Solární moduly: technologie solárních článků PERC vs. TOPCon

Ačkoli první solární článek vyvinutý v USA v roce 1954 byl typu N, v následujících letech se stal populárním článek typu P. Důvodem bylo to, že v počátcích se moduly používaly hlavně při cestování vesmírem, kde se ukázaly jako odolnější. Teprve v posledních letech začali výrobci solárních článků přehodnocovat svůj přístup, což je způsobeno větším výkonem článků typu N. Hlavním důvodem je delší životnost těchto buněk, protože na rozdíl od P-typu u nich nehrozí „defekt bór-kyslík“. To vede ke snížení účinnosti s prodlužující se dobou provozu. Solární články typu N jsou navíc méně náchylné ke kovovému znečištění křemíku.

Ve FV technologii jsou i ty nejmenší nesrovnalosti v chemickém složení zodpovědné za velké rozdíly v účinnosti a ekonomické distribuci. To je vidět například při srovnání solárních článků typu P a typu N. Oba se liší strukturou svých článků, přičemž solární články typu P jsou postaveny na kladně nabité křemíkové bázi. Naproti tomu solární články typu N jsou navrženy opačně, protože záporně dotovaná strana slouží jako základna solárního článku.

Výroba solárních článků typu N je však v současnosti dražší, a to kvůli desetiletí trvajícímu zaměření na články typu P. Jejich výroba vedla k úsporám z rozsahu v hodnotovém řetězci, které je třeba nejprve vybudovat ve výrobě typu N. Kromě toho jsou při výrobě solárních modulů typu N nutné další kroky, což dále zvyšuje náklady. Vzhledem k jejich vyšší účinnosti se však podíl N-type neustále zvyšuje a bude jen otázkou času, kdy nahradí P-type jako dominantní technologii solárních článků.

Srovnatelnou rivalitu mezi dvěma typy článků lze vidět při srovnání technologií solárních článků PERC (Pasivated Emitter and Rear Cell) a TOPCon (Tunnel Oxide Passivated Contact), které v poslední době vyvolaly rozruch.

Moduly PERC zvyšují účinnost FV modulů, protože lépe přeměňují dopadající světlo na energii. Dělají to tak, že odrážejí část světla, která dosáhne zadní části buňky, zpět do buňky. Umožňuje to vrstva nanesená na zadní stranu modulu, tzv. zpětná pasivace. Zvýšená účinnost článků PERC ve srovnání s konvenčními moduly je 1 %, což zase pomáhá snižovat výrobní náklady na získaný kWp.

Pro dosažení co největší účinnosti se v článcích PERC používají především mono wafery. Typ solárního článku prošel v posledních letech masivním dalším vývojem. Zvýšená účinnost vedla k tomu, že téměř zcela nahradily běžné Al BSF články v oblasti profesionálních fotovoltaických systémů. Buňky PERC nejsou nic nového, protože jejich princip byl poprvé zmíněn v roce 1983 na australské univerzitě v Novém Jižním Walesu. Pouze neustále zdokonalované výrobní procesy však znamenaly, že hodnota technologie mohla být plně využita pro hromadnou výrobu.

Technologie PERC však není bez problémů. Díky tomu jsou citlivější na degradaci způsobenou světlem než běžné buňky. Tento efekt LID způsobuje, že solární články ztrácejí energii po prvním kontaktu se světlem. Riziko potenciálně indukované degradace je také vyšší. Závada PID může mít dalekosáhlé důsledky, protože může výrazně snížit výkon celých FV systémů. Investoři by proto měli věnovat zvláštní pozornost skutečnosti, že články PERC byly certifikovány na odolnost PID v souladu s IEC TS 62804.

Vycházející hvězdou v solárních článcích je technologie TOPCon vyvinutá ve Fraunhofer ISE ve Freiburgu. Tyto buňky mohou být jak monofaciální, tak bifaciální a na rozdíl od PERC se primárně spoléhají na destičky typu N. Mají vyšší potenciál účinnosti ve srovnání s PERC. Jak vysoká to může být, předvedl loni čínský výrobce Jinko Solar, když představil monokrystalický bifaciální solární modul TOPCon typu N s účinností až 23,53 %. Modul TOPCon představený společností Longi Solar v roce 2021 dosáhl ještě vyššího výkonu. S článkem TOPCon typu P to dosáhlo účinnosti 25,19 %, což představuje nový světový rekord účinnosti této technologie. Vzhledem k rychlému pokroku bude jen otázkou času, kdy bude tento rekord překonán. Intenzivní výzkum modulů by měl zajistit, že konec vývoje stále není v dohledu.

Přestože je výkon solárních článků TOPCon těžko překonatelný, technologie PERC stále dominuje trhu. Kvůli zvyšující se účinnosti článků a zároveň klesajícím výrobním nákladům tomu tak pravděpodobně ještě chvíli bude.

Články TOPCon jsou však na vzestupu díky extrémně vysoké účinnosti. V neprospěch tohoto typu FV stále hovoří vysoké výrobní náklady. Se zahájením hromadné výroby se však i zde dají očekávat výrazné úspory z rozsahu, které by zajistily, že se moduly TOPCon v Německu rozvinou v vážnou konkurenci pro technologii PERC. Potvrzují to i výzkumníci z Fraunhofer-ISE. K podpoře ekonomické životaschopnosti modulů TOPCon je však podle nich kromě snížení výrobních nákladů nutné zvýšení výrobního výkonu na úroveň článků PERC.

Podle zjištění vědců generuje technologie TOPCon o 13,5 až 18,6 % vyšší celkové náklady na solární články a o 3,6 až 5,5 % vyšší celkové náklady na moduly ve srovnání s PERC pro pozemní FV systémy s výkonem 5 megawattů. Přesto výzkumníci z Fraunhofer ISE uvedli, že o 0,4 až 0,55 % vyšší účinnost solárních článků TOPCon ve srovnání s bifaciálním p-PERC umožňuje nákladově efektivní velkovýrobu.

Bez ohledu na to, zda se použijí solární články typu N nebo typu P, existuje způsob, jak masivně zvýšit účinnost solárních modulů. Jedná se o bifaciální technologii. Na rozdíl od monofaciálního solárního článku, který generuje FV elektřinu pouze osvětlením horní části, je bifaciální solární článek navržen tak, aby mohl vyrábět elektřinu shora a zdola. Takto dosažené zvýšení využití světla výrazně zvyšuje účinnost modulu.

Samozřejmě účinnost na spodní straně není tak velká jako na horní, která je orientována na sluneční světlo. Přesto se může účinnost vlivem záření na spodní straně zvýšit o více než 19 % v závislosti na umístění, vzdálenosti od země a vnějších podmínkách. To znamená, že kapacitu celého systému lze zvýšit o 10 až 30. Například výkon modulu, který dříve dodával 290 Wp, se zvýší na 320 až 360 Wp.

Při instalaci bifaciálních systémů je třeba dbát na to, aby byly instalovány v dostatečné vzdálenosti od povrchu pod nimi, aby bylo umožněno dodatečné záření. Minimální vzdálenost by měla být alespoň 40 centimetrů pro slabě až středně reflexní povrchy, jako je tašková střecha nebo tráva. U vysoce reflexních povrchů (např. sníh) by však vzdálenost od země měla být větší než 1,5 metru.

Vhodné pro:

• Bifaciální a průhledné solární moduly sklo-sklo/dvojité sklo ideální pro zemědělskou fotovoltaiku, open-space systémy, solární přístřešky pro auta a solární ploty

Vše z jednoho zdroje, speciálně navržené pro solární řešení velkých parkovacích ploch. Refinancujete nebo protifinancujete do budoucnosti vlastní výrobou elektřiny.

Rady a řešení najdete zde 👈🏻

Poradenství a plánování včetně nezávazné kalkulace nákladů. Spojujeme vás se silnými fotovoltaickými partnery.

Rady a řešení najdete zde 👈🏻

Jsme rozmístěni napříč regiony v německy mluvících zemích. Máme spolehlivé partnery, kteří vám poradí a zrealizují vaše přání.

Kontaktujte nás 👈🏻