Moduły słoneczne: technologia ogniw słonecznych PERC vs. TOPCon

Chociaż pierwsze ogniwo słoneczne opracowane w USA w 1954 roku było ogniwem typu N, w kolejnych latach popularne stało się ogniwo typu P. Powodem tego było to, że na początku moduły były używane głównie w podróżach kosmicznych, gdzie okazały się bardziej odporne. Dopiero w ostatnich latach producenci ogniw słonecznych zaczęli na nowo przemyśleć swoje podejście, co wynika z większej wydajności ogniw typu N. Głównym tego powodem jest dłuższa żywotność tych ogniw, ponieważ w odróżnieniu od typu P nie są one zagrożone przez „defekt borowo-tlenowy”. Prowadzi to do zmniejszenia wydajności wraz ze wzrostem czasu pracy. Ponadto ogniwa słoneczne typu N są mniej podatne na metaliczne zanieczyszczenia krzemu.

W technologii PV nawet najmniejsze rozbieżności w składzie chemicznym odpowiadają za duże różnice w wydajności i dystrybucji ekonomicznej. Można to zauważyć na przykład porównując ogniwa słoneczne typu P i typu N. Obydwa różnią się budową ogniw, przy czym ogniwa słoneczne typu P są zbudowane na bazie dodatnio naładowanego krzemu. Natomiast ogniwa słoneczne typu N są zaprojektowane odwrotnie, ponieważ strona domieszkowana ujemnie służy jako podstawa ogniwa słonecznego.

Jednak produkcja ogniw słonecznych typu N jest obecnie droższa ze względu na trwające od kilkudziesięciu lat skupienie się na ogniwach typu P. Ich produkcja doprowadziła do uzyskania korzyści skali w łańcuchu wartości, które należy najpierw zbudować w produkcji typu N. Ponadto przy produkcji modułów słonecznych typu N wymagane są dodatkowe etapy, co dodatkowo zwiększa koszty. Jednak ze względu na ich wyższą wydajność, udział typu N stale rośnie i tylko kwestią czasu będzie, zanim zastąpi on typ P w roli dominującej technologii ogniw słonecznych.

Porównywalną rywalizację pomiędzy dwoma typami ogniw można zaobserwować porównując technologie ogniw słonecznych PERC (pasywowany emiter i ogniwo tylne) oraz TOPCon (kontakt pasywowany tlenkiem tunelu), które ostatnio wywołały zamieszanie.

Moduły PERC zwiększają wydajność modułów fotowoltaicznych, ponieważ lepiej przekształcają padające światło w energię. Robią to poprzez odbicie części światła docierającej do tylnej części komórki z powrotem do komórki. Umożliwia to warstwa nałożona na tył modułu, tzw. pasywacja tylna. Zwiększona wydajność ogniw PERC w porównaniu do modułów konwencjonalnych wynosi 1%, co z kolei pozwala obniżyć koszty produkcji na każdy uzyskany kWp.

Aby uzyskać jak największą wydajność, w ogniwach PERC stosuje się głównie płytki mono. W ostatnich latach rodzaj ogniw słonecznych przeszedł ogromny rozwój. Zwiększona wydajność sprawiła, że ​​niemal całkowicie zastąpiły one konwencjonalne ogniwa Al BSF w obszarze profesjonalnych systemów fotowoltaicznych. Ogniwa PERC nie są niczym nowym, ponieważ ich zasada działania została po raz pierwszy wspomniana w 1983 roku przez Australijski Uniwersytet Nowej Południowej Walii. Jednak dopiero stale udoskonalane procesy produkcyjne pozwoliły na pełne wykorzystanie wartości technologii w produkcji masowej.

Technologia PERC nie jest jednak pozbawiona problemów. To sprawia, że ​​są one bardziej wrażliwe na degradację wywołaną światłem niż ogniwa konwencjonalne. Ten efekt LID powoduje, że ogniwa słoneczne tracą moc po pierwszym kontakcie ze światłem. Ryzyko degradacji wywołanej potencjałem jest również wyższe. Wada PID może mieć daleko idące konsekwencje, ponieważ może znacznie obniżyć wydajność całych systemów fotowoltaicznych. Inwestorzy powinni zatem zwrócić szczególną uwagę na fakt, że ogniwa PERC posiadają certyfikat odporności na PID zgodnie z normą IEC TS 62804.

Wschodzącą gwiazdą ogniw słonecznych jest technologia TOPCon opracowana w Fraunhofer ISE we Freiburgu. Ogniwa te mogą być zarówno jedno-, jak i dwustronne i, w przeciwieństwie do PERC, opierają się głównie na płytkach typu N. Mają wyższy potencjał wydajności w porównaniu do PERC. W zeszłym roku chiński producent Jinko Solar pokazał, jak wysoka może być ta wartość, prezentując monokrystaliczny, dwustronny moduł słoneczny TOPCon typu N o sprawności sięgającej 23,53%. Moduł TOPCon zaprezentowany przez Longi Solar w 2021 roku osiągnął jeszcze wyższą wydajność. W przypadku ogniwa TOPCon typu P osiągnięto sprawność na poziomie 25,19%, ustanawiając nowy światowy rekord wydajności w tej technologii. Biorąc pod uwagę szybki postęp, pobicie tego rekordu będzie tylko kwestią czasu. Intensywne badania nad modułami powinny sprawić, że końca rozwoju nadal nie widać.

Chociaż wydajność ogniw słonecznych TOPCon jest trudna do pobicia, technologia PERC nadal dominuje na rynku. Prawdopodobnie tak będzie przez jakiś czas ze względu na rosnącą wydajność ogniw i jednocześnie spadające koszty produkcji.

Jednak liczba ogniw TOPCon rośnie ze względu na ich niezwykle wysoką wydajność. Wysokie koszty produkcji nadal przemawiają przeciwko temu typowi fotowoltaiki. Jednak wraz z rozpoczęciem masowej produkcji również tutaj należy spodziewać się znacznych korzyści skali, które sprawią, że moduły TOPCon w Niemczech staną się poważną konkurencją dla technologii PERC. Potwierdzają to również naukowcy z Fraunhofer-ISE. Jednak ich zdaniem oprócz obniżenia kosztów produkcji konieczne jest zwiększenie wydajności produkcji do poziomu ogniw PERC, aby zapewnić opłacalność ekonomiczną modułów TOPCon.

Według ustaleń naukowców technologia TOPCon generuje od 13,5 do 18,6% wyższe całkowite koszty ogniw słonecznych i od 3,6 do 5,5% wyższe całkowite koszty modułów w porównaniu z PERC w przypadku naziemnych systemów fotowoltaicznych o mocy 5 megawatów. Niemniej jednak naukowcy z Fraunhofer ISE stwierdzili, że wydajność ogniw słonecznych TOPCon wyższa od 0,4 do 0,55% w porównaniu z dwustronnymi ogniwami p-PERC umożliwia opłacalną produkcję na dużą skalę.

Niezależnie od tego, czy stosowane są ogniwa słoneczne typu N, czy typu P, istnieje sposób na znaczne zwiększenie wydajności modułów słonecznych. To jest technologia dwustronna. W przeciwieństwie do jednostronnego ogniwa słonecznego, które wytwarza energię elektryczną PV jedynie poprzez oświetlenie góry, dwustronne ogniwo słoneczne zostało zaprojektowane w taki sposób, że może generować energię elektryczną od góry i od dołu. Uzyskane w ten sposób zwiększenie wykorzystania światła znacznie zwiększa wydajność modułu.

Oczywiście wydajność na dole nie jest tak duża, jak na górze, która jest skierowana w stronę światła słonecznego. Niemniej jednak wydajność może wzrosnąć o ponad 19% ze względu na promieniowanie od spodu, w zależności od lokalizacji, odległości od podłoża i warunków zewnętrznych. Oznacza to, że wydajność całego systemu można zwiększyć w zakresie od 10 do 30. Na przykład wydajność modułu, który wcześniej dostarczał 290 Wp, wzrasta do 320 do 360 Wp.

Podczas instalowania systemów dwustronnych należy zwrócić uwagę, aby były one instalowane w wystarczającej odległości od powierzchni pod spodem, aby umożliwić dodatkowe promieniowanie. Minimalna odległość powinna wynosić co najmniej 40 centymetrów w przypadku powierzchni słabo lub średnio odblaskowych, takich jak dach kryty dachówką lub trawa. Jednakże w przypadku powierzchni silnie odblaskowych (np. śnieg) odległość od podłoża powinna być większa niż 1,5 metra.

Nadaje się do:

• Dwustronne i przezroczyste moduły słoneczne typu szkło-szkło/podwójne szkło, idealne do fotowoltaiki rolniczej, systemów open space, wiat słonecznych i ogrodzeń słonecznych

Wszystko z jednego źródła, specjalnie zaprojektowane do rozwiązań solarnych dla dużych parkingów. Refinansujesz lub refinansowasz w przyszłość dzięki własnej produkcji energii elektrycznej.

Rady i rozwiązania znajdziesz tutaj 👈🏻

Doradztwo i planowanie łącznie z niewiążącym kosztorysem. Łączymy Cię z silnymi partnerami fotowoltaicznymi.

Rady i rozwiązania znajdziesz tutaj 👈🏻

Jesteśmy rozmieszczeni w różnych regionach krajów niemieckojęzycznych. Mamy niezawodnych partnerów, którzy doradzają i realizują Twoje życzenia.

Skontaktuj się z nami 👈🏻