Εχθροί των φωτοβολταϊκών: φαινόμενο LID

Τι είναι το LID; 

Το φαινόμενο αυτό συνίσταται στην απώλεια ισχύος και, συνεπώς, απόδοσης, η οποία παρουσιάζεται στις μονάδες πυριτίου. Η μείωση εμφανίζεται κατά τη διάρκεια των πρώτων μηνών έκθεσης στην ηλιακή ακτινοβολία και, μέχρι σήμερα, δεν έχει ανακαλυφθεί ο τρόπος με τον οποίο μπορεί να αποφευχθεί πλήρως η εμφάνισή της. Η υποβάθμιση αυτή μπορεί να οδηγήσει σε απώλειες έως και 10 % της αρχικής ισχύος. 

Γιατί συμβαίνει; 

Προκαλείται κυρίως από την αντίδραση του βορίου με άλλα χημικά στοιχεία που υπάρχουν στο κύτταρο, όπως το οξυγόνο, ο σίδηρος ή ο χαλκός. 

Θα μπορούσαμε να θεωρήσουμε ότι η εξάλειψη ή η μείωση του βορίου στα κύτταρα θα έλυνε το πρόβλημα, αλλά αυτό θα οδηγούσε σε μείωση της απόδοσης της μονάδας. Επομένως, κατά την κατασκευή του φωτοβολταϊκού κυττάρου, η ποσότητα του βορίου πρέπει να είναι βέλτιστα ισορροπημένη, καθώς αποτελεί βασικό παράγοντα του πυριτίου για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Η ενέργεια του «ντοπαρίσματος ενός κυττάρου» με βόριο συνίσταται στον εμπλουτισμό του πυριτίου με το στοιχείο αυτό, το οποίο του προσδίδει την ικανότητα μεταφοράς ηλεκτρονίων. 

Αν εστιάσουμε στον τρόπο με τον οποίο επηρεάζεται από το οξυγόνο, για παράδειγμα, μπορούμε να δούμε ότι αντιδρά σχηματίζοντας μια σταθερή δομή που ονομάζεται «σύμπλοκο βορίου-οξυγόνου». Όταν εμφανίζεται αυτός ο σύνδεσμος, το βόριο χάνει τον απαραίτητο χώρο που χρειάζεται για να επιτρέψει τη ροή των ηλεκτρονίων μέσα στο κύτταρο (ονομάζεται «κενό»), με αποτέλεσμα τη μείωση της απόδοσης. 

Ως εκ τούτου, η συχνότητα εμφάνισης αυτού του φαινομένου καθορίζεται από την ποιότητα της πρώτης ύλης στο πλακίδιο πυριτίου. 

Παρόλο που έχει σημειωθεί μεγάλη πρόοδος στον τομέα αυτό, το φαινόμενο LID παραμένει μια προτεραιότητα που πρέπει να αντιμετωπιστεί κατά την ανάπτυξη των μονάδων. Η φωτοβολταϊκή βιομηχανία συνεχίζει να διερευνά αυτό το φαινόμενο και να καταβάλλει μεγάλες προσπάθειες για την εξάλειψη ή τον περιορισμό των αστοχιών που προκαλούνται από το φαινόμενο LID. 

Πώς ανιχνεύεται το LID; 

Δεν πρόκειται για ένα πρόβλημα που μπορούμε να εντοπίσουμε με γυμνό μάτι. Το πρώτο σύμπτωμα του φαινομένου LID, στο οποίο πρέπει να δώσουμε προσοχή, είναι η μείωση της απόδοσης των πάνελ. Εάν εντοπίσουμε οποιαδήποτε αλλαγή στην απόδοση, θα πρέπει να χρησιμοποιήσουμε εξειδικευμένο εξοπλισμό ηλεκτροφωταύγειας για να μετρήσουμε τη βλάβη. 

Η ηλεκτροφωταύγεια είναι μια «ακτινογραφία της μονάδας» που καθιστά ορατές τις ατέλειες που διαφεύγουν της οπτικής επιθεώρησης. Κατά τη διαδικασία αυτή, το μέγιστο ρεύμα (Isc) διοχετεύεται στη μονάδα, με αποτέλεσμα να εκπέμπει ακτινοβολία σε συχνότητα που είναι ορατή μόνο με ειδικά φίλτρα και κάμερες. Στις μετρήσεις που θα λάβουμε, θα δούμε λευκές, γκρίζες και μαύρες περιοχές που υποδεικνύουν τις βλάβες που έχει υποστεί. Οι περιοχές με πιο σκούρα χρώματα θα είναι εκείνες που δεν έχουν ηλεκτρική δραστηριότητα και, επομένως, εκείνες που θα μειώσουν την απόδοση του πάνελ. 

Πώς αποφεύγονται οι επιπτώσεις του LID; 

Μετά από χρόνια ανάπτυξης και έρευνας για την πρόληψη της εμφάνισης του φαινομένου LID, ορισμένοι κατασκευαστές έχουν καταφέρει να μειώσουν τις απώλειες λόγω LID σε λιγότερο από 2%. Αυτό επιτυγχάνεται μέσω τεχνικών όπως οι εξής: 

• Εφαρμογή υψηλών θερμοκρασιών. 

• Διοχέτευση υψηλών ρευμάτων. 

• Εφαρμογή προηγμένων τεχνολογιών λέιζερ ή LED. 

Μια άλλη τεχνική που προσφέρει σπουδαία αποτελέσματα είναι η απομάκρυνση του οξυγόνου από το εσωτερικό του κυττάρου.  Το μειονέκτημα είναι ότι επί του παρόντος η τεχνολογία που απαιτείται για την υλοποίησή της απαιτεί εξαιρετικά υψηλό κόστος, το οποίο μεταφράζεται σε μη ανταγωνιστικές τιμές. Μια λύση που επιλέχθηκε από ορισμένους κατασκευαστές είναι η αντικατάσταση του βορίου από γάλλιο. 

Παρατηρείται εξίσου σε όλες τις μονάδες; 

Αν και το φαινόμενο αυτό εμφανίζεται σε όλες τις μονάδες, επηρεάζει ιδιαίτερα τις μονοκρυσταλλικές μονάδες «p-type». Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι το οξυγόνο δεν μπορεί να απομακρυνθεί πλήρως κατά τη διαδικασία κατασκευής. 

Ένα μέτρο που αποτρέπει σχεδόν πλήρως την εμφάνιση του LID είναι η χρήση κυττάρων «n-type». Η αρχιτεκτονική αυτών των κυττάρων καθιστά αδύνατο τον συνδυασμό βορίου και οξυγόνου στο φαρδύ στρώμα του κυττάρου (bulk layer). 

Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι τα κύτταρα n-type κατασκευάζονται πρακτικά «αντίστροφα» από τα κύτταρα p-type. Το κεντρικό, μεγάλο στρώμα δεν είναι εμπλουτισμένο με βόριο, αλλά με φώσφορο. Καθώς δεν υπάρχει βόριο στο φαρδύ στρώμα του κυττάρου (bulk layer), δεν μπορούν να σχηματιστούν σύμπλοκα βορίου-οξυγόνου. 

Συμπέρασμα 

Για την αποφυγή του φαινομένου LID, είναι σημαντικό να επιλέγονται προσεκτικά τα υλικά και, συνεπώς, οι κατασκευαστές των υλικών, καθώς τους βαραίνει μεγάλο μέρος της ευθύνης. Οι επεξεργασίες των πλακιδίων πρέπει να βελτιστοποιηθούν για τη μείωση του φαινομένου, συμπεριλαμβανομένων, εάν είναι απαραίτητο, περαιτέρω βημάτων στην αλυσίδα παραγωγής για τη βελτίωση της αντοχής του υλικού. 

Είναι σημαντικό να ληφθούν υπόψη όλες αυτές οι μεταβλητές, καθώς από αυτές εξαρτάται η διάρκεια ζωής της εγκατάστασής μας και η απόδοσή της στην πάροδο του χρόνου. Θα μπορέσουμε επίσης να αποφύγουμε ή να μετριάσουμε την εμφάνιση των «εχθρών των φωτοβολταϊκών».