujen aurinkosähköpaneelien hyötysuhde on kaupallisissa sovelluksissa tavallisesti 15-20 prosenttia. Paneelin hyötysuhteeseen vaikuttaa useita eri asioita. Yksi niistä on aurinkopaneelin kennoteknologia. Kennoteknologioita on useita, mutta keskitytään tässä ainoastaan kahteen yleisempään, yksikide- ja monikidepiikennoihin. Kennoteknologiassa tärkeimpiä hyötysuhteeseen vaikuttavia tekijöitä ovat valonsäteen läpäisy ja kuinka paljon säteestä saadaan käännettyä positiiviseksi varaukseksi. Kuinka hyvin positiiviset varauksenkuljettajat siirtyvät p-n-liitoksessa, kuinka hyvin elektronien siirtymisestä syntyvä valovirta minimoidaan ja kuinka hyvin kennosta saatava virta saadaan kulkemaan mahdollisimman pienellä resistanssilla. Näihin asioihin vaikuttavat suuresti materiaalivalinnat.  YKSIKIDEPIIKENNO (MONO-SI)Yksikiteinen on vanhin ja kehittynein kennotekniikoista. Kennot valmistetaan yhtenäisestä piikidepötköstä leikkaamalla. Monokiteiset paneelit, kuten nimestä voi päätellä, on luotu yhdestä jatkuvasta kiderakenteesta. Yksikiteinen paneeli tunnistetaan yksiväristä kennoista. Yksikiteisellä paneelilla on parempi hyötysuhde ja käyttöikä on pidempi kuin monikiteisellä johtuen vakaammasta kiderakenteesta. Lisäksi lämpötilan vaikutukset ovat pienemmät yksikiteisellä aurinkopaneelilla. MONIKIDEPIIKENNO (MULTI-SI)Polykiteinen tai monikiteinen on uudempi tekniikka, ja sen valmistusprosessissa piikiteen annetaan säröytyä, joka muodostaa aurinkokennoon rakeisen ulkonäön. Vaikka monikiteisessä kennossa on hieman heikompi hyötysuhde, on sen valmistus edullisempaa, josta syystä monikiteinen aurinkopaneeli on suositumpi. Monikiteisellä kennolla on parempi hyötysuhde hajasäteilyn osalta rakeisen kennorakenteen vaikutuksesta. Monikiteisen aurinkopaneelin etuna voidaan pitää halvempaa hintaa johtuen valmistusprosessista ja ympäristönäkökulmasta pienempää piikidehukkaa valmistuksessa.
|
AMMATTILAISENAjatuksia aurinkosähköön liittyen. Tarkoituksena on jakaa vastaantullutta tietoa kaikille kuluttajille, yhteistyökumppaneille sekä ennenkaikkea alan toimijoille. ARKISTO
November 2020
KATEGORIAT
All
|
RSS Feed
|
Ralos.eco © Copyright 2020. Kaikki oikeudet pidätetään.