Prinsip pembangkit listrik sel fotovoltaik
Prinsip kerja sel fotovoltaik didasarkan pada efek fotolistrik, yang berarti ketika foton disinari ke bahan semikonduktor, akan dihasilkan pasangan lubang elektron. Elektron dan lubang ini dipisahkan di bawah pengaruh medan listrik, menghasilkan arus listrik. Proses kerja spesifiknya dapat dijelaskan sebagai berikut:
Penyerapan foton:Ketika sinar matahari menyinari sel fotovoltaik, bahan semikonduktor (seperti silikon) menyerap foton.
Generasi pasangan lubang elektron:Ketika energi foton lebih besar dari energi celah pita semikonduktor, maka elektron akan tereksitasi untuk bertransisi dari pita valensi ke pita konduksi, sehingga membentuk pasangan lubang elektron.
Pemisahan medan listrik:Di persimpangan pn sel baterai, medan listrik internal memisahkan elektron dan lubang, menyebabkan elektron bergerak menuju daerah n dan lubang bergerak menuju daerah p.
Formasi saat ini:Di sirkuit eksternal, elektron mengalir melalui kabel untuk membentuk energi listrik arus dan keluaran.
1. Apa yang dimaksud dengan retakan tersembunyi pada sel fotovoltaik?
Retakan mikro pada sel fotovoltaik mengacu pada retakan kecil yang ada di dalam atau di permukaan sel, yang mungkin tidak terlihat dengan mata telanjang namun dapat berdampak signifikan terhadap kinerja dan umur sel.
a) Mengurangi area pembangkitan listrik yang efektif:Area retakan yang tersembunyi tidak dapat berpartisipasi secara efektif dalam konversi fotolistrik, sehingga mengurangi area pembangkitan listrik efektif sel baterai. Mengakibatkan penurunan efisiensi pembangkit listrik secara keseluruhan.
b) Meningkatkan resistensi:Retakan yang tersembunyi dapat menyebabkan resistensi lokal meningkat sehingga menyulitkan elektron untuk mengalir dengan lancar di area retakan yang tersembunyi. Mengakibatkan peningkatan resistansi seri, penurunan faktor pengisian (FF) sel baterai, dan penurunan daya keluaran.
c) Ketidakcocokan saat ini:Retakan yang tersembunyi dapat menyebabkan arus yang tidak merata di dalam sel baterai, sehingga beberapa area memiliki arus yang lebih rendah. Ketidaksesuaian arus pada sel baterai yang dihubungkan secara seri dapat mempengaruhi kinerja seluruh rangkaian baterai dan mengurangi keluaran komponen.
d) Efek titik panas:Resistensi yang tinggi pada area retakan yang tersembunyi dapat menyebabkan panas berlebih lokal sehingga membentuk titik panas. Titik panas dapat merusak sel baterai atau menyebabkan kebakaran, sehingga sangat memengaruhi keselamatan sistem.
e) Percepatan penuaan:Retakan yang tersembunyi dapat membuat struktur sel baterai lebih rapuh dan rentan terhadap kerusakan lebih lanjut dari lingkungan luar seperti perubahan suhu, tekanan mekanis, dll. Umur sel baterai menjadi lebih pendek dan stabilitas jangka panjangnya menurun.
f) Kebocoran arus:Retakan yang tersembunyi dapat menyebabkan kebocoran arus dari area retakan yang tersembunyi, sehingga membentuk jalur arus yang tidak perlu. Mengakibatkan penurunan efisiensi sel baterai secara keseluruhan dan penurunan output energi listrik.
Alasan terbentuknya retakan tersembunyi:
1) Stres selama proses pembuatan:
a) Selama proses pemotongan, pengelasan, dan pengemasan sel baterai, tekanan mekanis dapat terjadi, yang menyebabkan retakan tersembunyi.
b) Selama proses perlakuan panas, perubahan suhu dapat menyebabkan tekanan termal, yang menyebabkan retakan tersembunyi.
2) Getaran dan benturan selama pengangkutan dan penanganan
Selama pengangkutan dan penanganan, jika pengemasannya tidak tepat, sel baterai dapat terkena getaran dan benturan, sehingga menyebabkan retakan tersembunyi.
3) Tekanan mekanis selama pemasangan: Pengoperasian yang tidak benar, kompresi mekanis yang berlebihan, dan peregangan selama pemasangan dapat menyebabkan retakan tersembunyi pada sel baterai.
4) Dampak kondisi lingkungan
Selama pengoperasian sebenarnya, sel baterai dipengaruhi oleh faktor lingkungan seperti perubahan suhu, beban angin, dan beban salju, sehingga menyebabkan retakan tersembunyi.
Metode pengujian:
Tes EL (uji elektroluminesensi)
Prinsip:Dengan mengalirkan arus, sel baterai memancarkan cahaya, dan menggunakan kamera infra merah untuk mendeteksi pancaran cahaya sel baterai. Retakan yang tersembunyi akan tampak sebagai bintik hitam.
Keuntungan:Ini secara intuitif dapat menampilkan distribusi dan tingkat keparahan retakan yang tersembunyi.
Kerugian:Ini perlu dilakukan dalam kondisi ruangan gelap dan pengoperasiannya rumit.
Prinsip pencitraan termal inframerah:Dengan mendeteksi gambar pencitraan termal inframerah sel baterai, identifikasi area suhu abnormal yang disebabkan oleh retakan tersembunyi.
Keuntungan:Ini dapat dengan cepat dan tidak merusak mendeteksi sel baterai area luas.
Kekurangan:Persyaratan tinggi untuk peralatan pengujian dan biaya tinggi.
Pengujian fotoluminesensi (PL).
Prinsip:Menggunakan iradiasi laser untuk mendeteksi karakteristik fotoluminesensi sel baterai. Pendaran pada retakan yang tersembunyi akan menunjukkan perubahan yang signifikan.
Keuntungan:Kecepatan deteksi cepat, cocok untuk inspeksi lini produksi.
Kerugian:Ini memiliki persyaratan tinggi untuk peralatan deteksi dan lingkungan.
Pengujian ultrasonik
Prinsip:Memanfaatkan karakteristik refleksi dan transmisi USG untuk mendeteksi celah tersembunyi di dalam sel baterai.
Keuntungan:Sensitivitas tinggi untuk mendeteksi retakan tersembunyi, mampu mendeteksi retakan kecil yang tersembunyi.
Kekurangan:Peralatannya rumit dan membutuhkan keterampilan profesional untuk pengoperasiannya.
Cara pencegahannya terutama dari penyebab-penyebab yang telah disebutkan di atas
Memperbaiki proses manufaktur
Proses pemotongan:Teknologi pemotongan non destruktif digunakan untuk mengurangi timbulnya tekanan mekanis.
Proses pengelasan:Optimalkan parameter pengelasan untuk mengurangi dampak tekanan termal.
Proses pengemasan:Menggunakan bahan kemasan yang fleksibel untuk mengurangi dampak tekanan mekanis.
Mengoptimalkan transportasi dan penanganan
Desain kemasan:Menggunakan bahan kemasan penyerap goncangan untuk mengurangi getaran dan benturan selama pengangkutan.
Spesifikasi operasi:Kembangkan spesifikasi operasi penanganan yang rinci untuk mengurangi kerusakan mekanis selama proses penanganan.
Tindakan pencegahan selama instalasi
Instalasi profesional:Pastikan personel instalasi telah menerima pelatihan profesional untuk menghindari pengoperasian yang tidak tepat yang menyebabkan retakan tersembunyi.
Perlindungan mekanis:Selama pemasangan, gunakan perangkat pelindung untuk menghindari kerusakan sel baterai akibat tekanan mekanis.
Pemantauan dan pemeliharaan lingkungan
Pemantauan lingkungan:Pantau lingkungan pengoperasian sel baterai secara teratur untuk menghindari kerusakan akibat lingkungan ekstrem.
Perawatan rutin:Rawat dan periksa sel fotovoltaik secara teratur untuk segera mendeteksi dan mengatasi masalah keretakan yang tersembunyi.