Napelemek: PERC vs. TOPCon napelem technológia

Bár az első, 1954-ben az USA-ban kifejlesztett napelem egy N típusú cella volt, a P típusú cella a következő években dominánssá vált. Ez azért volt, mert a kezdeti időkben a modulokat elsősorban a repülőgépiparban használták, ahol robusztusabbnak bizonyultak. Csak az utóbbi években kezdték a napelemgyártók újragondolni a megközelítésüket, az N típusú cellák nagyobb teljesítménye miatt. Ez főként ezeknek a celláknak a hosszabb élettartamának köszönhető, mivel a P típussal ellentétben nem érzékenyek a „bór-oxigén hibára”. Ez a hiba idővel a hatékonyság csökkenéséhez vezet. Továbbá az N típusú napelemek kevésbé érzékenyek a szilíciumban található fémes szennyeződésekre.

A fotovoltaikus (PV) technológiában a kémiai összetétel legkisebb eltérései is jelentős különbségekhez vezethetnek a hatékonyságban és a gazdaságosságban. Erre kiváló példa a P- és N-típusú napelemek összehasonlítása. Ezek a cellaszerkezetükben különböznek: a P-típusú napelemek pozitív töltésű szilícium hordozón alapulnak, míg az N-típusú napelemek fordított módon vannak kialakítva, a negatívan adalékolt oldal szolgál a cella alapjául.

Az N-típusú napelemek előállítása azonban jelenleg drágább, mivel évtizedek óta a P-típusú cellákra összpontosítanak. Előállításuk méretgazdaságosságot eredményezett az értékláncban, amelyet az N-típusú gyártáshoz még meg kell teremteni. Továbbá az N-típusú napelemek gyártása további lépéseket igényel, ami tovább növeli a költségeket. Nagyobb hatékonyságuk miatt azonban az N-típusú cellák piaci részesedése folyamatosan növekszik, és valószínűleg csak idő kérdése, hogy mikor váltják fel a P-típusú cellákat, mint domináns napelem-technológia.

Hasonló rivalizálás figyelhető meg két napelemtípus között a PERC (Passivated Emitter and Rear Cell) és a TOPCon (Tunnel Oxide Passivated Contact) napelemtechnológiák összehasonlításakor, amelyek a közelmúltban nagy port kavartak.

A PERC modulok növelik a napelemek hatékonyságát, mivel hatékonyabban alakítják át a bejövő fényt energiává. Ezt úgy érik el, hogy a cella hátuljára jutó fény egy részét visszaverik a cellába. Ezt a modul hátuljára felvitt réteg, az úgynevezett hátoldali passziválás teszi lehetővé. A PERC cellák hatékonyságnövekedése a hagyományos modulokhoz képest 1%-kal nagyobb, ami viszont segít csökkenteni a megtermelt kWp-re jutó termelési költségeket.

A maximális hatékonyság elérése érdekében a PERC cellák elsősorban mono-szeleteket használnak. Ez a típusú napelem az elmúlt években jelentős fejlődésen ment keresztül. A megnövekedett hatékonyság oda vezetett, hogy szinte teljesen kiváltották a hagyományos Al BSF cellákat a professzionális napelemes rendszerekben. A PERC cellák azonban korántsem újak; elvüket először 1983-ban írta le az ausztráliai Új-Dél-Walesi Egyetem. Csak a folyamatosan fejlesztett gyártási folyamatok révén lehetett teljes mértékben kiaknázni a technológia lehetőségeit a tömegtermelésben.

A PERC technológia azonban nem mentes a problémáktól. Ezek a cellák érzékenyebbek a fény okozta degradációra (LID), mint a hagyományos cellák. Ez a LID-hatás a napelemek teljesítményének csökkenését okozza az első fényhatás után. A potenciál okozta degradáció (PID) kockázata is nagyobb. A PID-hibáknak messzemenő következményei lehetnek, mivel jelentősen csökkenthetik a teljes fotovoltaikus rendszerek teljesítményét. Ezért a befektetőknek különös figyelmet kell fordítaniuk arra, hogy a PERC cellák az IEC TS 62804 szabvány szerinti PID-állósági tanúsítvánnyal rendelkezzenek.

A napelemtechnológia egyik felemelkedő csillaga a freiburgi Fraunhofer ISE-ben kifejlesztett TOPCon. Ezek a cellák lehetnek egy- és kétoldalasak is, és a PERC-kel ellentétben elsősorban N-típusú lapkákat használnak. Nagyobb hatásfokú potenciállal rendelkeznek, mint a PERC. A kínai Jinko Solar gyártó tavaly demonstrálta, hogy milyen magas lehet ez a potenciál, amikor egy monokristályos, kétoldalas, N-típusú TOPCon napelemmodult mutatott be, amelynek hatásfoka akár 23,53% is lehet. A Longi Solar 2021-ben bemutatott TOPCon modulja még nagyobb teljesítményt ért el. Egy P-típusú TOPCon cella használatával új világrekordot állított fel ebben a technológiában, 25,19%-ot elérve. A gyors fejlődés miatt valószínűleg csak idő kérdése, hogy mikor döntik meg ezt a rekordot. Az ilyen modulokkal kapcsolatos intenzív kutatás biztosítja, hogy a fejlesztés még sokáig folytatódjon.

Bár a TOPCon napelemek teljesítményét nehéz felülmúlni, a PERC technológia továbbra is uralja a piacot. Ez valószínűleg még egy ideig így is marad a cellahatékonyság folyamatos növekedése és az egyidejűleg csökkenő termelési költségek miatt.

A TOPCon cellák azonban egyre nagyobb teret hódítanak kivételesen magas hatásfokuk miatt. Jelenleg a magas termelési költségek hátrányt jelentenek az ilyen típusú napelemes rendszerek esetében. A tömegtermelés felfutásával azonban jelentős méretgazdaságosság várható, ami lehetővé tenné, hogy a TOPCon modulok komoly versenytársaivá váljanak a PERC technológiának Németországban. A Fraunhofer Napenergia Rendszerek Intézetének (ISE) kutatói megerősítik ezt. Szerintük azonban a gyártási költségek csökkentése mellett a termelési mennyiség PERC cellák szintjére való növelése is szükséges a TOPCon modulok gazdasági életképességének megalapozásához.

A tudósok eredményei szerint a TOPCon technológia 13,5–18,6%-kal magasabb összköltséget eredményez a napelemek esetében, és 3,6–5,5%-kal magasabb összköltséget a moduloknál a PERC-hez képest az 5 megawatt kapacitású talajra szerelt napelemes rendszerekben. A Fraunhofer ISE kutatói mindazonáltal megjegyezték, hogy a TOPCon napelemek 0,4–0,55%-kal magasabb cellahatékonysága a kétoldalas p-PERC-hez képest költséghatékony tömeggyártást tesz lehetővé.

Függetlenül attól, hogy N- vagy P-típusú napelemeket használnak, van egy módja a napelemmodulok hatékonyságának jelentős növelésére: a kétoldalas technológia. A monofaciális napelemekkel ellentétben, amelyek csak akkor termelnek napelemes energiát, amikor a felső felületük megvilágított, a kétoldalas napelemek úgy vannak kialakítva, hogy mind a felső, mind az alsó felületükről termeljenek energiát. Ez a fokozott fényelnyelés jelentősen javítja a modul hatékonyságát.

Természetesen az alsó oldalon a hatásfok nem olyan magas, mint a nap felé néző felső oldalon. Mindazonáltal a helyszíntől, a talajtól való távolságtól és a külső körülményektől függően a hatásfok több mint 19%-kal is növekedhet az alsó oldalon megnövekedett besugárzás miatt. Ez a teljes rendszerkapacitás 10 és 30 Wp közötti növekedéséhez vezethet. Például egy korábban 290 Wp teljesítményt nyújtó modul teljesítménye 320-360 Wp-ra nő.

Kétoldali rendszerek telepítésekor fontos biztosítani, hogy azok megfelelő távolságra legyenek felszerelve az alatta lévő felülettől, hogy biztosítsák a további fényáteresztést. Alacsony vagy közepes fényvisszaverő képességű felületek, például cseréptető vagy fű esetén a minimális távolságnak legalább 40 centiméternek kell lennie. Erősen fényvisszaverő felületek (pl. hó) esetén a talajtól való távolságnak 1,5 méternél nagyobbnak kell lennie.

Ehhez kapcsolódóan:

• Kétoldalas és átlátszó üveg-üveg/dupla üvegezésű napelemek, amelyek ideálisak mezőgazdasági fotovoltaikus rendszerekhez, talajra szerelt rendszerekhez, napelemes autóbeállókhoz és napelemes kerítésekhez

Minden egyetlen forrásból, kifejezetten nagy parkolóhelyek napelemes megoldásaihoz tervezve. Refinanszírozza vagy kompenzálja jövőbeli költségeit saját áramtermeléssel.

Tanácsokat és megoldásokat itt találsz 👈🏻

Konzultáció és tervezés, beleértve egy nem kötelező érvényű költségbecslést is. Erős partnerekkel kötjük össze Önt a fotovoltaikus rendszerek területén.

Tanácsokat és megoldásokat itt találsz 👈🏻

Regionális jelenléttel rendelkezünk a német nyelvterületen. Megbízható partnereink tanácsokkal látják el Önt és megvalósítják kívánságait.

Lépj velünk kapcsolatba 👈🏻