Zonnepanelen: PERC versus TOPCon zonneceltechnologie

Hoewel de eerste zonnecel, ontwikkeld in de VS in 1954, een N-type cel was, werd de P-type cel in de daaropvolgende jaren dominant. Dit kwam doordat de modules in de beginjaren voornamelijk werden gebruikt in de ruimtevaartindustrie, waar ze robuuster bleken te zijn. Pas de laatste jaren zijn fabrikanten van zonnecellen hun aanpak gaan herzien, vanwege het hogere vermogen van N-type cellen. Dit is voornamelijk te danken aan de langere levensduur van deze cellen, omdat ze, in tegenstelling tot de P-type, niet gevoelig zijn voor het "boor-zuurstofdefect". Dit defect leidt tot een afname van de efficiëntie in de loop der tijd. Bovendien zijn N-type zonnecellen minder gevoelig voor metaalverontreinigingen in het silicium.

In de fotovoltaïsche (PV) technologie kunnen zelfs de kleinste verschillen in chemische samenstelling leiden tot aanzienlijke verschillen in efficiëntie en economische haalbaarheid. Een goed voorbeeld hiervan is de vergelijking tussen P-type en N-type zonnecellen. Deze verschillen in hun celstructuur: P-type zonnecellen zijn gebaseerd op een positief geladen siliciumsubstraat, terwijl N-type zonnecellen op de tegenovergestelde manier zijn ontworpen, waarbij de negatief gedoteerde zijde als basis van de cel dient.

N-type zonnecellen zijn momenteel echter duurder om te produceren, vanwege de decennialange focus op P-type cellen. De productie daarvan leidde tot schaalvoordelen in de waardeketen, die voor de productie van N-type cellen nog moeten worden gerealiseerd. Bovendien omvat de productie van N-type zonnepanelen extra stappen, wat de kosten verder verhoogt. Door hun hogere efficiëntie neemt het marktaandeel van N-type cellen echter gestaag toe en is het waarschijnlijk slechts een kwestie van tijd voordat ze P-type cellen als dominante zonneceltechnologie zullen vervangen.

Een vergelijkbare rivaliteit tussen twee celtypen is te zien bij het vergelijken van de zonneceltechnologieën PERC (Passivated Emitter and Rear Cell) en TOPCon (Tunnel Oxide Passivated Contact), die recentelijk veel ophef hebben veroorzaakt.

PERC-modules verhogen de efficiëntie van PV-modules doordat ze binnenkomend licht effectiever omzetten in energie. Dit wordt bereikt door het deel van het licht dat de achterkant van de cel bereikt, terug in de cel te reflecteren. Dit wordt mogelijk gemaakt door een laag die op de achterkant van de module is aangebracht, ook wel bekend als backside passivering. De verhoogde efficiëntie van PERC-cellen ten opzichte van conventionele modules bedraagt ​​1%, wat op zijn beurt helpt om de productiekosten per kWp te verlagen.

Om maximale efficiëntie te bereiken, maken PERC-cellen voornamelijk gebruik van mono-wafers. Dit type zonnecel heeft de afgelopen jaren een aanzienlijke ontwikkeling doorgemaakt. De toegenomen efficiëntie heeft ertoe geleid dat ze de conventionele Al BSF-cellen in professionele PV-systemen bijna volledig hebben vervangen. PERC-cellen zijn echter allesbehalve nieuw; het principe ervan werd voor het eerst beschreven in 1983 door de Universiteit van New South Wales in Australië. Pas door voortdurend verbeterde productieprocessen kon het potentieel van de technologie volledig worden benut voor massaproductie.

PERC-technologie kent echter ook problemen. Deze cellen zijn gevoeliger voor lichtgeïnduceerde degradatie (LID) dan conventionele cellen. Dit LID-effect zorgt ervoor dat de prestaties van de zonnecellen afnemen na de eerste blootstelling aan licht. Het risico op potentiaalgeïnduceerde degradatie (PID) is ook hoger. PID-defecten kunnen verstrekkende gevolgen hebben, omdat ze de opbrengst van complete PV-systemen aanzienlijk kunnen verminderen. Investeerders moeten er daarom extra op letten dat PERC-cellen gecertificeerd zijn voor PID-bestendigheid volgens IEC TS 62804.

Een rijzende ster in de zonneceltechnologie is TOPCon, ontwikkeld bij het Fraunhofer ISE in Freiburg. Deze cellen kunnen zowel mono- als bifaciaal zijn en maken, in tegenstelling tot PERC, voornamelijk gebruik van N-type wafers. Ze vertonen een hoger rendementspotentieel in vergelijking met PERC. De Chinese fabrikant Jinko Solar demonstreerde vorig jaar hoe hoog dit potentieel kan zijn door een monokristallijne, bifaciale N-type TOPCon-zonnecelmodule te presenteren met een rendement tot 23,53%. De TOPCon-module van Longi Solar, gepresenteerd in 2021, behaalde zelfs nog hogere prestaties. Met een P-type TOPCon-cel vestigde het bedrijf een nieuw wereldrecord voor het rendement van deze technologie, namelijk 25,19%. Gezien de snelle vooruitgang is het waarschijnlijk slechts een kwestie van tijd voordat dit record wordt verbroken. Intensief onderzoek naar deze modules zal ervoor zorgen dat de ontwikkeling nog lange tijd doorgaat.

Hoewel de prestaties van TOPCon-zonnecellen moeilijk te evenaren zijn, domineert de PERC-technologie nog steeds de markt. Dit zal naar verwachting nog wel even zo blijven, vanwege de voortdurende toename van de celrendementen en de gelijktijdig dalende productiekosten.

TOPCon-cellen winnen echter aan populariteit vanwege hun uitzonderlijk hoge rendement. Momenteel vormen de hoge productiekosten een nadeel voor dit type PV-systeem. Er worden echter aanzienlijke schaalvoordelen verwacht naarmate de massaproductie toeneemt, waardoor TOPCon-modules in Duitsland serieuze concurrenten kunnen worden voor PERC-technologie. Onderzoekers van het Fraunhofer Instituut voor Zonne-energiesystemen (ISE) bevestigen dit. Volgens hen is het echter, naast het verlagen van de productiekosten, noodzakelijk om de productiecapaciteit te verhogen tot het niveau van PERC-cellen om de economische haalbaarheid van TOPCon-modules te garanderen.

Volgens de bevindingen van de wetenschappers resulteert de TOPCon-technologie in 13,5 tot 18,6% hogere totale kosten voor zonnecellen en 3,6 tot 5,5% hogere totale modulekosten in vergelijking met PERC in grondgebonden PV-systemen met een capaciteit van 5 megawatt. De onderzoekers van Fraunhofer ISE merkten echter op dat de 0,4 tot 0,55% hogere celrendement van TOPCon-zonnecellen ten opzichte van bifaciale p-PERC een kosteneffectieve massaproductie mogelijk maakt.

Ongeacht of er N-type of P-type zonnecellen worden gebruikt, er is een manier om de efficiëntie van zonnepanelen aanzienlijk te verhogen: bifaciale technologie. In tegenstelling tot monofaciale zonnecellen, die alleen PV-energie opwekken wanneer hun bovenoppervlak wordt belicht, zijn bifaciale zonnecellen ontworpen om energie op te wekken via zowel hun boven- als onderoppervlak. Deze verhoogde lichtabsorptie verbetert de efficiëntie van de module aanzienlijk.

De efficiëntie aan de onderkant is vanzelfsprekend lager dan aan de bovenkant, die op de zon gericht is. Afhankelijk van de locatie, de afstand tot de grond en de omgevingsomstandigheden kan de efficiëntie echter met meer dan 19% toenemen door de hogere instraling aan de onderkant. Dit kan leiden tot een verhoging van het totale systeemvermogen met 10 tot 30 Wp. Zo kan het vermogen van een module die voorheen 290 Wp leverde, bijvoorbeeld stijgen naar 320 tot 360 Wp.

Bij de installatie van bifaciale systemen is het belangrijk ervoor te zorgen dat ze op voldoende afstand van het onderliggende oppervlak worden gemonteerd om extra lichtdoorlatendheid mogelijk te maken. Voor oppervlakken met een lage tot gemiddelde reflectiviteit, zoals een pannendak of gras, moet de minimale afstand ten minste 40 centimeter bedragen. Voor sterk reflecterende oppervlakken (bijv. sneeuw) moet de afstand tot de grond groter zijn dan 1,5 meter.

Dit is hiermee gerelateerd:

• Bifaciale en transparante glazen/dubbelwandige zonnepanelen, ideaal voor agrarische fotovoltaïsche systemen, grondgebonden systemen, zonnecarports en zonne-afschermingen

Alles uit één hand, speciaal ontworpen voor zonne-energieoplossingen voor grote parkeerterreinen. Herfinancier uw toekomstige kosten of compenseer deze met uw eigen opgewekte elektriciteit.

Vind hier advies en oplossingen 👈🏻

Advies en planning, inclusief een vrijblijvende kostenraming. Wij brengen u in contact met sterke partners in de fotovoltaïsche sector.

Vind hier advies en oplossingen 👈🏻

We zijn regionaal vertegenwoordigd in de gehele Duitstalige wereld. We werken samen met betrouwbare partners die u adviseren en uw wensen realiseren.

Neem contact met ons op 👈🏻