Tipos de painéis solares e análise da eficiência na geração de energia
2025-01-11
Existem vários tipos diferentes de painéis solares devido aos diferentes materiais e processos de fabricação que compõem os painéis.
Os módulos fotovoltaicos, também conhecidos como painéis solares, são os componentes mais importantes nos sistemas de geração de energia solar. Um módulo fotovoltaico completo é composto por dezenas de células solares, caixas de junção e estruturas. Como as células solares individuais não podem ser usadas diretamente como fontes de energia, para utilizá-las como fontes de energia, é necessário conectar várias células individuais em série ou paralelo e embalá-las de forma compacta em módulos.
Neste artigo, apresentaremos os princípios de funcionamento e a comparação da eficiência de geração de energia de vários tipos diferentes de painéis solares.
O princípio da geração de energia solar é que a luz solar incide sobre a junção p-n semicondutora da célula fotovoltaica, formando novos pares de buracos e elétrons. Sob a ação do campo elétrico da junção p-n, os buracos fluem da região p para a região n, e os elétrons fluem da região n para a região p. Quando o circuito é conectado, forma-se uma corrente elétrica. Sua função é converter a energia solar em energia elétrica e enviá-la para a bateria para armazenamento ou para acionar a carga para funcionar.
Três tipos diferentes de tecnologia de painéis solares
1.Tecnologia de célula solar de silício cristalino
Existem diferenças entre o silício monocristalino e o silício policristalino. A vantagem é que a taxa de conversão fotoelétrica é mais alta, podendo alcançar mais de 21%, e a desvantagem é que o preço é relativamente caro. A tecnologia de célula solar de silício cristalino é a tecnologia predominante no mercado atual.
2.Tecnologia de célula solar de película fina
As vantagens da tecnologia de célula solar de película fina são o baixo uso de material e o preço de venda baixo. No entanto, sua maior desvantagem é que a taxa de conversão fotoelétrica é apenas metade da do silício cristalino, com eficiência de conversão variando entre 6% e 10%, o que resulta em uma participação de mercado muito baixa.
3.Nova tecnologia de célula solar
A nova tecnologia de célula solar tem as vantagens de alta taxa de conversão e baixo custo. As células fotovoltaicas de perovskita são um novo tipo de produto de célula solar que deve ser produzido em massa rapidamente. O limite teórico de eficiência das células de perovskita de junção única pode atingir 33%, o que é superior às células de silício cristalino e às células de película fina. No entanto, a maior desvantagem das células fotovoltaicas de perovskita é que a decadência da eficiência é relativamente grave. Antes que a tecnologia de decadência de eficiência seja resolvida, elas não serão amplamente utilizadas.
Painéis Solares: Silício Policristalino e Monocristalino:
De acordo com os diferentes materiais, os painéis solares podem ser divididos em dois tipos diferentes de painéis solares: silício policristalino e silício monocristalino.
1. Módulos fotovoltaicos de silício policristalino
Módulos fotovoltaicos fabricados a partir de wafers de silício policristalino. O silício policristalino é fabricado usando materiais de silício policristalino em blocos, através de um processo de fundição de lingotes (lingotes de silício quadrados).
2. Módulos fotovoltaicos de silício monocristalino
Módulos fotovoltaicos feitos a partir de wafers de silício monocristalino.
O silício monocristalino é fabricado utilizando materiais de silício policristalino em blocos, através do processo de puxamento de varas (varas de silício redondas).
O silício monocristalino é fabricado utilizando materiais de silício policristalino em blocos, através do processo de puxamento de varas (varas de silício redondas).
Existem dois tipos de painéis solares: tipo P e tipo N
1.Módulos fotovoltaicos tipo P
Módulos fotovoltaicos montados com células solares tipo P. As células solares tipo P são wafers de silício que foram infiltrados com o elemento trivalente "boro" durante o processo de dopagem das células, e o elemento "gálio" também pode ser adicionado. A taxa de conversão dos módulos fotovoltaicos tipo P, que foram produzidos em massa em 2023, é de aproximadamente 21,1% a 21,5%.
2. Módulos fotovoltaicos tipo N
As células solares tipo N são wafers de silício que foram infiltrados com o elemento pentavalente "fósforo" durante o processo de dopagem das células, e o elemento "arsênico" também pode ser adicionado. As células tipo N foram produzidas em massa em 2023, e a taxa de conversão dos módulos fotovoltaicos é de cerca de 22,1% a 22,5%.
Tipos de painéis solares com diferentes processos estruturais
1. Processo de estrutura de meia célula
Uma célula é cortada em duas partes e, em seguida, montada em um módulo fotovoltaico.
2. Processo de estrutura sobreposta (Shingled)
Corta-se uma célula solar em cinco a seis tiras longas e, depois, utiliza-se cola condutora para sobrepor as bordas de várias pequenas células solares, montando-as em um módulo fotovoltaico.
3. Tecnologia de módulo flexível
Os módulos fotovoltaicos podem ser dobrados, o que é particularmente adequado para instalação em telhados curvados. Uma solução é usar painéis flexíveis em vez de painéis de vidro com base na tecnologia de módulos fotovoltaicos do tipo shingled. Outra solução é usar baterias de película fina para fabricar módulos fotovoltaicos flexíveis.
Classificação do tamanho das células de painéis solares de diferentes tipos
(I) Introdução às células de tamanho 182 e 210
1.Fabricantes de módulos fotovoltaicos tamanho 182:
Módulos fotovoltaicos com uma célula única de tamanho 182 (182mm*182mm).
2. Fabricantes de módulos fotovoltaicos tamanho 210:
Ou seja, módulos fotovoltaicos com uma célula única de tamanho 210 (210mm*210mm).
(II) Introdução ao tamanho do módulo fotovoltaico retangular e tamanho da célula
1. Tamanho do módulo fotovoltaico retangular:
Em 7 de julho de 2023, 9 fabricantes de módulos fotovoltaicos chegaram a um consenso para unificar o tamanho do módulo fotovoltaico retangular para 2382mm*1134mm.
2. Tamanho da célula solar retangular:
Em 8 de agosto de 2023, 6 fabricantes de módulos fotovoltaicos chegaram a um consenso para unificar o tamanho da célula solar retangular para 182,2mm*191,6mm.
Comparação das rotas tecnológicas dos módulos fotovoltaicos tipo P e tipo N
(I) Rota tecnológica das células tipo P
1.BSF
A tecnologia BSF (alumínio com campo traseiro) é uma tecnologia de passivação do campo traseiro de alumínio, com uma eficiência de conversão inferior a 20%. Em 2015, era a tecnologia de células predominante na indústria fotovoltaica e ocupava 90% do mercado. Devido à baixa taxa de conversão, ela foi basicamente eliminada.
2.PERC
A tecnologia PERC é a passivação do emissor e a tecnologia de contato traseiro. A eficiência de conversão é de cerca de 23%. É a tecnologia predominante atualmente e possui a maior participação de mercado. Basicamente, a maioria dos módulos fotovoltaicos tipo P utiliza a tecnologia PERC, com uma taxa de conversão real superior a 21%. Em 2020, as células PERC representavam mais de 85% do mercado global, e atualmente o PERC bifacial é o principal.
(II) Rota tecnológica das células tipo N
1. Célula com contato traseiro total IBC
A eficiência de conversão das células IBC tem aumentado de forma constante a cada ano, com a eficiência média de conversão das células em produção em massa sendo de 24,5%, e o limite superior da eficiência de conversão teórica é de 26,2%.
2.Célula HJT de heterojunção
A célula HJT de heterojunção, também chamada de célula de heterojunção de filme fino intrínseco, tem como princípio básico usar células solares de silício cristalino como camada base e, em seguida, sobrepor a tecnologia de células solares de filme fino. Ela ainda se classifica como uma tecnologia de componente do tipo N. Existem dois tipos de células de heterojunção: HJT e HIT. A eficiência média de conversão das células em produção em massa é de 24,73%, e o limite superior da eficiência de conversão teórica é de 27,5%.
3. Célula com contato passivado TNC
A eficiência de conversão das células TNC em produção em massa já ultrapassou 25,1%.
4.Tecnologia de célula com contato passivado por camada de óxido TOPCon
A tecnologia de célula com contato passivado por camada de óxido TOPCon tem a maior eficiência de produção em massa, que ultrapassa 25%, e o limite superior da eficiência de conversão teórica é de 28,7%.
(III) Qual tem melhores perspectivas de desenvolvimento, módulos fotovoltaicos tipo P ou tipo N?
1.Módulos fotovoltaicos tipo N
A eficiência teórica limite das células TOPCon tipo N é de 28,7%, e a taxa de conversão dos módulos fotovoltaicos tipo N produzidos em massa no mercado é de cerca de 22,1% a 22,5%. Ainda há muito espaço para melhorias nas tecnologias subsequentes.
2.Módulos fotovoltaicos tipo P
A eficiência teórica limite das células PERC tipo P é de 24,5%, e a taxa de conversão dos módulos fotovoltaicos tipo P produzidos em massa é de cerca de 21,1% a 21,5%. O espaço para desenvolvimento técnico está próximo do gargalo, e há muito pouco espaço para melhorias tecnológicas subsequentes.
De acordo com as últimas tendências de investimento e tecnologia de vários fabricantes de células, o tipo P basicamente se especializa apenas na tecnologia PERC, enquanto o tipo N possui quatro ou cinco tecnologias de células em andamento. Embora a produção de módulos fotovoltaicos tipo N seja baixa e o preço seja alto, a longo prazo, a participação de mercado dos módulos fotovoltaicos tipo N deverá superar a dos módulos fotovoltaicos tipo P. Espera-se que os módulos fotovoltaicos tipo N se tornem os produtos principais de módulos fotovoltaicos após 2025.
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