Výzkumná skupina v Kanadě optimalizovala výkon fotovoltaiky koncentrátorů pomocí takzvané technologie povrchové montáže pro tepelný management. Prototyp modulu CPV využívá čtyři nepropojené germaniové články III-V, Fresnelovu čočku a průhlednou skleněnou desku s plošnými spoji.
Vědci z Université de Sherbrooke v Kanadě vyrobili prototyp fotovoltaického (CPV) modulu koncentrátoru založeného na takzvané technologii povrchové montáže (SMT) – technice. Ta se běžně používá k montáži elektronických součástek na povrch tištěných materiálů desky plošných spojů (PCB).
Navrhovaná konstrukce SMT nepoužívala žádné drátové spojení pro připojení emitoru článku a je určena ke zvýšení odvodu tepla v panelu CPV. Což zase snižuje jeho provozní teplotu a zvyšuje jeho výkon.
„SMT, která pro propojení používá vodivou pájecí pastu, má tu výhodu, že je levnější a rychlejší pro velkosériovou výrobu. A zařízení SMT tak zabírá méně místa než drátová elektroinstalace,“ vysvětlili. ,,Vyvinuli jsme a použili proces SMT, který integruje flexibilitu montáže a vylepšené zarovnání solárních článků. A to proto, abychom sestavili solární články o velikosti větší než jeden milimetr.“
Prototyp modulu CPV se 4 solárními články využívá Fresnelovu čočku ke koncentraci světla na články připájené na průhledné skleněné desce plošných spojů a chráněné laminovacími vrstvami. Kontakty emitoru se připájejí vodivými pájenými spoji na skleněnou desku plošných spojů. Ta obsahuje kovové dráhy pro nepájené oblasti. Průhledná spodní výplň vyplňuje mezeru mezi solárním článkem a PCB, aby se zabránilo odrazům na rozhraních spodní desky modulu.
Prototyp fotovoltaického (CPV) modulu koncentrátoru založeného na takzvané technologii povrchové montáže
,,Filmování spodní výplně chrání strany solárního článku, aby se zabránilo zkratům a přispělo k termomechanické stabilitě sestavy,“ uvedl výzkumný tým. ,,Zadní strana sestavy se laminuje zapouzdřením EVA a ochrannou fólií Tedlar. A to proto, aby se solární články chránily před okolním prostředím.“
Čtyři články použité v zařízení nejsou vzájemně propojeny. A jsou to germaniové solární články III-V s trojitým spojením, každý s aktivní povrchovou plochou 8,751 mm2. Cena solárních článků založených na sloučeninách materiálů prvků III-V, pojmenovaných podle skupin periodické tabulky, do které patří, omezila zařízení na specializované aplikace, jako např. drony a satelity. Jedná se o aplikace, kde nízká hmotnost a vysoká účinnost jsou naléhavějšími problémy než náklady.
Vědci namontovali 4 článkový modul CPV SMT na 2 osý solární sledovač z platformy Helios na University of Sherbrooke.
Eelektrické a teplotní měření za reálných podmínek
Skupina provedla řadu elektrických a teplotních měření na systému za reálných provozních podmínek. A také provedla řadu simulací založených na modelu konečných prvků (FEM). Což je numerická technika používaná k provádění analýzy konečných prvků (FEA) fyzikálních jev.
Prostřednictvím své analýzy a experimentů akademici zjistili, že rozměry kovové pásky na zadní straně každé buňky a poměr kovového pokrytí desky plošných spojů jsou klíčovými faktory pro tepelné řízení modulu CPV. Zatímco ostatní komponenty mají zanedbatelný vliv. na teplotě modulu.
,,Teplotu solárního článku lze udržovat pod 80 °C v širokém rozsahu rozměrů kovové pásky za solárním článkem. A to jak pro kovové pokrytí DPS 0 % nebo 100 %,“ vysvětlili dále. „Tento rozměrový rozsah je však mnohem širší, když je poměr pokrytí kovem 100 %, než když je poměr krytí kovem na desce plošných spojů 0 %. Simulace také ukázala, že teplota solárních článků může dosáhnout 54 °C s měděnou páskou a 57 °C s hliníkovou páskou.“
Systém se popsal v článku „Modelování konečných prvků a experimentální ověření fotovoltaického modulu koncentrátoru založeného na technologii povrchové montáže“. Ten se publikoval v Solar Energy Materials and Solar Cells. „Tyto výsledky ukazují, že kromě zjednodušení procesu montáže může použití SMT pro výrobu modulů CPV zlepšit odvod tepla jak kovovou vrstvou na skleněné desce plošných spojů, tak na zadní straně kontaktu,“ uzavřeli vědci. ,,To otevírá dveře jednodušším modulům CPV, vyšším výkonovým modulům CPV a vyšším poměrům koncentrace.“
Zdroj: pv-magazine, Vapol