Солнечные модули: технология солнечных элементов PERC против технологии TOPCon

Хотя первая солнечная батарея, разработанная в США в 1954 году, была N-типа, в последующие годы доминирующим стал P-тип. Это произошло потому, что на ранних этапах модули в основном использовались в аэрокосмической промышленности, где они оказались более надежными. Только в последние годы производители солнечных батарей начали переосмысливать свой подход из-за большей выходной мощности N-типа. Это в основном связано с более длительным сроком службы этих элементов, поскольку, в отличие от P-типа, они не подвержены «дефекту бор-кислород». Этот дефект приводит к снижению эффективности с течением времени. Кроме того, солнечные элементы N-типа менее подвержены влиянию металлических примесей в кремнии.

В фотоэлектрических (ФЭ) технологиях даже малейшие различия в химическом составе могут привести к существенным различиям в эффективности и экономической целесообразности. Ярким примером является сравнение солнечных элементов P-типа и N-типа. Они различаются по своей структуре: солнечные элементы P-типа основаны на положительно заряженной кремниевой подложке, тогда как солнечные элементы N-типа имеют противоположную конструкцию, при которой отрицательно заряженная сторона служит основанием элемента.

Однако производство солнечных элементов N-типа в настоящее время обходится дороже из-за многолетней ориентации на элементы P-типа. Их производство привело к экономии за счет масштаба в цепочке создания стоимости, которую еще предстоит создать для производства элементов N-типа. Кроме того, производство солнечных модулей N-типа включает в себя дополнительные этапы, что еще больше увеличивает затраты. Тем не менее, благодаря более высокой эффективности, рыночная доля элементов N-типа неуклонно растет, и, вероятно, это лишь вопрос времени, когда они заменят элементы P-типа в качестве доминирующей технологии солнечных элементов.

Аналогичное соперничество между двумя типами элементов можно наблюдать при сравнении технологий солнечных элементов PERC (пассивированный эмиттер и тыльный слой) и TOPCon (туннельный оксидный пассивированный контакт), которые недавно вызвали большой резонанс.

Модули PERC повышают эффективность фотоэлектрических модулей, поскольку они более эффективно преобразуют поступающий свет в энергию. Это достигается за счет отражения той части света, которая достигает обратной стороны ячейки, обратно в ячейку. Это становится возможным благодаря слою, нанесенному на обратную сторону модуля, известному как пассивация обратной стороны. Повышенная эффективность ячеек PERC по сравнению с обычными модулями составляет 1%, что, в свою очередь, помогает снизить себестоимость производства электроэнергии на кВт·ч.

Для достижения максимальной эффективности в PERC-элементах в основном используются монокристаллические пластины. Этот тип солнечных элементов претерпел значительное развитие в последние годы. Повышение эффективности привело к их почти полной замене традиционных алюминиевых BSF-элементов в профессиональных фотоэлектрических системах. Однако PERC-элементы отнюдь не новы; их принцип действия был впервые описан в 1983 году Университетом Нового Южного Уэльса в Австралии. Только благодаря постоянному совершенствованию производственных процессов потенциал этой технологии мог быть полностью реализован для массового производства.

Однако технология PERC не лишена проблем. Эти элементы более подвержены деградации, вызванной светом (LID), чем обычные элементы. Этот эффект LID приводит к снижению производительности солнечных элементов после первого воздействия света. Риск деградации, вызванной потенциалом (PID), также выше. Дефекты PID могут иметь далеко идущие последствия, поскольку они могут значительно снизить выходную мощность всей фотоэлектрической системы. Поэтому инвесторам следует уделять особое внимание тому, чтобы элементы PERC были сертифицированы на устойчивость к PID в соответствии со стандартом IEC TS 62804.

Восходящей звездой в технологии солнечных элементов является технология TOPCon, разработанная в Институте Фраунгофера ISE во Фрайбурге. Эти элементы могут быть как монокристаллическими, так и двусторонними и, в отличие от PERC, в основном используют N-типовые пластины. Они демонстрируют более высокий потенциал эффективности по сравнению с PERC. Китайский производитель Jinko Solar продемонстрировал, насколько высок этот потенциал, в прошлом году, представив монокристаллический двусторонний солнечный модуль TOPCon N-типа с эффективностью до 23,53%. Модуль TOPCon от Longi Solar, представленный в 2021 году, достиг еще более высоких показателей. Используя P-типовой элемент TOPCon, он установил новый мировой рекорд эффективности для этой технологии, достигнув 25,19%. Учитывая быстрый прогресс, вероятно, это лишь вопрос времени, когда этот рекорд будет побит. Интенсивные исследования этих модулей обеспечат продолжение развития в течение длительного времени.

Несмотря на то, что характеристики солнечных элементов TOPCon трудно превзойти, технология PERC по-прежнему доминирует на рынке. Вероятно, так будет и в течение некоторого времени благодаря постоянному повышению эффективности элементов и одновременному снижению себестоимости производства.

Однако элементы TOPCon набирают популярность благодаря своей исключительно высокой эффективности. В настоящее время высокие производственные затраты являются недостатком для этого типа фотоэлектрических систем. Тем не менее, ожидается значительная экономия за счет масштаба производства по мере наращивания объемов массового производства, что позволит модулям TOPCon стать серьезными конкурентами технологии PERC в Германии. Исследователи из Института солнечной энергетики им. Фраунгофера (ISE) подтверждают это. Однако, по их мнению, помимо снижения производственных затрат, для обеспечения экономической целесообразности модулей TOPCon необходимо увеличить объемы производства до уровня элементов PERC.

Согласно результатам исследований ученых, технология TOPCon приводит к увеличению общей стоимости солнечных элементов на 13,5–18,6% и общей стоимости модулей на 3,6–5,5% по сравнению с PERC в наземных фотоэлектрических системах мощностью 5 мегаватт. Тем не менее, исследователи из Fraunhofer ISE отметили, что повышение эффективности солнечных элементов TOPCon на 0,4–0,55% по сравнению с двухсторонними p-PERC позволяет осуществлять экономически эффективное массовое производство.

Независимо от того, используются ли солнечные элементы N-типа или P-типа, существует способ значительно повысить эффективность солнечных модулей: двухсторонняя технология. В отличие от односторонних солнечных элементов, которые генерируют фотоэлектрическую энергию только при освещении верхней поверхности, двухсторонние солнечные элементы разработаны таким образом, чтобы генерировать энергию как с верхней, так и с нижней поверхности. Это повышенное поглощение света значительно улучшает эффективность модуля.

Естественно, эффективность на нижней стороне не так высока, как на верхней, обращенной к солнцу. Тем не менее, в зависимости от местоположения, расстояния от земли и внешних условий, эффективность может увеличиться более чем на 19% за счет увеличения интенсивности излучения на нижней стороне. Это может привести к увеличению общей мощности системы на 10–30 Вт. Например, выходная мощность модуля, ранее составлявшая 290 Вт, увеличивается до 320–360 Вт.

При установке двусторонних систем важно обеспечить их монтаж на достаточном расстоянии от поверхности, чтобы обеспечить дополнительное светопропускание. Для поверхностей с низкой и средней отражательной способностью, таких как черепичная крыша или газон, минимальное расстояние должно составлять не менее 40 сантиметров. Для поверхностей с высокой отражательной способностью (например, снег) расстояние до земли должно быть более 1,5 метров.

Подходит для:

• Двусторонние и прозрачные солнечные модули из стекла/двойного остекления идеально подходят для агрофотовольтаики, наземных систем, солнечных навесов для автомобилей и солнечных ограждений

Все из одних рук, специально разработано для солнечных систем для больших парковок. Вы рефинансируете или контрфинансируете будущее за счет собственного производства электроэнергии.

Советы и решения можно найти здесь 👈🏻

Консультации и планирование, включая необязательную смету расходов. Мы объединяем вас с сильными партнерами в области фотоэлектрических систем.

Советы и решения можно найти здесь 👈🏻

Мы представлены в разных регионах немецкоязычных стран. У нас есть надежные партнеры, которые проконсультируют вас и реализуют ваши пожелания.

Свяжитесь с нами 👈🏻