Moduler och cellteknologi
Allmänt
Modulutföranden
Utseende
Omhändertagande av uttjänta moduler
Elektriska parametrar
Instrålningsberoendet
Temperaturberoendet
Hopkoppling av moduler (serie och parallell)
Skuggning av moduler
Spridning i modulprestanda


Solcell av poly-kristallint kisel
100 x 100 x 0,2 mm



Allmänt
(Modulens uppbyggnad och funktion)

En solcell är en tunn skiva eller film av ett halvledarmaterial som är strukturerat så att om den är belyst så uppstår en spänning mellan framsidan och baksidan. En enskild solcell ger en låg spänning, ca 0,5-0,7 volt, den är bräcklig och är känslig för fukt. Man seriekopplar därför celler för att få praktiskt användbara spänningar. Tex. 36 st seriekopplade celler ger ca 17 Volt spänning, vilket är anpassat för uppladdning av ett 12 Volts batteri (72 st celler för 24 Volt batteri). 36, 54 eller 72 celler har blivit någon form av standard då uppladdning av batterier länge varit den viktigaste tillämpningen för solceller. De seriekopplade cellerna skyddas mot fukt, mekaniska belastningar och beröring genom att de inkapslas i ett laminat. Framsidan av laminatet är av ett transparent material, vanligen glas. För baksidan finns en större frihetsgrad vid val av material. Glas och teflonduk (Tedlar) är vanligt förekommande. Laminatet "limmas" med en elastisk och transparent polymer, oftast etylenvinylacetat (EVA). Det förekommer varianter där framsidan består av transparent Tedlarduk. Om i det senaste fallet även baksidan är skyddad med en Tedlarduk fås en flexibel och mer eller mindre böjlig produkt. Speciellt för tunnfilmsolceller (a-Si) fungerar detta bra även om det inte är en standardteknik.

 

 


Modulens komponenter
 
Laminering

     Modul med kiselsolceller

Tunnfilmsmodul


Den inkapslade produkten kallas för en modul. Moduler baserade på kiselskivor dominerar utbudet. I figurerna Mod-1 till 6 visas några modulutföranden. En solcellspanel kan antingen vara nätansluten eller batteriansluten. För ett solpanelssystem som är kopplat till ett batteri används ofta en laddningsregulator som skyddar batteriet emot överladdning eller underspänning, som kan skada batteriet.

Kiselcellernas storlek var vanligen 10 x 10 cm2 eller 15 x 15 cm2 (6''), speciellt för polykristallina celler. Cellens spänning varierar nästan oberoende av cellstorleken. Däremot påverkas strömmen av storleken och ljusintensiteten. Varje modul ger en ström på 3-8 A vid maximal solinstrålning. Modulverkningsgraden ligger idag på mellan 12 och 20 procent, där modulproducenten Sunpower (US) har profilerat sig som en leverantör av moduler med hög verkningsgrad.

Tunnfilmssolceller
Tunnfilmssolceller är väldigt tunna cirka 3 μm aktivt material jämfört med kiselsolcellerna som har 300 μm tjockt aktivt material. Tunnfilmscellerna kan göras tunna eftersom de innehåller material som kan absorbera ljuset på kortare sträcka. Tunnfilmsceller har vuxit kraftigt på marknaden de senaste åren och utgör 2010 nästan 20 procent av marknaden.

Det finns flera olika tekniker att bygga tunnfilmssolceller och de går att bygga av flera olika ämnen och sammansättningar, några exempel är CIGS (Koppar, Indium, Gallium och Selen), Amorft kisel, CdTe (Kadmium och Tellurium), CIS (Koppar, Indium, Selen). Genom olika sammansättningar kan olika egenskaper påverkas, till exempel storleken på bandgapet. Utseendet för tunnfilmsolcellerna är svart med vagt urskiljbara ljusa ränder.

En fördel med tunnfilmsolceller är att sammankoppling mellan cellerna görs direkt när substratet beläggs, och en modul tillverkas därmed direkt. Detta och att tunnfilmstekniken har en relativt låg materialåtgång innebär i teorin att massproducering kan ske betydligt billigare än för kiselsolceller. En annan fördel är att tunnfilmen kan läggas på flexibla material, vilket kan vara fördelaktigt vid byggnadsintegrerade lösningar. Nackdelen med tunnfilm är att verkningsgraden idag är något lägre, runt 5-12 procent, jämfört med kiseltekniker vars verkningsgrad för kommersiella produkter är omkring 13-17 procent.

Det finns några fler typer av solceller på gång men som fortfarande är på forskningsstadium däribland Grätzelcellen som är en elektrokemisk cell som bygger på nanokristallina celler och härmar växternas fotosyntes. Förhoppningarna med dessa celler är att de skall kunna tillverkas i transparent utförande eller i en större skala färger, vilket är intressant ut arkitektonisk synvinkel.

Tunnfilmstekniken hanterar inte celler som enskilda skivor. Istället läggs en följd av tunna skikt på ett substrat. Substratet är oftast glas, men kan även vara kapton, rostfritt stål etc. De deponerade skikten är: framsideskontakt, aktivt material och baksideskontakt. Innehållet i det aktiva materialet brukar vara namngivande för aktuell tunnfilmsteknik. Det kan t.ex. vara amorft kisel (a-Si), Cu(InGa)Se2 (CIGS) eller Kadmiumtellurid (CdTe). 

Celler i en tunnfilmsmodul definieras med någon av flera möjliga mönstringsmetoder, vilka appliceras efter varje deponerat skikt. Seriekopplingen av celler blir en konsekvens av att mönstringen förskjuts cirka 0,1 mm mellan varje deponering, som indikeras i figur Mod-5. På grund av att mönstringen görs som långa linjer kommer varje cells längd vara lika med modulens ena sida. Cellens bredd optimeras med avseende på resistiva förluster och hamnar i praktiken mellan 5 och 10 mm.

Tillbaka till innehållsförteckning för avsnittet moduler.




Modulutföranden

Figurerna nedan visar snitt genom moduler. Överst en standardmodul försedd med aluminiumram. Figuren i mitten är en semitransparent glas-glas-modul och nederst en tunnfilmsmodul.  Frontglaset är i samtliga fall av högtransparent och härdat lågjärnglas.
Figur Mod-1. Genomskärning av standardmässigt tillverkad modul. Strukturen i snittet är uppifrån (tjocklekar i mm). Glas (4,0), EVA (0,5), cell (0,3), EVA (0,5), Tedlar (0,1 indikeras med grönt streck) Runt modulens sitter en ram som bygger cirka 40 mm. Denna (aluminium-)ram gör modulen självbärande. I BIPV tillämpningar väljs ofta montagelösningar där ramlösa moduler är att föredra.

Figur Mod-2. (Till höger) Exempel på en standardmodul (1,3 x0,33 meter).
En speciell form av solcellsmodul som används mycket i byggnadssammanhang är så kallade semitransparenta moduler. Dessa är konstruerade så att en del av ljuset går igenom eller emellan cellerna. Varianten där ljus går emellan celler visas i figur mod-3, 4 och 8 i denna typ av modul har man helt enkelt låtit separera cellerna med några centimeter för att få det efterfrågade ljusgenomsläppet. Dessa moduler görs ofta som "custom design", dvs de skräddarsys vad gäller storlek, antal celler, cellseparation etc för varje specifikt byggnadsprojekt.

Verkningsgraden för semitransparenta moduler sjunker proportionellt med hur mycket ljus man låter gå förbi cellerna. Cellerna i sig har samma verkningsgrad som de som sitter i standardmoduler.

Figur Mod-3. Genomskärning av semitransparent (glas-glas) modul. Strukturen i ett snitt är uppifrån: Glas, EVA, celler, EVA, glas. Denna typ av modul har vanligen ingen ram och är avsedd att monteras i ett fasadprofilsystem.

Figur Mod-4 till höger visar exempel på glas-glas-moduler monterade i ett profilsystem i ett glastak.

Figur Mod-5. Genomskärning av en tunnfilmsmodul. Notera att de tre tunnfilmsskikten inte är skalenliga utan endast är 1 - 3 mikrometer tjocka tillsammans. Strukturen i ett snitt enligt figuren räknat uppifrån är: Glas, EVA, transparent ledare, absorbator, baksideskontakt, bärare. Bäraren kan vara glas, rostfritt stål, Kapton etc. Absorbatorn är cellens aktiva halvledare, t.ex. a-Si (amorf kisel), CIGS eller CdTe.

Figur Mod-6 till höger visar ett exempel på en serietillverkad tunnfilsmodul.


Tillbaka till innehållsförteckning för avsnittet moduler.


Utseende

Utseendet hos moduler beror på det uttryck som ges av följande faktorer
 
1. Cellernas färg och form och ytstruktur och metalliseringens utseende.
2. Det mönster cellerna är placerade i. 
3. Bakgrundsfärgen eller transmissionen mellan celler.
4. Ramens utförande och färg.
5. Skyddsglasets struktur.

I figurerna Mod-7 och 8 nedan visas exempel på stora skillnader i uttryck mellan vanligt förekommande cell och modulteknologier.
Figur Mod-7. Bilden visar den stora skillnaden i uttryck mellan en modul uppbyggd av poly-kristallina kiselsolceller (t.v.) och en modul i tunnfilmsutförande (t.h.). Den blåa färgen hos den vänstra modulen beror på att antireflexbehandlingen (AR) är mest effektiv då cellerna har denna färg. Celler utan AR blir gråa och ger moduler med 15 - 30 % lägre effektivitet. Genom att variera AR behandlingens tjocklek kan man få nästan alla färger. Tunnfilmsmodulen t.h. är CIGS-baserad och saknar AR. Figur Mod-8. Semitransparenta moduler sedda inifrån. Modulerna på bilden är tillverkade av polykristallina celler som har monterats med en sådan separation att ett betydande ljusinsläpp har uppstått.



Eftersom antireflexbehandlingens (AR) tjocklek påverkar cellerna färg kan det vara önskvärt att i vissa sammanhang kunna variera AR-tjockleken. Man ska då vara medveten om att celler med blå färg har den högsta verkningsgraden. Om cellerna är av polykisel och har blå AR och en verkningsgrad på 14 % så skulle samma cell om AR gett en brun färg vara på 12 % och en grå (silvergrå) vara på 10 %. Med monokristallint kisel kan nästan svarta celler fås då man kombinerar etsning av ytan till ett mikroskopiskt pyramidlandskap som möjliggör multipla reflektioner kombinerat med AR. Mycket mörka eller nästan svarta celler kan också fås med tunnfilmsteknik. Det beror delvis på faktiska tunnfilmsstrukturers uppbyggnad med flera lager med minskande brytningsindex mot frontytan och att de halvledare som används har lägre brytningsindex än kisel.

Figurerna nedan är fler exempel på variationer som olika teknologier har när det gäller färg och form.

Moduler baserade på monokristallint kisel

Tunnfilmsmoduler

Trunsun TSM240 240W monokristallint kisel.
Sharp NU-180 E1 180 W monokristallint kisel. CdTe
First Solar 75 W
CIGS 
Solibro Q.Smart UF 80 

Polykristallint kisel, exempel på olika färger

Andra tekniker

Blå celler,
vit backing Kyocera
Bilden visar exempel på färgnyanser som fås genom att variera antireflexbehandlingen.

Ribbonceller (ASE)

STC värden
Solcellers effekt, öppen-krets spänning (open-circuit voltage) och kortslutnings ström (short-circuit current) påverkas av olika parametrar som ljusintensitet, ljusspektrum och temperatur. För att olika solceller skall kunna jämföras mäts dessa värden under standardiserade test förutsättningar, STC (standard test conditions). Dessa är 1000 W/m2 ljusintensitet, sol spektrum som följer AM 1.5 och en modul temperatur på 25 0C.

Moduler på marknaden
På marknaden 2010 finns det över 3000 moduler från över 165 säljare. Trenden är att modulerna får en allt högre nominell effekt. De flesta moduler på marknaden idag, både monokristallina och polykristallina, har en effekt mellan 180 och 240 W. Tunnfilmsmoduler har en något lägre effekt, mellan 80 och 120 W. Modulen med högst effekt på marknaden idag är en monokristallin kisel modul på 750 W (Okacell 125). Många av modulerna finns samlade på www.photon.info

Exempel på integrering med takpannor
(från www.pvdatabase.com)

Semitransparenta moduler

Solardachstein.
Celler integrerade på takpanna, 
PV-different.
Flexibla moduler av amorft kisel (Uni-Solar)
Semi-transparent modul

MHH power 651
Transparent pga små hål i kiselskivan. 

Tillbaka till innehållsförteckning för avsnittet moduler.


Omhändertagande av uttjänta moduler

Moduler från början av 1980-talet och framåt har i huvudsak tillverkats med metoder som ger mer än 30 års livslängd. Till exempel finns i Sverige två anläggningar, Bullerö i Stockholms skärgård och Huvudsta i Solna från 1981 respektive 1984, som inte har uppvisat mätbar degradering av modulprestanda. Det finns därför idag ännu inget stort behov att ta hand om uttjänta moduler. 

Moduler innehåller dock material som dels kan vara värdefulla att ta till vara på och dels kan vara av den arten att de måste tas till vara på av miljöskäl. Olika teknologier resulterar i användandet av delvis olika material. Förhärskande teknologier är varianter av kristallint kisel och amorfa tunnfilmsceller. Potentiella framtidsteknologier är baserade på kadmium-tellurid eller koppar-indium-gallium-selenid. Den sistnämnda innehåller cirka 0,2 gram kadmium per m2 om inte ersättningsmaterial kan utvecklas. I tabellen nedan listas vanligt förekommande material i dagens moduler och förväntat förekommande material i framtida CIGS och CdTe baserade moduler. I tabellen indikeras ingående materials vikt per kvadratmeter. 

Tabell. Material som ingår i solcellsmoduler. Alla listade material ingår inte i alla typer av moduler och många andra typer av material förekommer i speciella fall.
Komponent i modulen Ingående material/grundämnen gram per m2 (cirka)
Framsida Härdat lågjärnglas 10.000
Inkapsling Etylenvinylacetat (EVA) 1.000
Baksida Teflon/Al laminat (Tedlar) 200
Ram Aluminium 650
ledningsdragning (busbars) Koppar, tenn, bly 60

 

Kiselceller

Ingående material/grundämnen gram per m2 (cirka)
Celler Kisel 750
Kontakter framsida/baksida Bly, tenn, silver mm 10
Antireflexbehandling titandioxid (TiO2) eller kiselnitrid (Si3N4) 0,3

 

Amorft kisel

Ingående material/grundämnen gram per m2 (cirka)
Celler Kisel 1
Kontakter framsida/baksida Aluminium/Indiumtennoxid, tennoxid 1/3

 

CIGS-celler

Ingående material/grundämnen gram per m2 (cirka)
Celler koppar/indium/gallium/selen, CuInGaSe2 1/2/1/3
Kontakter framsida/baksida Molybden/zinkoxid 6/3
Buffertskikt kadmiumsulfid 0,2

 

Kadmiumtellurid-celler

Ingående material/grundämnen gram per m2 (cirka)
Celler Kadmium, tellur 20
Kontakter framsida/baksida ?/Indiumtennoxid, tennoxid ?/3
Buffertskikt kadmiumsulfid 0,2

Tillbaka till innehållsförteckning för avsnittet moduler.



Elektriska parametrar

I projekteringsverktyget beskrivs inte solcellens funktion ur en fysikalisk synvinkel. Vi nöjer oss med den ingenjörsmässiga elektriska beskrivningen av solcellen och de moduler som dessa seriekopplas till och de anläggningar som modulerna sedan kan kopplas ihop till.

En solcell som är belyst genererar en ström som varierar med instrålningen och celltemperaturen och vid vilken spänning cellen för tillfället arbetar. Beroendet mellan ström och spänning brukar beskrivas med den så kallade IV-kurvan.

Figur IV-1. Beroendet mellan ström och spänning för en solcellsmodul. Detta beroende brukar kallas för IV-kurvan. Varje modul har vanligen 36 eller 72 celler. Modulen som beskrivs i figuren kan antas bestå av 36 seriekopplade kiselceller. Kurvan P(U) anger effekten som funktion av spänningen. Den optimala arbetspunkten ligger i IV-kurvans knä. Kom ihåg att ytor i ett IV-diagram är effekt.

För den intresserade visas nedan hur strömmen beskrivs matematiskt. (Formeln baseras på halvledardiodens elektriska karakteristik)

I = Isc - I0*[exp[(U+Rs*I)*q/nkT] - 1] - U/Rsh

De termer som används i uttrycket och i det ekvivalenta kretsschemat till höger definieras nedan. Dessa termer används ofta när man talar om solcellsanläggningar.

Tabell IU-1. Terminologi för cellers och modulers elektriska egenskaper
Isc Kortslutningsströmmen (eng. short circuit). Detta är också strömmen från strömgeneratorn i kretsen. För vissa moduler gjorda med tunnfilmsteknik är strömgeneratorns värde spänningsberoende. Isc är proportionell mot solinstrålningen med små korrigeringar för spektrala variationer.
Voc Öppenspänningen. (eng. open circuit). Spänningen från en solcellskomponent då den inte är belastad, dvs då strömmen är noll. Voc är dimensionerande då man ska bestämma ett systems maximala spänning.
Pmax Den punkt på kurvan där maximal effekt tas ut. Indikerad med rektangel i fig. Imp Vmp Spänningen vid Pmax
Imp Strömmen vid Pmax 
Vmp Spänningen vid Pmax
Rs Serieresistansen. Den faktiska serieresistansen i ett system är både den ofrånkomliga i cellerna och den som uppkommer i kablar, brytare mm
Rsh Shuntresistans. Lutningen av kurvan vid Isc
q/nkT Fysikaliska konstanter, q/nkT är ungefär 32 för en kommersiell kiselsolcell
I0 Diodens backmättnadsström.

Tabell Mod-2. Några kvalitetsmått på solceller och moduler.

η

Verkningsgrad. η = Pmax/GI /komponentens yta. GI är solinstrålningen

η

0

Verkningsgraden då GI är 1000 W/m2, Tcell=25 och spektrum är AM1.5

P0

Toppeffekten [W]. P0 = η0 *1000* anläggningsytan Varje anläggning brukar specificeras med sin toppeffekt.

FF

Fyllfaktor (eng. fillfactor) Detta är ett allmänt kvalitetsmått på en solcells-komponents kurvform. FF = (Imp*Vmp)/(Isc*Voc). Låg serieresistans och n-värde samt hög shuntresistans ger hög fyllfaktor.


Tillbaka till innehållsförteckning för avsnittet moduler.




Instrålningsberoendet

När solinstrålningen varierar så varierar också modulens IV-kurva. Vanligen kan man se detta som att man parallellförflyttar IV-kurvan utmed strömaxeln (figur IV-3).
Figur IV-3. IV-kurvor vid olika instrålningsnivåer. På varje kurva är Pmax markerad. Maximal effekt tas alltså ut vid en nästan konstant spänning oberoende av solinstrålningens intensitet


Temperaturberoendet

Solceller verkningsgrad sjunker med ökande celltemperatur. Celltemperaturen ökar då solinstrålningen stiger. I praktiken är denna ökning proportionell mot solinstrålningen enligt följande samband:

Tcell = Tluft + GI*C

Konstanten C har mätts upp på många anläggningar och brukar ligga mellan 0,025 och 0,03. De högre värdena fås då moduler byggs in mot tak eller fasader med försämrad ventilation som följd. Cellspänningen varierar 2 mV per ºC oberoende av cellteknologi. Detta temperaturberoende innebär att verkningsgraden för kiselsolceller sjunker med cirka 0,4 % för varje grad som temperaturen ökar. Se figur IV-4

Figur IV-4. IV-kurvor vid instrålningsnivåerna 1000 respektive 400 W/m2 och vid tre olika temperaturer.


Tillbaka till innehållsförteckning för avsnittet moduler.



Hopkoppling av moduler

Den primära anledningen till att koppla ihop flera moduler är att man vill nå önskad toppeffekt. Den sekundära anledningen är att man vill nå den arbetsspänning som tillämpningen kräver. T.ex. krävs 4 stycken 12 voltsmoduler i serie för att nå upp till spänningen i ett 48 Vdc-system eller 10 sådana moduler i serie för att anpassa till en växelriktares ingång som kan vara specificerad 125 - 250 Vdc.

Det finns ingen principiell övre gräns för hur många moduler som kan kopplas i serie. I praktiken sätts denna gräns av överslagsspänningen mot jord i systemet. Denna ligger runt några kV. I de vanligaste tillämpningarna är det växelriktarens inspänningsområde som bestämmer antalet seriekopplade moduler. Inspänningar i intervall upp till 700 volt är vanligt förekommande. Om man begränsar sig till maximal spänning under 120 Vdc kommer systemet ned en skyddsklass, vilket kan underlätta konstruktionen i vissa tillämpningar.

I figurerna IV-5 och IV-7 visas resultatet av hopkoppling av fyra moduler på två olika sätt. Det finns flera andra möjligheter att koppla ihop de fyra modulerna än vad som anges i figurerna. T.ex. kan alla fyra vara parallellkopplade och man kan koppla som i figur IV-5 men först parallellkoppla och sedan göra seriekopplingen. Dessa sistnämnda varianter är inte åskådliggjorda här.

Som framgår av figurerna IV-5 och IV-7 så sitter det en diod över varje modul. Funktionen hos denna diod är att leda strömmen förbi moduler som av olika skäl inte kan upprätthålla strömmen i kedjan av seriekopplade moduler. Detta kan ske om modulen är skuggad, defekt eller borttagen. Ett annat skäl att införa förbikopplingsdioder är att förhindra möjligheten att en modul ska hamna i backspänning från andra moduler i strängen. Det är ett fenomen som kan uppstå i drift vid skuggning och vid kortslutning av strängen. Resultatet kan bli att stora delar av strängens effekt hamnar i en cell. Den cellen och omgivande inkapsling kommer då skadas. I figur IV-9 visas IV-kurvan för en modul med en förbikopplingsdiod (bypass-diod eller shunt-diod).

Tabell Mod-3. Komponentsymboler som används vid systembeskrivningar
   Modul      Diod Växelriktare DC/DC-omvandlare Modul med by-pass-diod

 

 

      

Figur IV-5. Fyra moduler hopkopplade enligt skissen till höger. Den röda IV-kurvan gäller för en modul. Två sådana moduler i serie har parellellkopplats med två moduler som också är i serie. Figur IV-6. Fyra moduler med varsin by-pass-diod.


 

 

 

 

Figur IV-7. Fyra seriekopplade moduler enligt skissen i figur IV-8. Observera att kurvformen mellan figur IV-5 och IV-7 är densamma. Det är bara skalfaktorerna på ström och spänningsaxeln som är olika. IV-kurvan för en anläggning på 100 MW har samma form som den enskilda cell som sitter i de enskilda modulerna. Figur IV-8. Seriekoppling av fyra moduler med varsin by-pass-diod.


        

 

     

 

 

Figur IV-9a. IV-kurva för en modul med en bypass-diod Figur IV-9b. Modul med bypass-diod




Tillbaka till innehållsförteckning för avsnittet moduler.

Tillbaka avsnittet Elektrisk design
(Om du kommer därifrån)



Skuggning

Många anläggningar är så placerade att skuggning under vissa tider på året och vissa tider på dagen inte kan undvikas. En moduls konstruktion med seriekopplade celler, där varje cell fungerar som en strömgenerator, gör att det räcker att en cell blir skuggad begränsar denna cell hela modulströmmen. Eftersom moduler ligger i serie skulle denna enda skuggade cell också kunna begränsa strömmen genom alla modulerna. Om man kopplar en diod över modulen, som visas i figur IV-8, kommer denna leda förbi strömmen. En sådan diod kallas för bypass-diod. I figur IV-10 och IV-11 visas resultatet om en modul av de fyra i figur IV-5 respektive IV-7 får en eller flera celler skuggade.


 

 

 

Figur IV-10. Resulterande IV-kurva om en av de fyra modulerna i figuren till höger är helt eller delvis skuggad.


         
Figur IV-11. Fyra seriekopplade moduler med en skuggad. Den restström som visas i figuren hos den skuggade modulen beror på att då direkt ljus från solen skuggas så ger ändå den diffust strålande blå himlen ett bidrag till strömmen.
I verkliga skuggfall kan cellernas uppförande vid backspänning göra att de IV-kurvor som visas i figurerna IV-10 och IV-11 är lite idealiserade. När skuggning kan vara ett problem kan man vidta en del åtgärder för att minska de negativa effekterna. Modultillverkarna är naturligtvis också medvetna om denna problematik. Den som sedan designar systemet måste vara medveten om hur dessa sitter och hur skuggorna faller över anläggningen innan moduler monteras. I figuren nedan jämförs hur en tunnfilmsmodul och en standardmodul kan monteras för att minimera effekten av skuggning. Figuren visar också hur problematiken förändras om skuggningen istället kommer vriden 90 grader.
Figur IV-12. En tunnfilmsmodul och en kiselcellsmodul är lika skuggade. Kiselcellsmodulen har två integrerade dioder inlagda i seriekopplingen. Tunnfilmsmodulens uteffekt minskar med ca 10%, kiselmodulens uteffekt minskar med nära 100%. Detta beror på att skuggade celler finns i bägge sub-strängarna. Figur IV-13. En tunnfilmsmodul och en kiselcellsmodul är lika skuggade. Jämfört med figur IV-11 så minskar kiselcellsmodulens uteffekt med ca 50% eftersom skuggade celler endast finns i en sub-sträng. Tunnfilmsmodulens uteffekt minskar i detta fall med nära 100% eftersom hela celler är skuggade.


Tillbaka till innehållsförteckning för avsnittet moduler.



Spridning i modulprestanda

När moduler beställs brukar leverantören ange gränser inom vilka modulernas toppeffekter ligger. Detta kan ske både pga av att leverantören vill gardera sig mot avvikelser gentemot beställd total toppeffekt och dels pga av faktisk spridning mellan moduler. I exemplet nedan i figur IV-14 har det levererats 4 moduler som sprider +/- 7 % i ström. Dessa fyra moduler ska seriekopplas och anslutas till en växelriktare. Summan av de fyra levererade modulernas toppeffekt är den uppgivna. Efter seriekoppling kommer den modul med den lägsta strömmen begränsa toppeffekten för hela anläggningen med i detta fall en reduktion på 4%.

Förluster pga spridning i spänning är i praktiken försumbara, bland annat därför att spänningen tas upp av växelriktarnas spänningsintervall på ingången.



Figur IV-14. Resulterande IV-kurva (blå linje) vid seriekoppling av fyra moduler med en spridning av +/- 7% i strömmen. (modulernas Isc = 3,3 3,1 2,9 resp. 2,7 A). Toppeffekten är 4% lägre än summan av de enskilda modulernas toppeffekt. Den röda kurvan visar den IV-kurva manfår utan spridning i prestanda mellan moduler.

I exemplet i figur IV-14 gäller det bara fyra moduler i den aktuella tillämpningen. Om det istället hade köpts moduler till att försörja fler växelriktare och dessa moduler hade haft samma spridning bör man sortera modulerna på olika strömklasser. Förutsättningen för att kunna sortera moduler är att modulernas elektriska data medföljer leveransen om inte beställaren har egen möjlighet att själv karakterisera moduler. En spridning i modulernas spänning är inte lika allvarlig eftersom sådana variationer tas upp av växelriktarens ingångsspänning på DC-sidan. Dessutom sjunker den relativa spridningen i spänning med roten ur antalet seriekopplade moduler eftersom spänningen adderas vid seriekoppling.

Det är av stor vikt att leverantören skickar med mätprotokoll från alla moduler. Genom dessa kan man bestämma anläggningens toppeffekt, bedöma om någon form av sortering måste göras och vid senare problem kunna gå tillbaka till mätprotokollen vid diskussioner kring till exempel garantifrågor. Att få toppeffekten bestämd med stor noggrannhet innebär att man reducerar frågetecknen vid utvärderingar och av legala skäl då man brukar betala en anläggning efter levererad toppeffekt.

Tillbaka till innehållsförteckning för avsnittet moduler.