Módulos solares: tecnologia de células solares PERC vs. TOPCon

Embora a primeira célula solar desenvolvida nos EUA em 1954 fosse do tipo N, a célula do tipo P tornou-se popular nos anos seguintes. A razão para isto foi que nos primeiros tempos os módulos eram utilizados principalmente em viagens espaciais, onde provaram ser mais resistentes. Somente nos últimos anos os fabricantes de células solares começaram a repensar a sua abordagem, o que se deve ao maior desempenho das células do tipo N. A principal razão para isso é a maior vida útil dessas células porque, ao contrário do tipo P, elas não são ameaçadas pelo “defeito boro-oxigênio”. Isto leva a uma redução na eficiência à medida que o tempo de operação aumenta. Além disso, as células solares do tipo N são menos suscetíveis à contaminação metálica do silício.

Na tecnologia fotovoltaica, mesmo as mais pequenas discrepâncias na composição química são responsáveis ​​por grandes diferenças na eficiência e na distribuição económica. Isso pode ser visto, por exemplo, ao comparar células solares do tipo P e do tipo N. Ambos diferem em termos de estrutura celular, com células solares do tipo P baseadas em uma base de silício carregada positivamente. Em contraste, as células solares do tipo N são projetadas ao contrário, porque o lado dopado negativamente serve como base da célula solar.

No entanto, as células solares do tipo N são atualmente mais caras de produzir, devido ao foco de décadas nas células do tipo P. A sua produção conduziu a economias de escala na cadeia de valor, que primeiro têm de ser construídas na produção do tipo N. Além disso, são necessárias etapas adicionais na produção de módulos solares do tipo N, o que aumenta ainda mais os custos. No entanto, devido à sua maior eficiência, a participação do tipo N está aumentando continuamente e será apenas uma questão de tempo até que substitua o tipo P como a tecnologia dominante de células solares.

Uma rivalidade comparável entre dois tipos de células pode ser vista ao comparar as tecnologias de células solares PERC (Passivated Emitter and Rear Cell) e TOPCon (Tunnel Oxide Passivated Contact), que recentemente causaram polêmica.

Os módulos PERC aumentam a eficiência dos módulos fotovoltaicos porque convertem melhor a luz incidente em energia. Eles fazem isso refletindo a parte da luz que atinge a parte de trás da célula de volta para dentro da célula. Isto é possível graças a uma camada aplicada na parte traseira do módulo, a chamada passivação traseira. O aumento da eficiência das células PERC em comparação com os módulos convencionais é de 1%, o que por sua vez ajuda a reduzir os custos de produção por kWp ganho.

Para alcançar a maior eficiência possível, os mono wafers são usados ​​principalmente em células PERC. O tipo de célula solar passou por um grande desenvolvimento nos últimos anos. O aumento da eficiência levou-as a substituir quase completamente as células convencionais de Al BSF na área de sistemas fotovoltaicos profissionais. As células PERC não são nada novas, pois o seu princípio foi mencionado pela primeira vez em 1983 pela Universidade Australiana de Nova Gales do Sul. No entanto, apenas processos de produção melhorados de forma constante significaram que o valor da tecnologia poderia ser plenamente explorado para a produção em massa.

No entanto, a tecnologia PERC tem seus problemas. Isto os torna mais sensíveis à degradação induzida pela luz do que as células convencionais. Este efeito LID faz com que as células solares percam energia após o primeiro contato com a luz. O risco de degradação induzida pelo potencial também é maior. O defeito do PID pode ter consequências de longo alcance, pois pode reduzir significativamente o desempenho de sistemas fotovoltaicos inteiros. Os investidores devem, portanto, prestar especial atenção ao facto de as células PERC terem sido certificadas para resistência PID de acordo com a IEC TS 62804.

Uma estrela em ascensão nas células solares é a tecnologia TOPCon desenvolvida no Fraunhofer ISE em Freiburg. Estas células podem ser monofaciais e bifaciais e, em contraste com PERC, dependem principalmente de wafers do tipo N. Eles têm um potencial de eficiência maior em comparação ao PERC. No ano passado, o fabricante chinês Jinko Solar demonstrou o quão alto isso pode ser quando apresentou um módulo solar TOPCon monocristalino bifacial tipo N com uma eficiência de até 23,53%. O módulo TOPCon apresentado pela Longi Solar em 2021 alcançou desempenho ainda superior. Com uma célula TOPCon tipo P, alcançou uma eficiência de 25,19%, estabelecendo um novo recorde mundial de eficiência para esta tecnologia. Dado o rápido progresso, será apenas uma questão de tempo até que este recorde seja batido. A intensa pesquisa sobre os módulos deve garantir que o desenvolvimento ainda não esteja à vista.

Embora o desempenho das células solares TOPCon seja difícil de superar, a tecnologia PERC ainda domina o mercado. É provável que este seja o caso durante algum tempo devido ao aumento da eficiência das células e, ao mesmo tempo, à queda dos custos de produção.

No entanto, as células TOPCon estão em ascensão devido à sua eficiência extremamente elevada. Os elevados custos de produção ainda falam contra este tipo de PV. No entanto, à medida que a produção em massa começa, são de esperar também aqui economias de escala significativas, o que garantiria que os módulos TOPCon na Alemanha se transformassem numa concorrência séria pela tecnologia PERC. Pesquisadores do Fraunhofer-ISE também confirmam isso. No entanto, segundo eles, além de uma redução nos custos de produção, é necessário um aumento na produção ao nível das células PERC para sustentar a viabilidade económica dos módulos TOPCon.

De acordo com as descobertas dos cientistas, a tecnologia TOPCon gera custos totais de células solares 13,5 a 18,6% mais elevados e custos totais de módulos 3,6 a 5,5% mais elevados em comparação com PERC para sistemas fotovoltaicos montados no solo com produção de 5 megawatts. No entanto, os pesquisadores do Fraunhofer ISE afirmaram que uma eficiência celular 0,4 a 0,55% maior das células solares TOPCon em comparação com o p-PERC bifacial torna possível a produção em larga escala com boa relação custo-benefício.

Independentemente de serem usadas células solares do tipo N ou do tipo P, existe uma maneira de aumentar enormemente a eficiência dos módulos solares. Esta é a tecnologia bifacial. Em contraste com a célula solar monofacial, que só gera eletricidade fotovoltaica iluminando a parte superior, a célula solar bifacial é projetada para poder gerar eletricidade a partir da parte superior e inferior. O aumento do aproveitamento da luz conseguido desta forma aumenta significativamente a eficiência do módulo.

É claro que a eficiência na parte inferior não é tão grande quanto na parte superior, que está orientada para a luz solar. Porém, a eficiência pode aumentar em mais de 19% devido à radiação na parte inferior, dependendo da localização, distância do solo e condições externas. Isto significa que a capacidade de todo o sistema pode ser aumentada entre 10 e 30. Por exemplo, o desempenho de um módulo que anteriormente fornecia 290 Wp aumenta para 320 a 360 Wp.

Ao instalar sistemas bifaciais, deve-se ter cuidado para garantir que eles sejam instalados a uma distância suficiente da superfície inferior para permitir radiação adicional. A distância mínima deve ser de pelo menos 40 centímetros para superfícies refletivas fracas a médias, como telhados de telhas ou grama. No entanto, para superfícies altamente reflectoras (por exemplo, neve), a distância ao solo deve ser superior a 1,5 metros.

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