מודולים סולאריים: טכנולוגיית תאי שמש PERC לעומת TOPCon

למרות שהתא הסולארי הראשון, שפותח בארה"ב בשנת 1954, היה תא מסוג N, תא מסוג P הפך לדומיננטי בשנים שלאחר מכן. הסיבה לכך הייתה שבימים הראשונים, המודולים שימשו בעיקר בתעשיית התעופה והחלל, שם הם הוכיחו את עצמם כחזקים יותר. רק בשנים האחרונות החלו יצרני תאים סולאריים לחשוב מחדש על גישתם, בשל תפוקת ההספק הגדולה יותר של תאים מסוג N. זאת בעיקר בשל תוחלת החיים הארוכה יותר של תאים אלה, שכן, בניגוד לתאים מסוג P, הם אינם רגישים ל"פגם בורון-חמצן". פגם זה מוביל לירידה ביעילות לאורך זמן. יתר על כן, תאים סולאריים מסוג N פחות רגישים לזיהומים מתכתיים בסיליקון.

בטכנולוגיית פוטו-וולטאית (PV), אפילו הפערים הקטנים ביותר בהרכב הכימי יכולים להוביל להבדלים משמעותיים ביעילות ובכדאיות הכלכלית. דוגמה בולטת לכך היא ההשוואה בין תאים סולאריים מסוג P לתאים סולאריים מסוג N. אלה נבדלים במבנה התא שלהם: תאים סולאריים מסוג P מבוססים על מצע סיליקון טעון חיובי, בעוד שתאים סולאריים מסוג N מתוכננים בצורה הפוכה, כאשר הצד המסומם שלילי משמש כבסיס התא.

עם זאת, תאי שמש מסוג N יקרים יותר כיום לייצור, עקב עשרות שנים של התמקדות בתאים מסוג P. ייצורם הוביל ליתרונות לגודל בשרשרת הערך, שעדיין צריך לבסס עבור ייצור מסוג N. יתר על כן, ייצור מודולים סולאריים מסוג N כרוך בשלבים נוספים, מה שמגדיל עוד יותר את העלויות. עם זאת, בשל יעילותם הגבוהה יותר, נתח השוק של תאי N מסוג גדל בהתמדה, וסביר להניח שזו רק שאלה של זמן עד שהם יחליפו את תאי P כטכנולוגיית תאי השמש הדומיננטית.

יריבות דומה בין שני סוגי תאים ניתן לראות כאשר משווים את טכנולוגיות התאים הסולאריים PERC (Passivated Emitter and Rear Cell) ו-TOPCon (Tunnel Oxide Passivated Contact), אשר עוררו לאחרונה סערה.

מודולי PERC מגבירים את יעילותם של מודולי PV מכיוון שהם ממירים אור נכנס לאנרגיה בצורה יעילה יותר. הדבר מושג על ידי החזרת חלק האור המגיע לחלק האחורי של התא בחזרה לתוך התא. זה מתאפשר הודות לשכבה המיושמת על גב המודול, המכונה פסיבציה בצד האחורי. היעילות המוגברת של תאי PERC בהשוואה למודולים קונבנציונליים היא 1%, מה שבתורו מסייע להפחית את עלויות הייצור לכל קילוואט-וואט שנוצר.

כדי להשיג יעילות מרבית, תאי PERC משתמשים בעיקר ב-mono-wafers. סוג זה של תאים סולאריים עבר פיתוח משמעותי בשנים האחרונות. היעילות המוגברת הובילה להחלפתם הכמעט מוחלטת של תאי Al BSF קונבנציונליים במערכות פוטו-וולטאיות מקצועיות. עם זאת, תאי PERC אינם חדשים כלל; העיקרון שלהם תואר לראשונה בשנת 1983 על ידי אוניברסיטת ניו סאות' ויילס באוסטרליה. רק באמצעות שיפור מתמיד של תהליכי ייצור ניתן היה לממש את מלוא הפוטנציאל של הטכנולוגיה לייצור המוני.

עם זאת, טכנולוגיית PERC אינה חפה מבעיות. תאים אלה רגישים יותר לפגיעה עקב אור (LID) מאשר תאים קונבנציונליים. אפקט LID זה גורם לירידה בביצועי התאים הסולאריים לאחר חשיפתם הראשונה לאור. הסיכון לפגיעה עקב פוטנציאל (PID) גבוה יותר גם כן. לפגמים ב-PID יכולות להיות השלכות מרחיקות לכת, שכן הם יכולים להפחית משמעותית את התפוקה של מערכות פוטו-וולטאיות שלמות. לכן, משקיעים צריכים לשים לב במיוחד לוודא שתאי PERC מאושרים לעמידות ב-PID בהתאם לתקן IEC TS 62804.

כוכב עולה בטכנולוגיית תאים סולאריים הוא TOPCon, שפותח ב-Fraunhofer ISE בפרייבורג. תאים אלה יכולים להיות חד-פאציאליים ובי-פאציאליים, ובניגוד ל-PERC, משתמשים בעיקר בפרוסות סולאריות מסוג N. הם מציגים פוטנציאל יעילות גבוה יותר בהשוואה ל-PERC. היצרנית הסינית Jinko Solar הדגישה עד כמה פוטנציאל זה יכול להיות גבוה בשנה שעברה, והציגה מודול סולארי TOPCon חד-גבישי ובי-פאציאלי מסוג N עם יעילות של עד 23.53%. מודול TOPCon של Longi Solar, שהוצג בשנת 2021, השיג ביצועים גבוהים אף יותר. באמצעות תא TOPCon מסוג P, הוא קבע שיא יעילות עולמי חדש עבור טכנולוגיה זו, והגיע ל-25.19%. בהתחשב בהתקדמות המהירה, סביר להניח שזו רק שאלה של זמן עד ששיא זה ייעבר. מחקר אינטנסיבי על מודולים אלה יבטיח שהפיתוח יימשך עוד זמן רב.

למרות שקשה להתחרות בביצועי תאי השמש של TOPCon, טכנולוגיית PERC עדיין שולטת בשוק. סביר להניח שזה יישאר המצב עוד זמן מה עקב העלייה המתמשכת ביעילות התאים ובמקביל הירידה בעלויות הייצור.

עם זאת, תאי TOPCon צוברים תאוצה בשל יעילותם הגבוהה במיוחד. נכון לעכשיו, עלויות ייצור גבוהות מהוות חיסרון עבור מערכת פוטו-וולטאית מסוג זה. עם זאת, צפויים יתרונות משמעותיים לגודל ככל שייצור המוני יעלה, מה שיאפשר למודולי TOPCon להפוך למתחרים רציניים לטכנולוגיית PERC בגרמניה. חוקרים במכון פראונהופר למערכות אנרגיה סולארית (ISE) מאשרים זאת. לדבריהם, עם זאת, בנוסף להפחתת עלויות הייצור, הגדלת תפוקת הייצור לרמת תאי PERC נחוצה כדי לבסס את הכדאיות הכלכלית של מודולי TOPCon.

על פי ממצאי המדענים, טכנולוגיית TOPCon גורמת לעלויות כוללות גבוהות יותר של 13.5 עד 18.6% עבור תאים סולאריים ולעלויות מודול כוללות גבוהות יותר של 3.6 עד 5.5% בהשוואה ל-PERC במערכות פוטו-וולטאיות קרקעיות בהספק של 5 מגה-וואט. אף על פי כן, החוקרים ב-Fraunhofer ISE ציינו כי יעילות התא הגבוהה יותר של 0.4 עד 0.55% של תאי שמש TOPCon בהשוואה ל-p-PERC דו-פאציאלי מאפשרת ייצור המוני חסכוני.

בין אם משתמשים בתאי שמש מסוג N או מסוג P, יש דרך להגדיל משמעותית את יעילותם של מודולים סולאריים: טכנולוגיה דו-פאציאלית. בניגוד לתאי שמש חד-פאציאליים, המייצרים חשמל פוטו-וולטאי רק כאשר המשטח העליון שלהם מואר, תאי שמש דו-פאציאליים מתוכננים לייצר חשמל הן מהמשטח העליון והן מהמשטח התחתון שלהם. ספיגת אור מוגברת זו משפרת משמעותית את יעילות המודול.

מטבע הדברים, היעילות בצד התחתון אינה גבוהה כמו בצד העליון, הפונה לשמש. עם זאת, בהתאם למיקום, למרחק מהקרקע ולתנאים החיצוניים, היעילות יכולה לעלות ביותר מ-19% עקב עוצמת הקרינה המוגברת בצד התחתון. זה יכול להוביל לעלייה בקיבולת המערכת הכוללת של בין 10 ל-30 וואט-פס. לדוגמה, התפוקה של מודול שסיפק בעבר 290 וואט-פס עולה ל-320 עד 360 וואט-פס.

בעת התקנת מערכות דו-צדדיות, חשוב לוודא שהן מותקנות במרחק מספיק מהמשטח שמתחת כדי לאפשר העברת אור נוספת. עבור משטחים בעלי רפלקטיביות נמוכה עד בינונית, כגון גג רעפים או דשא, המרחק המינימלי צריך להיות לפחות 40 סנטימטרים. עבור משטחים בעלי רפלקטיביות גבוהה (למשל, שלג), המרחק מהקרקע צריך להיות גדול מ-1.5 מטרים.

קשור לזה:

• מודולים סולאריים דו-צדדיים ושקופים מזכוכית-זכוכית/זיגוג כפול, אידיאליים למערכות פוטו-וולטאיות חקלאיות, מערכות קרקעיות, חניות סולאריות וגדרות סולאריות

הכל ממקור אחד, שתוכנן במיוחד עבור פתרונות סולאריים לחניונים גדולים. מימון מחדש או קיזוז עלויות עתידיות באמצעות ייצור חשמל משלכם.

מצא כאן עצות ופתרונות 👈🏻

ייעוץ ותכנון כולל הערכת עלות ללא התחייבות. אנו מחברים אתכם עם שותפים חזקים בתחום הפוטו-וולטאית.

מצא כאן עצות ופתרונות 👈🏻

יש לנו נוכחות אזורית ברחבי העולם דובר הגרמנית. יש לנו שותפים אמינים שייעצו לכם ויישמו את משאלותיכם.

צרו איתנו קשר 👈🏻