Hocheffizienz-Zellen und Wechselrichter

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1 Hocheffizienz-Zellen und Wechselrichter Jörn Jürgens, SunPower Corp. 4. TÜV Workshop Photovoltaik-Modultechnik, 30. November 2007

2 Historie der SunPower Zelle 1985: Solarzelle mit Rekordwirkungsgrad wurde an der Stanford Univ. entwickelt. 1988: SunPower wurde gegründet, um kommerzielle Konzentrator Solarzellen anzubieten 1993: SunPower liefert die Solarzellen für den Honda Dream, Gewinner des World Solar Challenge in Australien 2000: SunPower liefert 35kW an AeroVironment für das Helios Solarflugzeug 2001: Helios fliegt 30km hoch 2002: Cypress kauft die Mehrheitsanteile and SunPower 2

3 SunPower heute Hohe Investitionen in Produktentwicklung weiterhin führender Wirkungsgrad von 22% Portfolio an Silizium Lieferverträgen Hoch automatisierte Modulproduktion Schnelle Expansion der Produktionskapazitäten für Soarzellen SunPower Wachstumsplan: 372 MW Zellenkapazität bis Ende

4 Ausbau der Kapazität Installierte Kapazität (MW / Jahr) 400 Zellenfabrik 1 Zellenfabrik 2 Lines Lines Line 1 Lines At IPO Q

5 SunPower Zellenfabrik Nr.2 330MW Solarzellen Fabrikationskapazität, Batangas, Philippines Start der Produktion: August

6 Vergleich von Solarzellentechnologien Konventionelle Solar- Zelle mit 15.5% Wirkungsgrad Vorderseite P+ Texturierung + ARC Monokristallines Silizium 220 Mikrometer dick 2 Ohm-cm, P-Type Kontaktfinger PN-Übergang mittels N-Typ Diffusion Rückseite Silber Kontaktfinger Aluminum Rückseite SunPower Solarzelle 21% Wirkungsgrad Leicht dotierte Frontdiffusion " Reduktion von Rekombinationsverlusten N-Type Silizium mit hoher Ladungsträgerlebensdauer 165 μm dick - N-type reduzierte Silicon Verluste im 270 Basismaterial um thick P+ N+ P+ N+ P+ N+ Texturierung + SiO 2 + ARC passivierende SiO 2 Oberfläche " reduziert Oberflächenrekombinantionen Rückseitige Spiegel " Ermöglicht optimalen Einfang von Licht im Siliziummaterial Punktkontakte " Reduziert Verluste im Kontaktbereich Rückseitige Kontaktfinger Eliminiert die Verschattung Dicke Leitungskontakte reduzieren ohmsche Verluste 6

7 20% Wirkungsgrad Modul 96 Zellen Modul Watt Modulwirkungsgrad 20.10% 7

8 Cell Efficiency distribution A-300 Next Generation 22.4% 20.8% Cell efficiency distribution [%]

9 Cell Efficiency Roadmap 25 Conversion Efficiency (%) SunPower 2002 NREL Roadmap Monocrystalline Polycrystalline

10 Rückseitenkontaktzellen bei positivem Potenzial gegenüber Erde 1) Weist eine rein rückseitenkontaktierte Zelle/Modul ein hohes positives Potential gegenüber Erde auf, erzeugt dies einen Leckstrom (pa-bereich) von Zelle zu Erde. Glas EVA N-Silizium P+ N+ P+ N+ P+ N+ EVA 10

11 Rückseitenkontaktzellen bei positivem Potenzial gegenüber Erde Glas 2) und lässt eine negative geladene Zelloberfläche zurück EVA Θ Θ Θ Θ Θ Θ Θ Θ Θ Θ Θ Θ Θ Θ Θ Θ Θ Θ Θ Θ Θ Θ Θ N-Silizium P+ N+ P+ N+ P+ N+ EVA 11

12 Rückseitenkontaktzellen bei positivem Potenzial gegenüber Erde Glas EVA Θ Θ Θ Θ Θ Θ Θ Θ Θ Θ Θ Θ Θ Θ Θ Θ Θ Θ Θ Θ Θ Θ Θ N-Silizium P+ N+ P+ + 3) Die negative geladene Zelloberfläche zieht positive Ladungsträger an, so dass sie dort mit N-Silizium Elektronen rekombinieren EVA 12

13 Rückseitenkontaktzellen bei positivem Potenzial gegenüber Erde Glas EVA N-Silizium 4) anstelle zur Stromerzeugung zur Verfügung zu stehen. P+ N+ P+ N+ P+ N+ EVA 13

14 Rückseitenkontaktzellen bei negativem Potenzial gegenüber Erde 5) Befinden sich Zelle/Modul auf negativem Potenzial gegenüber Erde, dreht sich die Richtung des Leckstroms um. Glass 6) und neutralisiert die negative Ladung auf der Zelloberfläche EVA N-Silizium P+ N+ P+ N+ P+ N+ EVA 14

15 Erforderlicher Potentialverlauf Nur Wechselrichter, die den dargestellten Potentialverlauf realisieren können, sind mit SunPower Modulen einsetzbar U/V Spannung über Zeit an einem (+)-geerdeten Transformatorwechselrichter t/ms U+ U 15

16 SunPower Module und Wechselrichter Transformator Wechselrichter beinhalten eine galvanische Trennung zwischen DC und AC DC+ Seite kann auf Erdpotential fixiert werden Damit können Module auf negativem Potential betrieben werden Transformatorlose Wechselrichter Haben keine galvanische Trennung zwischen DC und AC Die DC Seite ist oft nicht fixiert (floating ground) Wechselrichter mit positiv fixiertem Erdpotential sind derzeit nicht kommerziell erhältlich 16

17 FF bei positiv geerdetem Transformator-Wechselrichter 4 Irradiation: 680W/m² 3,5 3 MPP I/A 2,5 2 1,5 1 0,5 0 Füllfaktor* 74% U/V 11 SPR 210 Module in einem String, 680 W Einstrahlung; Transformator Wechselrichter Optimale Performance *) Füllfaktor: (U mpp *I mpp ) / (U oc *I sc ) 17

18 FF bei einem klassischen transformatorlosem Wechselrichter (floating ground) I/A MPP Füllfaktor*: 51% U/V 10 in Reihe geschaltete SPR 210 Module an einem transformatorlosem floating ground Wechselrichter *) Füllfaktor: (U mpp *I mpp ) / (U oc *I sc ) 18

19 FF bei einem transformaterlosen Wechselrichter mit unsymmetrischem Hochsetzsteller I/A MPP Füllfaktor*: 65 % U/V 11 in Reihe geschaltete SPR 210 Module; leicht polarisiert *) Füllfaktor: (U mpp *I mpp ) / (U oc *I sc ) 19

20 8,4 kwp Installation in Flensburg 2 x SMA SunnyBoy 3800 mit Erdungskit (DC+) System liefert 15% mehr Ertrag als prognostiziert (PV-SOL) 20

21 Zusammenfassung SunPower Solarzellen liefern derzeit den höchsten kommerziell erhältlichen Wirkungsgrad (22%). SunPower Module müssen für optimale Funktion auf negativem Potential gegen Erde betrieben werden Die negative Oberflächenladung bei SunPower Zellen ist ein voll reversibler Prozess, der keinen bleibenden Schaden hinterlässt. Transformatorwechselrichter mit positiver Erdung gewährleisten optimalen Betreib von SunPower Modulen 21

22 22 Danke für Ihre Aufmerksamkeit

23 Schutzklasse PV Generator Wechselrichter PV (+) PV (-) ~ SK II SK I oder SKII 23

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