太陽電池パネル本質的安全設計のための電子相転移に基づく外場感応電流制御技術の創出

创建基于电子相变的外场敏感电流控制技术，用于太阳能电池板的本质安全设计

• 批准号: 21K14378
• 负责人: 佐藤 大輔
• 金额: $ 3万
• 依托单位: Nagaoka University of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K14378/
• 关键词: 太陽電池パネル; ホットスポット; 逆バイアス電圧; 過渡熱特性; 熱破壊; 発火; 応力発光; 電子相転移材料; 熱応力; 太陽光発電; 本質的安全設計; バイパス回路故障; 電流・熱制御

今年度は主に，力学的な刺激により発光(応力発光)する材料を溶剤に分散させ太陽電池セルに塗布することで太陽電池パネル内の熱応力の大きさを発光の強さとして可視化し，熱破壊挙動を解析することを試みた．市販の応力発光材料を入手し，塗料状にしたものを結晶シリコン太陽電池セル全面に塗布した．実際の太陽電池パネル（420枚の太陽電池セル群が直列に接続）において，発火のリスクが最も高くなる状態（直列接続された太陽電池セル群のうち1枚だけが故障したor遮光された場合）を再現し，快晴時の出力電流と降伏電圧・逆バイアス電圧に相当する負荷を印加した．ホットスポット発生後の昇温過程で発生する熱応力を観察した．結果として，室温から約300℃までの温度変化で結晶シリコン太陽電池は熱破壊したが，この時応力発光材料の発光は確認できなかった．応力発光材料を塗料状にする際の分散方法や太陽電池セルへの塗布方法，乾燥工程で発光性の損失がないか等課題を確認中である．また，電子相転移材料（ある温度を境に金属－絶縁体間で相転移する材料）を用いたバイパス回路の製作にも着手した．代表的な電子相転移材料である二酸化バナジウムの粉体をシリコーン樹脂に分散させペースト状に成形できるかを確認した．現段階では，二酸化バナジウムとシリコーンの密度差により粉体が沈殿してしまい均一に分散できておらず，最適な溶媒材料，攪拌条件，硬化条件の探索が課題として挙がった．

今年，我们主要试图通过将光（应力发光）分散在溶剂中并将其应用于太阳能电池，可视化太阳能电池板中的热应力的大小作为发射强度，并分析热点崩溃行为。获得了商业上可用的压力发射材料，并将油漆状材料应用于晶体硅太阳能电池的整个表面。在实际的太阳能电池板（串联连接的420个太阳能电池组）中，重现了点火风险（当只有一个以串联失败或光挡片连接的太阳能电池组中的一个，并且在晴朗的天气中施加了与输出电流和反向偏置电压相对应的负载。观察到热点后温度升高期间产生的热应力。结果，在从室温到约300°C的温度变化下，结晶硅太阳能电池被热破坏，但是目前无法确认压力发射材料的光发射。当前，我们正在检查将压力发射材料在油漆中，太阳能电池涂层的涂料方法以及在干燥过程中是否没有发光特性损失时，诸如分散方法等问题。我们还开始使用电子相变材料（在一定温度下在金属和绝缘体之间改变相位的材料）制造旁路电路。已经证实，是否可以将典型的电子相过渡材料（二氧化钒粉）分散在硅树脂中并成型为糊状形式。在此阶段，由于二氧化钒和硅酮之间的密度差，粉末会沉淀，并且不均匀分散，并且挑战以找到最佳的溶剂材料，搅拌条件和固化条件。