Слънчеви модули: PERC срещу TOPCon технология на слънчевите клетки

Въпреки че първата слънчева клетка, разработена в САЩ през 1954 г., е била N-тип, P-тип клетката става доминираща през следващите години. Това се дължи на факта, че в ранните дни модулите са били използвани предимно в аерокосмическата индустрия, където са се доказали като по-здрави. Едва през последните години производителите на слънчеви клетки започват да преосмислят подхода си поради по-голямата мощност на N-тип клетките. Това се дължи главно на по-дългия живот на тези клетки, тъй като за разлика от P-типа, те не са податливи на „бор-кислородния дефект“. Този дефект води до намаляване на ефективността с течение на времето. Освен това, N-тип слънчевите клетки са по-малко податливи на метални примеси в силиция.

Във фотоволтаичната (PV) технология, дори най-малките несъответствия в химичния състав могат да доведат до значителни разлики в ефективността и икономическата жизнеспособност. Отличен пример е сравнението на слънчеви клетки от P-тип и N-тип. Те се различават по клетъчната си структура: слънчевите клетки от P-тип са базирани на положително зареден силициев субстрат, докато слънчевите клетки от N-тип са проектирани по обратния начин, като отрицателно легираната страна служи като основа на клетката.

Въпреки това, производството на слънчеви клетки от N-тип в момента е по-скъпо поради десетилетия фокус върху P-тип клетки. Производството им доведе до икономии от мащаба във веригата за създаване на стойност, които все още трябва да бъдат установени за производството на N-тип. Освен това, производството на слънчеви модули от N-тип включва допълнителни стъпки, което допълнително увеличава разходите. Поради по-високата им ефективност обаче, пазарният дял на N-тип клетките непрекъснато се увеличава и вероятно е само въпрос на време те да заменят P-тип клетките като доминираща технология за слънчеви клетки.

Подобно съперничество между два типа клетки може да се наблюдава при сравняване на технологиите за слънчеви клетки PERC (Passivated Emitter and Rear Cell) и TOPCon (Tunnel Oxide Passivated Contact), които наскоро предизвикаха голям интерес.

PERC модулите повишават ефективността на фотоволтаичните модули, защото те преобразуват входящата светлина в енергия по-ефективно. Това се постига чрез отразяване на частта от светлината, която достига до задната част на клетката, обратно в нея. Това е възможно благодарение на слой, нанесен върху задната част на модула, известен като пасивация на задната страна. Повишената ефективност на PERC клетките в сравнение с конвенционалните модули е 1%, което от своя страна спомага за намаляване на производствените разходи на генериран kWp.

За да се постигне максимална ефективност, PERC клетките използват предимно монопластове. Този тип слънчеви клетки претърпя значително развитие през последните години. Повишената ефективност доведе до почти пълното им заместване на конвенционалните Al BSF клетки в професионалните фотоволтаични системи. PERC клетките обаче са всичко друго, но не и нови; техният принцип е описан за първи път през 1983 г. от Университета на Нов Южен Уелс в Австралия. Само чрез непрекъснато усъвършенствани производствени процеси потенциалът на технологията може да бъде реализиран напълно за масово производство.

PERC технологията обаче не е без своите проблеми. Тези клетки са по-податливи на светлинно-индуцирана деградация (LID) в сравнение с конвенционалните клетки. Този LID ефект причинява спад в производителността на слънчевите клетки след първото им излагане на светлина. Рискът от потенциално-индуцирана деградация (PID) също е по-висок. PID дефектите могат да имат дългосрочни последици, тъй като могат значително да намалят производителността на цели фотоволтаични системи. Следователно инвеститорите трябва да обърнат специално внимание на това да гарантират, че PERC клетките са сертифицирани за PID устойчивост съгласно IEC TS 62804.

Изгряваща звезда в технологията на слънчевите клетки е TOPCon, разработен във Fraunhofer ISE във Фрайбург. Тези клетки могат да бъдат както едно-, така и двустранни и, за разлика от PERC, използват предимно N-тип пластини. Те показват по-висок потенциал за ефективност в сравнение с PERC. Китайският производител Jinko Solar демонстрира колко висок може да бъде този потенциал миналата година, представяйки монокристален, двустранен N-тип TOPCon соларен модул с ефективност до 23,53%. Модулът TOPCon на Longi Solar, представен през 2021 г., постигна още по-висока производителност. Използвайки P-тип TOPCon клетка, той постави нов световен рекорд за ефективност за тази технология, постигайки 25,19%. Предвид бързия напредък, вероятно е само въпрос на време този рекорд да бъде надминат. Интензивните изследвания на тези модули ще гарантират, че развитието ще продължи дълго време напред.

Въпреки че производителността на слънчевите клетки TOPCon е трудно да се надмине, технологията PERC все още доминира на пазара. Вероятно това ще се запази за известно време поради продължаващото повишаване на ефективността на клетките и едновременното намаляване на производствените разходи.

Въпреки това, TOPCon клетките набират популярност поради изключително високата си ефективност. В момента високите производствени разходи са недостатък за този тип фотоволтаични системи. Очакват се обаче значителни икономии от мащаба с увеличаването на масовото производство, което би позволило на TOPCon модулите да се превърнат в сериозни конкуренти на PERC технологията в Германия. Изследователи от Института Фраунхофер за слънчеви енергийни системи (ISE) потвърждават това. Според тях обаче, освен намаляването на производствените разходи, е необходимо увеличаване на производствения обем до нивото на PERC клетките, за да се установи икономическата жизнеспособност на TOPCon модулите.

Според откритията на учените, технологията TOPCon води до 13,5 до 18,6% по-високи общи разходи за слънчеви клетки и 3,6 до 5,5% по-високи общи разходи за модули в сравнение с PERC в наземно монтирани фотоволтаични системи с капацитет 5 мегавата. Въпреки това, изследователите от Fraunhofer ISE отбелязват, че по-високата с 0,4 до 0,55% ефективност на клетките на слънчевите клетки TOPCon в сравнение с двустранния p-PERC позволява рентабилно масово производство.

Независимо дали се използват слънчеви клетки от N-тип или P-тип, има начин значително да се увеличи ефективността на слънчевите модули: двустранна технология. За разлика от едностранните слънчеви клетки, които генерират фотоволтаична енергия само когато горната им повърхност е осветена, двустранните слънчеви клетки са проектирани да генерират енергия както от горната, така и от долната си повърхност. Това повишено поглъщане на светлина значително подобрява ефективността на модула.

Естествено, ефективността от долната страна не е толкова висока, колкото от горната страна, която е обърната към слънцето. Въпреки това, в зависимост от местоположението, разстоянието от земята и външните условия, ефективността може да се увеличи с повече от 19% поради увеличеното облъчване от долната страна. Това може да доведе до увеличаване на общия капацитет на системата между 10 и 30 Wp. Например, мощността на модул, който преди това е осигурявал 290 Wp, се увеличава до 320 до 360 Wp.

При инсталиране на двустранни системи е важно да се гарантира, че те са монтирани на достатъчно разстояние от повърхността отдолу, за да се осигури допълнително пропускане на светлина. За повърхности с ниска до средна отражателна способност, като например керемиден покрив или трева, минималното разстояние трябва да бъде поне 40 сантиметра. За силно отражателни повърхности (напр. сняг), разстоянието до земята трябва да бъде по-голямо от 1,5 метра.

Свързано с това:

• Двустранни и прозрачни соларни модули от стъкло/двойно остъкляване, идеални за агрофотоволтаици, наземни системи, соларни навеси за автомобили и соларни огради

Всичко от един източник, специално проектирано за соларни решения за големи паркинги. Рефинансирайте или компенсирайте бъдещите си разходи със собствено производство на електроенергия.

Намерете съвети и решения тук 👈🏻

Консултация и планиране, включително необвързваща оценка на разходите. Свързваме ви със силни партньори във фотоволтаиката.

Намерете съвети и решения тук 👈🏻

Имаме регионално присъствие в целия немскоезичен свят. Разполагаме с надеждни партньори, които ще Ви консултират и ще изпълнят Вашите желания.

Свържете се с нас 👈🏻