Сонячні модулі: технологія сонячних елементів PERC проти TOPCon

Хоча перший сонячний елемент, розроблений у США в 1954 році, був елементом N-типу, у наступні роки елемент P-типу став домінуючим. Це було пов'язано з тим, що на початку модулі використовувалися переважно в аерокосмічній промисловості, де вони виявилися більш надійними. Лише в останні роки виробники сонячних елементів почали переглядати свій підхід через більшу вихідну потужність елементів N-типу. Це головним чином пов'язано з довшим терміном служби цих елементів, оскільки, на відміну від P-типу, вони не схильні до «бор-кисневого дефекту». Цей дефект призводить до зниження ефективності з часом. Крім того, сонячні елементи N-типу менш схильні до металевих домішок у кремнії.

У фотоелектричній (ФЕ) технології навіть найменші розбіжності в хімічному складі можуть призвести до значних відмінностей в ефективності та економічній доцільності. Яскравим прикладом є порівняння сонячних елементів P-типу та N-типу. Вони відрізняються структурою своїх елементів: сонячні елементи P-типу базуються на позитивно зарядженій кремнієвій підкладці, тоді як сонячні елементи N-типу розроблені навпаки, причому негативно легована сторона служить основою елемента.

Однак, сонячні елементи N-типу наразі дорожчі у виробництві через десятиліття зосередження уваги на елементах P-типу. Їхнє виробництво призвело до економії за рахунок масштабу в ланцюжку створення вартості, яку все ще потрібно створити для виробництва N-типу. Крім того, виробництво сонячних модулів N-типу передбачає додаткові етапи, що ще більше збільшує витрати. Однак, завдяки їхній вищій ефективності, частка N-типу на ринку постійно зростає, і, ймовірно, це лише питання часу, коли вони замінять елементи P-типу як домінуючу технологію сонячних елементів.

Подібне суперництво між двома типами елементів можна побачити, порівнюючи технології сонячних елементів PERC (пасивований емітер та задній елемент) та TOPCon (тунельний оксидний пасивований контакт), які нещодавно викликали ажіотаж.

Модулі PERC підвищують ефективність фотоелектричних модулів, оскільки вони ефективніше перетворюють вхідне світло на енергію. Це досягається шляхом відбиття частини світла, яка досягає задньої частини елемента, назад у елемент. Це стає можливим завдяки шару, нанесеному на задню частину модуля, відомому як пасивація задньої сторони. Підвищена ефективність елементів PERC порівняно зі звичайними модулями становить 1%, що, у свою чергу, допомагає знизити виробничі витрати на один кВт-пік.

Для досягнення максимальної ефективності, елементи PERC переважно використовують монопластини. Цей тип сонячних елементів зазнав значного розвитку за останні роки. Підвищена ефективність призвела до майже повної заміни ними звичайних Al BSF елементів у професійних фотоелектричних системах. Однак, елементи PERC зовсім не нові; їхній принцип був вперше описаний у 1983 році в Університеті Нового Південного Уельсу в Австралії. Лише завдяки постійному вдосконаленню виробничих процесів потенціал технології міг бути повністю реалізований для масового виробництва.

Однак, технологія PERC не позбавлена ​​своїх проблем. Ці елементи більш схильні до світлоіндукованої деградації (LID), ніж звичайні елементи. Цей ефект LID призводить до зниження продуктивності сонячних елементів після першого впливу світла. Ризик потенціаліндукованої деградації (PID) також вищий. Дефекти PID можуть мати далекосяжні наслідки, оскільки вони можуть значно знизити потужність усіх фотоелектричних систем. Тому інвесторам слід звернути особливу увагу на те, щоб елементи PERC були сертифіковані на стійкість до PID відповідно до IEC TS 62804.

Зіркою, що сходить у технології сонячних елементів, є TOPCon, розроблений у Fraunhofer ISE у Фрайбурзі. Ці елементи можуть бути як одно-, так і двосторонніми та, на відміну від PERC, переважно використовують пластини N-типу. Вони демонструють вищий потенціал ефективності порівняно з PERC. Китайський виробник Jinko Solar продемонстрував, наскільки високим може бути цей потенціал минулого року, представивши монокристалічний двосторонній сонячний модуль TOPCon N-типу з ефективністю до 23,53%. Модуль TOPCon від Longi Solar, представлений у 2021 році, досяг ще вищої продуктивності. Використовуючи елемент TOPCon P-типу, він встановив новий світовий рекорд ефективності для цієї технології, досягнувши 25,19%. З огляду на швидкий прогрес, ймовірно, лише питання часу, коли цей рекорд буде побито. Інтенсивні дослідження цих модулів забезпечать продовження розвитку ще довго.

Хоча продуктивність сонячних елементів TOPCon важко перевершити, технологія PERC все ще домінує на ринку. Ймовірно, це залишиться так ще деякий час завдяки постійному підвищенню ефективності елементів та одночасному зниженню виробничих витрат.

Однак, елементи TOPCon набирають обертів завдяки своїй винятково високій ефективності. Наразі високі виробничі витрати є недоліком для цього типу фотоелектричних систем. Однак очікується значна економія за рахунок масштабу, оскільки масове виробництво нарощується, що дозволить модулям TOPCon стати серйозними конкурентами технології PERC у Німеччині. Дослідники Інституту сонячних енергетичних систем Фраунгофера (ISE) підтверджують це. Однак, за їхніми словами, окрім зниження виробничих витрат, для встановлення економічної доцільності модулів TOPCon необхідне збільшення обсягів виробництва до рівня елементів PERC.

Згідно з висновками вчених, технологія TOPCon призводить до збільшення загальних витрат на сонячні елементи на 13,5–18,6% та на 3,6–5,5% порівняно з PERC у наземних фотоелектричних системах потужністю 5 мегават. Тим не менш, дослідники з Fraunhofer ISE зазначили, що вища на 0,4–0,55% ефективність сонячних елементів TOPCon порівняно з двостороннім p-PERC дозволяє здійснювати економічно ефективне масове виробництво.

Незалежно від того, чи використовуються сонячні елементи N-типу, чи P-типу, існує спосіб значно підвищити ефективність сонячних модулів: двостороння технологія. На відміну від односторонніх сонячних елементів, які генерують фотоелектричну енергію лише тоді, коли їхня верхня поверхня освітлена, двосторонні сонячні елементи розроблені для генерації енергії як з верхньої, так і з нижньої поверхонь. Це підвищене поглинання світла значно підвищує ефективність модуля.

Звичайно, ефективність нижньої сторони не така висока, як верхньої, яка звернена до сонця. Тим не менш, залежно від розташування, відстані від землі та зовнішніх умов, ефективність може зрости більш ніж на 19% завдяки збільшеній опроміненості нижньої сторони. Це може призвести до збільшення загальної потужності системи від 10 до 30 Вт-пік. Наприклад, потужність модуля, який раніше видавав 290 Вт-пік, збільшується до 320-360 Вт-пік.

Під час встановлення двосторонніх систем важливо переконатися, що вони встановлені на достатній відстані від поверхні, що знаходиться нижче, щоб забезпечити додаткове пропускання світла. Для поверхонь з низькою або середньою відбивною здатністю, таких як черепичний дах або трава, мінімальна відстань повинна становити щонайменше 40 сантиметрів. Для поверхонь з високою відбивною здатністю (наприклад, сніг) відстань до землі повинна бути більше 1,5 метра.

Пов'язано з цим:

• Двосторонні та прозорі сонячні модулі зі скловолокна/подвійного скління, ідеально підходять для агрофотоелектрики, наземних систем, сонячних навісів та сонячних огорож

Все з одного джерела, спеціально розроблено для сонячних рішень для великих паркувальних зон. Рефінансуйте або компенсуйте свої майбутні витрати за рахунок власного виробництва електроенергії.

Знайдіть поради та рішення тут 👈🏻

Консультація та планування, включаючи необов'язкову оцінку вартості. Ми з'єднуємо вас із сильними партнерами у сфері фотоелектричної енергетики.

Знайдіть поради та рішення тут 👈🏻

Ми маємо регіональну присутність у всьому німецькомовному світі. У нас є надійні партнери, які проконсультують вас та втілять ваші побажання в життя.

Зв'яжіться з нами 👈🏻