Cientistas do Laboratório Estadual de Ciência e Tecnologia Fotovoltaica (SKL) da Trinasolar e da Universidade de Nanchang, na China, realizaram uma série de simulações para comparar o desempenho das células solares de contato reverso (BC) com o das células TOPCon sob condições de sombreamento.
O grupo de pesquisa explicou que seu objetivo não era investigar o desempenho em ambos os tipos de células de uma perspectiva de viés reverso, mas sim considerar as características de saída da tecnologia BC no nível do módulo, integrando o formato do módulo, diodos e condições reais de sombreamento.
A polarização reversa é causada, por exemplo, quando uma célula individual é sombreada e outras células do módulo tentam empurrar uma corrente mais alta através dela. Pesquisas recentes mostraram que isso pode causar danos à célula sombreada e também levar a um aumento na temperatura, causando mais danos.
A equipe partiu do pressuposto de que os painéis BC têm melhor desempenho em condições de sombreamento, pois o tunelamento ocorre na junção PN na parte traseira da célula BC quando a tensão de polarização reversa aumenta e atinge um valor crítico. Isso ajuda a corrente da célula sombreada a se tornar consistente com a das células não sombreadas, o que, segundo os pesquisadores, mitiga o impacto do sombreamento no nível do módulo.
Nos dispositivos PERC e TOPCon, por outro lado, a região dopada do tipo P e a região dopada do tipo N são separadas pelo substrato de silício, o que dificulta a quebra da junção PN da célula de contato frontal sob sombreamento.
“Se as características de saída dos módulos BC em cenários reais de sombreamento são superiores às dos módulos de células de contato frontal ainda não alcançou um entendimento unificado entre os consumidores e pesquisadores do módulo”, disseram os cientistas. “Nosso trabalho preenche a lacuna de pesquisa atual e fornece referências importantes para projetos de engenharia e investimentos de mercado.”
A série de simulações foi conduzida assumindo que condições experimentais padrão são adotadas, com a irradiância definida em 1.000 W/m² e a temperatura em 25 C. Uma folha de plástico opaca preta foi usada para sombrear os painéis TOPCon e BC em três cenários: sombreamento de célula única em um único módulo, sombreamento de linha lateral curta em todos os 12 módulos e sombreamento de linha lateral longa em todos os 12 módulos testados.
A primeira análise foi focada nas diferenças relativas na potência normalizada entre a string TOPCon e a string BC antes e depois do sombreamento. Ele mostrou que a tensão crítica de ruptura das células BC é menor, o que significa que esses dispositivos “provavelmente” fornecerão corrente quando submetidos à tensão de polarização reversa.
Outros experimentos de sombra com diferentes graus em uma única célula, com a área de sombreamento variando de 0% a 100%, foram conduzidos e demonstraram que os módulos BC superam os módulos TOPCon apenas quando menos de três células em uma substring estão sombreadas.
“Os módulos BC superam o TOPCon quando o número de células sombreadas é menor que 3, enquanto sua potência se torna idêntica além desse limite”, disseram os acadêmicos. “Isso é determinado pela tensão de ruptura da célula BC de 5 V e pela polarização negativa total de 15 V necessária para a ativação do diodo de desvio.”
Eles também concluíram que, em projetos fotovoltaicos em escala de utilidade, onde o sombreamento é muitas vezes mais do que insignificante, o desempenho das duas tecnologias de células é idêntico.
“Para sombreamento do lado curto, a incompatibilidade dentro das substrings é consistente, e nem as células BC sombreadas, nem as células TOPCon estão em um estado de polarização reversa, então o desempenho de saída de energia das duas é o mesmo”, concluíram. “No caso do sombreamento do lado longo, as curvas características de saída dos dois módulos são completamente idênticas, ambos apresentando uma curva bimodal escalonada, portanto, seu desempenho de saída de energia é o mesmo.”
Suas descobertas estão disponíveis no estudo “Power output performance analysis of back-contact photovoltaic module under actual field shading conditions: A comparison with TOPCon photovoltaic module“, que foi publicado recentemente na Solar Energy.
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