Pięć zalet (i dwie wady) paneli fotowoltaicznych PERC

W ciągłej pogoni za wzrostem sprawności paneli fotowoltaicznych, producenci próbują różnych metod, aby zmusić ogniwo fotowoltaicznej do produkcji większej ilości energii.

Jedna z najważniejszych technologii zastosowana w ogniwach fotowoltaicznych to PERC. Jest to stosunkowo prosta i wydajna metoda produkcji ogniw, która oferuje wiele korzyści dla użytkowników.

Poniżej pięć najważniejszych zalet technologii PERC (plus dwie wady).

1. Większa sprawność modułów PERC
2. Większa wydajność paneli PERC
3. Niższa temperatura ogniw PERC
4. Panele PERC pracują wydajniej przy słabym świetle
5. Cena paneli PERC zbliżona do ceny tradycyjnych paneli
6. Wady technologii PERC
7. Udziały w rynku technologii PERC
8. Podsumowanie

Większa sprawność modułów PERC

Panel fotowoltaiczny o większej sprawności zajmuje mniej miejsca na dachu od panelu o mniejszej sprawności. Albo, w przypadku dwóch modułów solarnych o tej samej powierzchni, moduł fotowoltaiczny o większej sprawności będzie miał większą moc. Panele fotowoltaiczne PERC uzyskują większą sprawność od tradycyjnych paneli.

Większa sprawność modułów PERC dla właścicieli instalacji PV oznacza, że panele PERC potrzebują mniejszej powierzchni, co może być istotne, w przypadku np. dachów kopertowych.

Jak działa typowe ogniwo fotowoltaiczne

W klasycznym ogniwie fotowoltaicznym, energia elektryczna powstaje, gdy fotony (światło jest dużym strumieniem fotonów) docierają do ogniwa i wybijają elektrony powodując ich przepływ, a tym samym powstanie energii elektrycznej.

Typowe ogniwo monokrystaliczne może przekształcić ok. 20% promieniowania słonecznego w energię elektryczną. Jednak znaczna część elektronów przechodzi przez warstwę ogniwa PV, nie wybijając elektronów.

Niektóre fotony nie posiadają odpowiedniej energii aby dotrzeć do wnętrza ogniwa. Taka sytuacja ma miejsce, na przykład gdy występuje zmniejszona intensywność promieniowania słonecznego, na przykład wskutek zachmurzenia nieba.

Część fotonów z kolei, przechodząc przez ogniwo fotowoltaiczne, nie wybija żadnego elektronu i niewykorzystane ulegają przemianie w ciepło. Inne fotony mogą wybić elektrony, które następnie rekombinują (powracają do stanu nieaktywnego) bez wywołania przepływu prądu.

Ogniwa fotowoltaiczne PERC

Aby uzyskać ogniwo PERC, producenci wykorzystują typowe ogniwo fotowoltaiczne, ale dodają tzw. warstwę pasywacyjną w dolnej części ogniwa. Pasywacja to wymyślna nazwa na dodatkową warstwę materiału, która powoduje odbicie promieni słonecznych, które przeszły przez ogniwo, z powrotem do wnętrza ogniwa, gdzie może nastąpić wybicie elektronu. Stąd nazwa technologii PERC – Passivated Emitter Rear Contact, czyli ogniwo ze spodnią pasywacją emitera.

Dzięki pasywacji, fotony, które w klasycznym ogniwie byłyby niewykorzystane (i swoją energię zamieniły na ciepło), w ogniwie PERC otrzymują drugą szansę na wytworzenie energii elektrycznej. W ten sposób ogniwa PERC produkują nieco więcej energii, niż klasyczne ogniwa.

Technologia PERC powoduje, że więcej fotonów zostaje wykorzystana w ogniwie fotowoltaicznym, co oznacza, że każde ogniwo PERC produkuje nieco więcej energii elektrycznej, niż gdyby nie było warstwy PERC.

Większa wydajność produkcji energii elektrycznej z paneli PERC

Drugą zaletą ogniw PERC jest ich większa wydajność. Wcześniej mówiliśmy o sprawności paneli fotowoltaicznych, a teraz mówimy o wydajności. Sprawność dotyczyła powierzchni modułu solarnego. Wydajność informuje o tym, ile energii elektrycznej dany moduł PV wyprodukuje, niezależnie od mocy.

Wydajność modułu fotowoltaicznego mówi o tym, ile prądu w watogodzinach (Wh, lub częściej spotykana jednostka to kWh), można uzyskać z wata modułu solarnego.

Przyjmuje się, że w Polsce, panele fotowoltaiczne o mocy 1 kW, zamontowane w kierunku południowym, pod kątem 30 stopni, produkują rocznie ok. 1 000 kWh. Jednak, z badań przeprowadzonych przez serwis PV Magazine wynika, że panele fotowoltaiczne PERC produkują niemal 5 procent energii elektrycznej rocznie więcej, niż panele tradycyjne. Podobne rezultaty osiągnięto testując m. in. panele Qcells.

Dwa moduły fotowoltaiczne na tym samym dachu, o tej samej mocy, jeden PERC, a drugi zwykły, wyprodukują różne ilości energii elektrycznej. Moduł monokrystaliczny PERC wyprodukuje ok. 5% prądu więcej, od zwykłego modułu monokrystalicznego.

Niższa temperatura ogniw PERC

Ogniwa fotowoltaiczne nagrzewają się podczas pracy, zwykle osiągając ok. 22⁰C – 25⁰C wyższą temperaturę od temperatury otoczenia. To, jak bardzo się nagrzewają, można przeczytać w karcie katalogowej w tabeli z współczynnikami temperaturowymi.

Niestety, wraz ze wzrostem temperatury ogniwa fotowoltaicznego, maleje napięcie ogniwa (mierzone w voltach) i jednocześnie maleje moc modułu solarnego. Dlatego, podczas pięknej letniej pogody, moc uzyskiwana przez instalację PV jest mniejsza, niż wiosną, gdy temperatura otoczenia jest niższa.

Panele fotowoltaiczne PERC potrafią wykorzystać więcej fotonów zawartych w świetle słonecznym, niż panele klasyczne, dlatego podczas pracy uzyskują niższe temperatury. W zwykłym ogniwie, większość niewykorzystanych fotonów ulega przemianie w ciepło, co zwiększa temperaturę ogniwa fotowoltaicznego i zmniejsza jego wydajność.

Panele PERC pracują wydajniej przy słabym świetle

Kolejną korzyścią technologii PERC jest zwiększenie wydajności modułów fotowoltaicznych przy niskim natężeniu promieniowania słonecznego, czyli np. zimą lub rano czy wieczorem.

Słońce emituje światło o różnych długościach fali (od podczerwieni do ultrafioletu) i fotony zawarte w świetle, mają różną energię, w zależności od barwy światła, czyli od długości fali światła (różne długości fal światła, mają różną energię).

Technologia PERC zwiększa zdolność ogniwa fotowoltaicznego do przechwytywania fal o większych długościach. Fale o większych długościach są obecne szczególnie rano i wieczorem lub podczas pochmurnych dni.

Niebieskie światło, które charakteryzuje się krótszymi długościami fal (i większą energią fotonów), jest podczas zachmurzenia, oraz rano i wieczorem pochłaniane przez atmosferę. Czerwone światło z kolei, nie jest tak łatwo pochłaniane przez atmosferę ziemi i wówczas do ziemi dociera więcej fotonów o długości fali światła czerwonego.

Warstwa pasywacyjna PERC pomaga wchłonąć więcej czerwonego światła, rano, wieczorem oraz podczas zachmurzenia. Dzięki temu, moduły fotowoltaiczne PERC produkują więcej energii elektrycznej niż moduły klasyczne, gdy jest słabe światło.

Cena paneli PERC zbliżona do ceny tradycyjnych paneli

Technologia PERC jest stosowana na skalę przemysłową od wielu lat. Producenci paneli fotowoltaicznych bardzo ją w tym czasie udoskonalili i obniżyli koszty produkcji do poziomu kosztów klasycznych paneli fotowoltaicznych. Dlatego obecnie różnice w cenie pomiędzy modułem solarnym PERC a klasycznym są minimalne.

Biorąc pod uwagę korzyści, jakie oferują, są jednak bardziej opłacalne niż klasyczne moduły. Obecnie na rynku pojawiły się nowsze technologie, takie jak HJT czy TOPCon, jednak są one znacznie droższe, a dodatkowo, ponieważ są to nowe technologie, nie wiadomo, czy nie ujawnią problemów, podobnie jak to się stało po kilku latach użytkowania paneli PERC.

Biorąc pod uwagę dojrzałość rynkową, oraz doświadczenia zdobyte podczas produkcji ogniw PERC, jest to technologia, którą obecnie producenci modułów najlepiej opanowali i w pełni kontrolują. Co więcej, jest ona bardzo konkurencyjna cenowo.

Wady technologii PERC

Technologia PERC posiada też wady, a w każdym razie posiadała, gdyż w międzyczasie, wszyscy liczący się producenci modułów PV uporali się nimi. Wady te ujawniły się dopiero kilka lat po rozpoczęciu produkcji seryjnej, co może dotyczyć każdej nowej technologii, szczególnie takiej, która ma być użytkowana przez dekady.

Degradacja LID

LID to skrót od Light Induced Degradation, czyli zjawisko szybkiej, lecz krótkotrwałej degradacji pod wpływem padającego na ogniwo promieniowania słonecznego. Wg badań skutki efektu LID w ogniwach PERC mogły powodować utratę do 10% mocy modułu.

Degradacja LeTID

LeTID to skrót od Light and Elevated Temperature Induced Degradation czyli degradacja wywołana pracą w wysokich temperaturach. Degradacja LeTID w ogniwach PERC pojawiała się po kilku latach ekspozycji na światło i mogła osiągać 7% spadku mocy w panelach zainstalowanych w cieplejszych regionach, np. na Cyprze, lub 2,5% w modułach zainstalowanych w Niemczech.

Jednym z pierwszych producentów, który uporał się z degradacją LeTID był Qcells, dzięki technologii Q.ANTUM.

Wady technologii PERC ujawniły się dopiero po kilku latach po rozpoczęciu eksploatacji. Dotyczyły zwiększonej degradacji LID oraz LeTID.

Udziały w rynku technologii PERC

PERC jest technologią umożliwiającą zwiększenie sprawności ogniw modułów fotowoltaicznych, dzięki wykorzystaniu większej ilości światła słonecznego niż klasyczne ogniwa.

W 2022 r., wg amerykańskiego instytutu badawczego NREL, moduły PERC cieszyły się największą popularnością spośród wszystkich technologii fotowoltaicznych, osiągając 57% udział w rynku.

Na drugim miejscu znalazła się technologia TOPCon, a na kolejnym technologia HJT.

Podsumowanie

• Technologia PERC powoduje wzrost sprawności i wydajności ogniw PV dzięki dodaniu do klasycznego ogniwa warstwy pasywacyjnej.
• Ponieważ technologia PERC może zostać do ogniw PV bez istotnych wydatków inwestycyjnych, stała się dominującą technologią w branży.
• Technologia PERC nie umożliwia przekroczenia sprawności ogniwa powyżej 23%, dlatego na rynku pojawiają się nowe technologie.