Więcej watów, większe moduły, lepsza sprawność i tym samym więcej prądu. Rynek przechodził wtedy przez łatwiejszy etap rozwoju oraz stopniowego dopracowywania znanych technologii. Teraz branża jest już w zupełnie innym miejscu. Największe firmy nie walczą tylko o to, kto zrobi większy panel, ale o to, kto zdoła wycisnąć z krzemu ostatnie wartościowe procenty, zanim coraz głośniej zaczną pukać do drzwi tandemy krzemowo-perowskitowe. Dlatego rekord Trina Solar jest tak ciekawy.
Rekordowe 28% sprawności w dużym ogniwie krzemowym
Firma Trina Solar ogłosiła osiągnięcie 28,00% sprawności konwersji energii w nowym ogniwie THBC, czyli TOPCon-compatible hybrid back-contact. Wynik został potwierdzony przez niemiecki Instytut Badań Energii Słonecznej w Hamelin, a to bardzo istotne, bo w świecie fotowoltaiki sama obietnica producenta znaczy niewiele, jeśli nie stoi za nią niezależna certyfikacja wykonana według ustalonych procedur pomiarowych. Innymi słowy, jest to oficjalnie pierwszy przypadek, w którym duże krystaliczne ogniwo krzemowe w formacie 210R przekroczyło próg 28%.
Czytaj też: Wymyślili dla paneli słonecznych coś, czego nikt się nie spodziewał, a co daje ogromne oszczędności
Musimy pamiętać, że mówimy tutaj ciągle o ogniwie, a nie o gotowym panelu fotowoltaicznym, który ktoś montuje na dachu. Ogniwo jest podstawową jednostką w module, a końcowy panel zawsze traci część sprawności przez odstępy między ogniwami, szkło, warstwy ochronne, połączenia elektryczne, temperaturę pracy i całą mechanikę konstrukcji. Dlatego 28% w ogniwie nie oznacza automatycznie 28% w module. Nadal jednak jest to wynik bardzo wysoki, bo tradycyjne komercyjne panele krzemowe odznaczają się znacznie gorszymi wynikami.
W praktyce oczywiście każdy ułamek procenta na tym poziomie zaczyna mieć znaczenie, bo już przy małej instalacji domowej może oznaczać kilka dodatkowych watów z jednego modułu. Przy wielkiej farmie słonecznej przekłada się to z kolei na mniej konstrukcji nośnych, mniej okablowania, mniejszą powierzchnię zajętą przez instalację i niższe koszty po stronie montażu na tę samą wysokość mocy. Właśnie dlatego rekordy sprawności nie są tylko sportem dla laboratoriów. Problem polega na tym, że droga od certyfikowanego ogniwa do taniego, trwałego i dostępnego modułu bywa długa.
THBC, czyli połączenie kilku pomysłów w jednej konstrukcji
Najciekawsze w nowym rozwiązaniu Trina Solar jest to, że firma próbuje połączyć kilka kierunków rozwoju, które dotąd często były omawiane osobno. THBC (Tunnel Oxide Passivated Contact) ma łączyć zalety TOPCon, elementy pasywacji znane z podejścia HJT (heterozłącz) oraz układ kontaktów przeniesionych na tylną stronę ogniwa. To ostatnie jest szczególnie ważne, bo w klasycznych ogniwach metalowe ścieżki z przodu częściowo zasłaniają powierzchnię, która powinna przyjmować światło. Przesunięcie kontaktów na tył zmniejsza straty optyczne i poprawia wykorzystanie przedniej powierzchni ogniwa.
Czytaj też: Niemcy chcą podbić dachy i elewacje. Zrobią to dachówkami, które produkują prąd
TOPCon jest dziś jednym z najważniejszych kierunków rozwoju krzemowej fotowoltaiki. W uproszczeniu chodzi o bardzo cienką warstwę tlenku tunelowego i warstwę domieszkowanego krzemu polikrystalicznego, które pomagają ograniczyć rekombinację nośników ładunku. Mniej straconych nośników oznacza wyższe napięcie i lepszą sprawność. Z kolei HJT idzie inną drogą i wykorzystuje połączenie krzemu krystalicznego z cienkimi warstwami krzemu amorficznego, żeby poprawić pasywację powierzchni. Back-contact rozwiązuje z kolei problem zacienienia od przednich elektrod. Trina Solar złożyło więc te elementy w jedną architekturę, zamiast traktować je jako konkurencyjne drogi.
Jest to technicznie jest trudne. Ogniwo z kontaktami z tyłu wymaga bardziej precyzyjnego wzoru metalizacji, dobrej separacji biegunów i kontroli strat rezystancyjnych. Jeśli taka konstrukcja ma być nie tylko rekordem, ale produktem, to musi działać powtarzalnie na dużych płytkach krzemowych, z wysokim uzyskiem produkcyjnym i bez nadmiernego wzrostu kosztów. Właśnie tutaj kryje się najważniejsza część całej historii. Trina Solar podkreśla zgodność z obecnymi liniami TOPCon oraz z cienkimi płytkami krzemowymi o grubości 110-130 mikrometrów, czyli 0,11-0,13 mm. Jeśli ta zgodność faktycznie przełoży się na przemysłową produkcję, technologia nie będzie wymagała budowania wszystkiego od zera.
Moduły powyżej 700 W robią wrażenie
Trina Solar zapowiada, że na bazie istniejącej linii pilotażowej THBC standardowy moduł o wymiarach 2382 x 1134 mm (około 2,7 metra kwadratowego) mógłby przekroczyć 700 watów mocy. Przy standardowym nasłonecznieniu testowym (1000 watów na metr kwadratowy) taki moduł musiałby mieć sprawność rzędu co najmniej 25,9%, jeśli rzeczywiście osiągałby 700 watów z takiej powierzchni. Jest to zresztą bardzo mocny wynik jak na gotowy moduł krzemowy, bo większość rynkowych paneli nadal operuje wyraźnie niżej.
Tyle że sama moc modułu bywa myląca. Panel 700 W nie jest automatycznie “lepszy” od panelu 450 W, jeśli jest po prostu większy. Dlatego warto patrzeć nie tylko na waty, ale też na sprawność modułu, wymiary, masę, napięcia, prądy robocze, odporność na temperaturę, degradację i kompatybilność z falownikami. W instalacjach wielkoskalowych większe moduły potrafią zmniejszyć liczbę elementów montażowych, ale mogą też komplikować logistykę, obsługę i projektowanie rzędów. W instalacjach dachowych rozmiar bywa ograniczeniem równie ważnym jak sprawność.
Czytaj też: Cicha rewolucja w ogrzewaniu? Pompy ciepła dostały wyjątkowo dziwnego następcę
Jednocześnie nie można udawać, że krzem jest jedyną ścieżką rozwoju fotowoltaiki. W tle rosną tandemy krzemowo-perowskitowe, które próbują obejść ograniczenia pojedynczego złącza przez wykorzystanie dwóch warstw pochłaniających różne fragmenty widma światła. Pisałem zresztą o perowskitowych panelach o hybrydowej architekturze, gdzie istotnym tematem była nie tylko sprawność, ale też trwałość i gotowość do skalowania. Nie możemy też zapominać ogniwach pracujących przy słabszym świetle oraz tandemach krzemowo-perowskitowych, czyli technologiach, które nie konkurują z krzemem prostą zamianą jeden do jednego, ale próbują wykorzystać jego dojrzałość jako fundament dla kolejnej warstwy.
Źródła: pv magazine International
