Солнечные модули: PERC и технология солнечных батарей TOPCon

Хотя первый солнечный элемент, разработанный в США в 1954 году, был N-типа, в последующие годы популярностью стали пользоваться элементы P-типа. Причиной этого было то, что на первых порах модули в основном использовались в космических путешествиях, где они оказались более устойчивыми. Лишь в последние годы производители солнечных элементов начали переосмысливать свой подход, что связано с большей производительностью элементов N-типа. Основная причина этого – более длительный срок жизни этих клеток, поскольку, в отличие от Р-типа, им не грозит «борно-кислородный дефект». Это приводит к снижению эффективности по мере увеличения времени работы. Кроме того, солнечные элементы N-типа менее подвержены металлическому загрязнению кремния.

В фотоэлектрических технологиях даже малейшие различия в химическом составе приводят к большим различиям в эффективности и экономичности распределения. В этом можно убедиться, например, при сравнении солнечных элементов P-типа и N-типа. Оба отличаются структурой ячеек: солнечные элементы P-типа построены на положительно заряженной кремниевой основе. Напротив, солнечные элементы типа N устроены наоборот, потому что отрицательно легированная сторона служит основанием солнечного элемента.

Однако производство солнечных элементов N-типа в настоящее время обходится дороже из-за многолетнего внимания к элементам P-типа. Их производство привело к экономии за счет масштаба в цепочке создания стоимости, которую сначала необходимо создать в производстве N-типа. Кроме того, требуются дополнительные этапы производства солнечных модулей N-типа, что еще больше увеличивает затраты. Однако из-за их более высокой эффективности доля N-типа постоянно увеличивается, и замена P-типа в качестве доминирующей технологии солнечных батарей станет лишь вопросом времени.

Сопоставимое соперничество между двумя типами элементов можно увидеть при сравнении технологий солнечных элементов PERC (пассивированный эмиттер и задняя ячейка) и TOPCon (туннельный оксидный пассивированный контакт), которые недавно вызвали переполох.

Модули PERC повышают эффективность фотоэлектрических модулей, поскольку они лучше преобразуют падающий свет в энергию. Они делают это, отражая часть света, достигающую задней части клетки, обратно в клетку. Это становится возможным благодаря наносимому на тыльную сторону модуля слою, так называемой обратной пассивации. Повышенная эффективность ячеек PERC по сравнению с обычными модулями составляет 1%, что, в свою очередь, помогает снизить производственные затраты на полученный кВт-пик.

Для достижения максимально возможной эффективности в ячейках PERC в основном используются монопластинки. В последние годы этот тип солнечных элементов претерпел масштабное развитие. Повышенная эффективность привела к тому, что они практически полностью заменили обычные элементы Al BSF в сфере профессиональных фотоэлектрических систем. Ячейки PERC далеко не новы, поскольку их принцип был впервые упомянут в 1983 году Австралийским университетом Нового Южного Уэльса. Однако только постоянное совершенствование производственных процессов означало, что ценность технологии можно было полностью использовать для массового производства.

Однако технология PERC не лишена проблем. Это делает их более чувствительными к деградации под действием света, чем обычные клетки. Этот эффект LID приводит к тому, что солнечные элементы теряют мощность после первого контакта со светом. Риск потенциальной деградации также выше. Дефект ПИД-регулятора может иметь далеко идущие последствия, поскольку он может значительно снизить производительность всей фотоэлектрической системы. Поэтому инвесторам следует обратить особое внимание на тот факт, что элементы PERC сертифицированы на устойчивость к ФИД в соответствии со стандартом IEC TS 62804.

Восходящей звездой в области солнечных батарей является технология TOPCon, разработанная на Fraunhofer ISE во Фрайбурге. Эти клетки могут быть как односторонними, так и двусторонними и, в отличие от PERC, полагаются в первую очередь на пластины N-типа. Они имеют более высокий потенциал эффективности по сравнению с PERC. В прошлом году китайский производитель Jinko Solar продемонстрировал, насколько высоким может быть этот показатель, представив монокристаллический двусторонний солнечный модуль TOPCon N-типа с КПД до 23,53%. Модуль TOPCon, представленный Longi Solar в 2021 году, достиг еще большей производительности. Благодаря ячейке TOPCon P-типа эффективность достигла 25,19%, установив новый мировой рекорд эффективности для этой технологии. Учитывая быстрый прогресс, побитие этого рекорда станет лишь вопросом времени. Интенсивные исследования модулей должны гарантировать, что развитию еще не видно конца.

Хотя производительность солнечных элементов TOPCon трудно превзойти, технология PERC по-прежнему доминирует на рынке. Вероятно, так будет и в течение некоторого времени из-за повышения эффективности ячеек и в то же время снижения производственных затрат.

Тем не менее, ячейки TOPCon находятся на подъеме благодаря их чрезвычайно высокой эффективности. Высокие производственные затраты по-прежнему говорят против этого типа фотоэлектрических систем. Однако с началом массового производства и здесь следует ожидать значительной экономии за счет масштаба, что обеспечит превращение модулей TOPCon в Германии в серьезную конкуренцию технологии PERC. Это подтверждают и исследователи Fraunhofer-ISE. Однако, по их мнению, помимо снижения производственных затрат, для поддержания экономической жизнеспособности модулей TOPCon необходимо увеличение объемов производства до уровня ячеек PERC.

Согласно выводам ученых, технология TOPCon увеличивает общую стоимость солнечных элементов на 13,5–18,6% и общую стоимость модулей на 3,6–5,5% выше, чем PERC для наземных фотоэлектрических систем мощностью 5 мегаватт. Тем не менее, исследователи из Fraunhofer ISE заявили, что эффективность солнечных элементов TOPCon на 0,4–0,55% выше по сравнению с двусторонними p-PERC, что делает возможным экономически эффективное крупномасштабное производство.

Независимо от того, используются ли солнечные элементы N-типа или P-типа, существует способ значительно повысить эффективность солнечных модулей. Это двусторонняя технология. В отличие от одностороннего солнечного элемента, который генерирует фотоэлектрическую электроэнергию только за счет освещения сверху, двусторонний солнечный элемент сконструирован таким образом, что он может генерировать электричество сверху и снизу. Достигнутое таким образом увеличение использования света значительно повышает эффективность модуля.

Конечно, эффективность нижней части не так велика, как верхней, ориентированной на солнечный свет. Тем не менее, эффективность может увеличиться более чем на 19% за счет излучения на нижней стороне, в зависимости от местоположения, удаленности от земли и внешних условий. Это означает, что емкость всей системы может быть увеличена от 10 до 30. Например, производительность модуля, который ранее выдавал 290 Вт, увеличивается до 320–360 Вт.

При установке двусторонних систем необходимо следить за тем, чтобы они были установлены на достаточном расстоянии от нижней поверхности, чтобы обеспечить дополнительное излучение. Минимальное расстояние должно составлять не менее 40 сантиметров для поверхностей со слабой и средней отражающей способностью, таких как черепичная крыша или трава. Однако для поверхностей с высокой отражающей способностью (например, снега) расстояние до земли должно быть больше 1,5 метров.

Подходит для:

• Двусторонние и прозрачные солнечные модули из стекла/стекла/двойного стекла идеально подходят для агрофотоэлектрических систем, систем открытого пространства, солнечных навесов для автомобилей и солнечных заборов.

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 👈🏻