PV Modüller de Kılcal Kırık/Çatlama Nedir?
Son yıllarda, PV modül üreticileri üretim maliyetini düşürmek için PV modüllerini giderek daha ince hale getiriyorlar ve bu da hücrelerin mekanik hasarlara karşı direncini azaltıyor. Bu durum, nakliye ve kurulum sırasında mikro çatlakların artmasına neden oldu. Bu tür PV modüllerindeki mikro çatlaklar sorununa daha yakından bakalım.
Fotovoltaik (PV) modüllerdeki mikro çatlaklar nelerdir?
Mikro çatlaklar, önemli mekanik veya termal stres nedeniyle oluşan güneş hücrelerindeki küçük, genellikle görünmez çatlakları ifade eder. Bu çatlaklar akım akışını engelleyebilir ve böylece PV sistemlerinin genel verimliliğini azaltabilir. Ele alınmazsa, mikro çatlaklar zamanla daha da kötüleşebilir ve potansiyel olarak PV modülünün tamamen arızalanmasına yol açabilir. Esnek PV modüllerinde, kırılganlığı nedeniyle mikro çatlaklar normal PV modüllerinden çok daha kolay meydana gelir.
Mikro Çatlak Kategorileri
Paralel Çatlaklar: Bu çatlaklar ana baralara paralel ve tüm güneş hücresi boyunca uzanır. Esasen hücreyi bölerek optimum akım akış yönünü değiştirir ve bu da hücrenin elektriksel performansını olumsuz etkiler. Ciddi durumlarda, çatlak hücrenin parçalarını izole ederek devreyi bozabilir ve performansı daha da düşürebilir.
Dikey Çatlaklar: Bu çatlaklar ana baralara dik veya neredeyse dik olarak uzanır. Bu durumda hücrenin elektriksel performansı daha çok ana baralara bağlıdır. Baraların lehimlenmesi zayıfsa, bu çatlakların etkisi daha da kötüleşebilir.
Birkaç Çatlak: Bunlar bir ağa benzer ve hücreyi birden fazla bağımsız bölgeye ayırır. Zamanla, bu çatlaklar hücrenin parçalara ayrılmasına, sıcak noktalara yol açmasına ve doğrudan PV modül performansını etkilemesine neden olabilir. Parçalar ortaya çıktığında, elektrik bağlantılarını bozarak akım uyumsuzluğuna neden olur ve modülün genel elektrik performansını önemli ölçüde etkiler.
Dendritik Çatlaklar: Örgü çatlaklarına benzer ancak hücreyi bağımsız bölgelere tam olarak bölmez. Ancak, bu çatlaklar yayılmaya devam ederse, örgü çatlaklarına dönüşebilir ve PV modülünün elektrik performansı için önemli bir tehdit oluşturabilir.
Mikro Çatlakların PV Modülleri Üzerindeki Etkisi
Güneş hücreleri tarafından üretilen akım, onu toplamak ve aktarmak için “ana baralara ve baralara dik ince ızgara hatlarına” güvenir. Mikro çatlaklar ince ızgara hatlarının kırılmasına neden olduğunda, toplanan akımı artık ana baralara iletmez ve bu da güneş hücresinin/PV modülünün kısmen veya tamamen arızalanmasına yol açar.
Yukarıdakilere dayanarak, ana baralara paralel mikro çatlakların bir güneş hücresinin işlevi üzerinde en büyük etkiye sahip olduğu açıktır. Çalışmalar, arızalı hücrelerin %50’sinin baralara paralel mikro çatlaklara sahip olduğunu göstermiştir. 45° açılı çatlaklar, baralara paralel olanlara kıyasla verimlilik kaybının yalnızca dörtte birine neden olur. Baralara dik çatlaklar ince ızgara çizgilerini neredeyse hiç etkilemez ve bu nedenle hücrenin arıza alanı üzerinde neredeyse sıfır etkiye sahiptir.
Yüzeyinde ızgara çizgileri olan kristal güneş hücrelerinin aksine, CIGS ince film hücreleri tüm yüzeyi kaplayan şeffaf bir iletken tabakaya sahiptir, bu nedenle ince film modülleri mikro çatlaklardan arındırılmıştır.
Araştırmalar, PV modüllerindeki ciddi mikro çatlakların güç kaybına yol açabileceğini, ancak bu kaybın derecesinin değiştiğini göstermektedir. Çatlaklar modülün elektriksel performansı üzerinde küçük bir etkiye sahipken, parçalanmış hücreler önemli güç kaybına neden olur. Yaşlandırma testleri, modül çalışıyor olsun veya olmasın sıcaklık ve nem değişikliklerinin mikro çatlakları daha da kötüleştirebileceğini göstermektedir. Mikro çatlakları olmayan güneş hücreleri, mikro çatlakları olanlara kıyasla yaşlanmaya karşı daha dayanıklıdır. Esnek PV modüllerinde, mikro çatlakların güç kaybı, ürünün tamamen arızalanması gibi sorunlara neden olması çok kolaydır.
Mikro Çatlakları Tespit Etme Yöntemleri
Elektrolüminesans (EL), güneş hücrelerinde veya modüllerinde dahili kusurları tespit etmek için kullanılan bir tekniktir ve mikro çatlakları tanımlamak için etkili bir yöntemdir. Kristalin silikonun elektrolüminesans prensibini kullanarak EL, kusurları tespit etmek ve değerlendirmek için yüksek çözünürlüklü bir kızılötesi kamera kullanarak modülün yakın kızılötesi görüntülerini yakalamayı içerir. Bu yöntem son derece hassas, hızlıdır ve sezgisel ve net sonuçlar sağlar. Aşağıdaki görüntü, çeşitli kusurları ve mikro çatlakları açıkça gösteren EL test sonuçlarını göstermektedir.
PV Modüllerinde Mikro Çatlakların Nedenleri ve Bunları Önleme
PV modüllerinde mikro çatlaklara yol açabilecek birkaç faktör vardır, örneğin:
Dış Kuvvetler: Lehimleme, laminasyon, çerçeveleme, taşıma ve test gibi işlemler sırasında güneş hücreleri bazı dış kuvvetlerle karşılaşabilir. Uygunsuz parametre ayarları, ekipman arızaları veya yanlış işgücü işlemleri mikro çatlaklara neden olabilir.
Yüksek Sıcaklıklar: Güneş hücreleri ön ısıtma yapılmadan ani sıcaklık artışları yaşadığında mikro çatlaklar oluşabilir ve bu da genleşmeye neden olur. Bu, örneğin lehimleme sıcaklıkları çok yüksekse veya laminasyon sıcaklıkları uygun şekilde ayarlanmamışsa meydana gelebilir.
Hammaddeler: Hammadde kusurları da mikro çatlaklara katkıda bulunan önemli bir faktördür.
Aşırı Bükülme: Esnek PV modüllerinde aşırı bükülme nedeniyle mikro çatlaklar oluşması kolaydır.
Titreşim: Taşıma sırasında esnek PV modüllerinin çatlaması kolaydır çünkü titreşim araç hareket halindeyken meydana gelir;
Mikro çatlakların birçok nedeni ve türü olmasına rağmen, tüm mikro çatlaklar güneş hücrelerinin performansını etkilemez, bu nedenle paniğe gerek yoktur.
Uygun önleyici tedbirlerle mikro çatlakların oluşumu en aza indirilebilir. Laminasyon üretim süreci sırasında güneş hücreleri gereksiz dış kuvvetlerden korunmalı ve depolama ortamlarındaki sıcaklık değişimlerine de yeterince dikkat edilmelidir.
Lehimleme işlemi sırasında güneş hücreleri önceden ısıtılmalı (manuel lehimleme) ve lehimleme demiri sıcaklıkları belirtilen gereksinimleri karşılamalıdır.
PV modüllerinin üretimi, taşınması, kurulumu ve bakımı boyunca, PV modüllerinin kırılganlığı dikkate alınmalı ve mikro çatlakların oluşumunu en aza indirmek için güneş enerjisi santrallerinin kurulumunda yer alan süreçler dikkatlice yönetilmeli ve iyileştirilmelidir.