Technologia TOPCon: Ogniwa fotowoltaiczne o wysokiej sprawności

Technologia TOPCon to ogromna zmiana w fotowoltaice, przejście z technologii PERC na TOPCon oznacza: wyższą sprawność paneli fotowoltaicznych, zwiększoną produkcję energii oraz niższe koszty instalacji fotowoltaicznej dzięki ograniczeniu kosztów montażu.

Poniżej omówimy najważniejsze zalety ale także ryzyka technologii TOPCon.

Panele fotowoltaiczne TOPCon: Podstawy

Jeszcze niedawno, najpowszechniej stosowaną technologią była technologia PERC. Udział paneli fotowoltaicznych PERC w rynku w 2022 r. przekraczał 90%, rok później było to już 64%, a przewiduje się, że do 2026 r. technologia PERC niemal zniknie i zostanie zastąpiona głównie przez TOPCon oraz w mniejszej części przez HJT.

Technologia TOPCon została po raz pierwszy zaprezentowana przez Instytut Fraunhofera w 2013 roku a od kilku lat jest stosowana przez producentów paneli fotowoltaicznych, takich jak Jinko Solar, LONGi czy Trina Solar.

Jej największą zaletą jest wzrost sprawności paneli PV, co powoduje wzrost ich mocy a tym samym wzrost ilości prądu produkowanego z tej samej powierzchni modułów solarnych.

Panele fotowoltaiczne PERC są tzw. ogniwami typu p, natomiast panele TOPCon, oraz HJT (inna obiecująca technologia) są wykonane na ogół z ogniw typu n.

Przewaga technologiczna ogniw TOPCon

Sercem TOPCon jest technologia pasywacji, w celu zmniejszenia rekombinacji (ograniczenia niepożądanego przemieszczenia się elektronów, bez wytworzenia energii elektrycznej). Powszechną praktyką jest stosowanie pasywacji na tylnej części ogniwa typu n.

Czasami technologia TOPCon jest nazywana technologią pasywowanego kontaktu, co samo w sobie sugeruje istotność właściwości pasywacji.

Maksymalna teoretyczna sprawność ogniw TOPCon wynosi 28,7%.

Ogniwa fotowoltaiczne typu n

Ogniwa krzemowe składają się z warstwy n (ujemnej, przewodzącej elektrony) i warstwy p (dodatniej, z „dziurami” = elektrony później przechodzą do dziur). Warstwy te mają różną grubość, przy czym grubsza warstwa (podłoże) definiuje, czy mówimy o ogniwach fotowoltaicznych typu p czy n.

Przez wiele lat w fotowoltaice dominowały ogniwa typu p, ponieważ łatwiej jest je wyprodukować. Jednak coraz więcej producentów ogniw fotowoltaicznych stosuje obecnie ogniwa typu n, ponieważ oferują one wyższą sprawność, a tym samym większą ilość energii i są mniej podatne na degradację (ubytek mocy z upływem czasu).

Dodatkowe zalety ogniw typu n to wyższa odporność na temperaturę wyrażana za pomocą niskiego współczynnika temperaturowego, co oznacza, że sprawność ogniw fotowoltaicznych typu n spada jedynie nieznacznie wraz ze wzrostem temperatury.

Ogniwa TOPCon oraz HJT wykorzystują ogniwa typu n, ogniwa PERC bazują na ogniwach typu p.

Jak technologia TOPCon wypada w porównaniu do PERC?

Technologia TOPCon jest dość obiecująca i widać jej potencjał do szybkiego rozwoju w fotowoltaice. Jak wypada technologia TOPCon w porównaniu do innych technologii? Porównajmy technologię TOPCon z PERC i HJT (heterozłącze).

Biorąc pod uwagę parametry techniczne, technologia PERC pozostaje w tyle za konkurencyjnymi technologiami HJT i TOPCon. Podczas gdy ogniwa fotowoltaiczne PERC uzyskują w laboratorium sprawność na poziomie 24,5% i współczynnik bifacjalności wynoszący 70%, TOPCon osiąga obecnie sprawność 26,89%, a współczynnik bifacjalności do 85%, podczas gdy HJT idzie jeszcze dalej ze sprawnością 27,08% i współczynnikiem bifacjalności wynoszącym 92%.

Ponadto, Jinko Solar opublikowało niedawno informację, z której wynika, iż moduły fotowoltaiczne TOPCon uzyskały 2,56% większą wydajność w porównaniu z panelami fotowoltaicznymi Back Contact.

Współczynnik temperaturowy dla ogniw słonecznych PERC jest gorszy niż dla ogniw TOPCon i wynosi 0,3%/ºC, podczas gdy ogniwa fotowoltaiczne HJT są jeszcze lepsze i mają współczynnik wynoszący 0,21%/ºC.

Ogniwa fotowoltaiczne HJT mogą wydawać się całkiem obiecujące, ale istnieją poważne przeszkody dla tej technologii ze względu na wyższe koszty produkcji ogniw HJT i konieczność wymiany linii produkcyjnych.

W porównaniu do technologii HJT, która łączy krzem krystaliczny i amorficzną cienką warstwę krzemową w jedno hybrydowe ogniwo fotowoltaiczne o dużej mocy i wymaga zupełnie innego procesu produkcyjnego, dodanie jednej warstwy tlenku do ogniwa PERC jest znacznie prostsze z punktu widzenia procesu produkcyjnego.

Z tego powodu ogniwa fotowoltaiczne TOPCon mają przewagę, ponieważ linia produkcyjna do produkcji ogniw TOPCon jest praktycznie taka sama jak w przypadku PERC, a koszt produkcji jest również podobny.

Biorąc pod uwagę podobieństwa parametrów technicznych pomiędzy HJT i TOPCon, a równocześnie mając świadomość znacznie wyższych kosztów wdrożenia technologii HJT, nie budzi zdziwienia, dlaczego najwięksi producenci, tacy jak Trina Solar, Jinko Solar, LONGi i inni, wybrali technologię TOPCon zamiast HJT.

Zalety i wady technologii TOPCon

Ogniwa fotowoltaiczne TOPCon charakteryzują się kilkoma różnicami w porównaniu z ogniwami PERC, oferując znaczne korzyści w porównaniu do ogniw PERC:

Jednak ponieważ jest to nowa technologia, oprócz zalet występują również ryzyka z nią związane. Poniżej przedstawiamy zalety i wady ogniw fotowoltaicznych TOPCon.

Zalety

Niewielkie inwestycje kapitałowe dla producentów PERC/PERT

Technologia TOPCon jest ulepszeniem technologii PERC, do której dodano dwa dodatkowe etapy produkcyjne. Ta niewielka różnica pomiędzy obiema technologiami pozwala producentom ogniw fotowoltaicznych na zmianę z PERC na TOPCon przy stosunkowo niewielkich nakładach inwestycyjnych.

TOPCon to bardziej zaawansowana wersja PERC. W ogniwach PERC nakładano dodatkową warstwę (pasywacyjną) do standardowego ogniwa fotowoltaicznego, aby mogło ono wchłonąć więcej światła, które niewykorzystane przeszło przez ogniwo fotowoltaiczne. TOPCon wykorzystuje tą samą warstwę ale uzupełnią ją o bardzo cienką warstwę (tlenku), jako kolejną barierę w celu wchłonięcia niewykorzystanego światła. Ta ultracienka warstwa umożliwia przekształcenie większej ilości światła w prąd elektryczny.

Wyższa sprawność ogniw TOPCon

Jedną z głównych zalet paneli słonecznych TOPCon jest ich wyższa sprawność. Zobacz ranking modułów fotowoltaicznych o najwyższej sprawności produkowanych seryjnie.

Więcej energii elektrycznej dzięki lepszemu współczynnikowi temperaturowemu

Tradycyjne moduły fotowoltaiczne (BSF) charakteryzowały się współczynnikiem temperaturowym 0,4%/℃ do 0,5%/℃, podczas gdy moduły fotowoltaiczne PERC osiągają współczynnik na poziomie nieco poniżej 0,4%/℃. Z drugiej strony, moduły fotowoltaiczne TOPCon uzyskują znacznie niższy współczynnik temperaturowy, na poziomie poniżej 0,3%/℃, dzięki czemu uzyskują zwiększoną produkcję energii w wysokich temperaturach.

Wyższy współczynnik bifacialności

Współczynnik bifacialności dla modułów w technologii PERC wynosi średnio około 70%. Z kolei, panele fotowoltaiczne TOPCon osiągają współczynnik bifacialności nawet 85%. Ten zwiększony współczynnik bifacialności może zwiększyć produkcję energii nawet o 2%.

Wady

Wyzwania w procesie produkcyjnym

Technologia TOPCon wciąż stoi przed kilkoma wyzwaniami związanymi z procesem produkcyjnym. Dane dotyczące problemów związanych z masową produkcją ogniw TOPCon są dopiero gromadzone. W miarę jak duże firmy, takie jak Trina Solar, LONGi i inne, zaczną rozwiązywać najważniejsze problemy i znajdować optymalne metody produkcji ogniw fotowoltaicznych TOPCon, przyszłość tej technologii stanie się jaśniejsza.

Ryzyka te dotyczą m. in.:

• przyśpieszonego starzenia się paneli z powodu podwyższonego ryzyka ogniw na opary wody,
• zbyt dużego zmniejszenia ilości srebra co może prowadzić do zmniejszenia sprawności ogniw TOPCon,
• przyspieszonej degradacji PID,
• degradacji promieniowaniem UV,
• spadku mocy podczas testów odporności na wysoką temperaturę przy wysokiej wilgotności (damp heat test).

Wyższe zużycie srebra oznacza wyższą cenę

Jednym z głównych problemów technologii TOPCon jest wyższe zużycie srebra podczas produkcji ogniw PV. Jednak biorąc pod uwagę radykalne spadki cen paneli fotowoltaicznych, jakie obserwujemy w 2023 r. oraz 2024 r., zwiększone zużycie srebra nie wydaje się być przeszkodą w rozwoju technologii TOPCon.

Trendy rynkowe dotyczące technologii TOPCon

W ciągu ostatniej dekady trendy rynkowe spowodowały przejście z paneli BSF (sprawność rzędu 19 procent), do technologii PERC, a obecnie wygląda na to, że dominującą technologią będzie TOPCon. Początkowo panele słoneczne BSF dominowały na rynku, ale gdy producenci zaczęli wdrażać technologię PERC, ich udział w rynku wzrósł do 40% w 2018 roku i prawie 90% do 2022 roku. Ponieważ technologia TOPCon jest ekonomicznym usprawnieniem ogniw PERC, stopniowo zarysowuje się jej dominacja na rynku paneli fotowoltaicznych.

Technologia TOPCon teraz i w przyszłości

Technologia ogniw słonecznych TOPCon to rewolucyjny produkt, który ulepsza technologię PERC.

Branża fotowoltaiki stopniowo oswaja się z technologią TOPCon. Firma LONGi wprowadziła na rynek swoje moduły dwustronne TOPCon już w 2021 roku, a od tego czasu pozostałe firmy stopniowo również przechodzą na produkcję ogniw fotowoltaicznych w tej technologii.

Ścieżka rozwoju technologii TOPCon nie jest całkowicie pozbawiona konkurencji. Istnieją inne technologie o znacznym potencjale, które mogą z nią konkurować, w tym HJT, czy technologia IBC.

Podsumowanie

Technologia TOPCon oferuje znaczące korzyści zarówno dla posiadaczy instalacji fotowoltaicznych, jak i dla firm instalatorskich.

Prosumenci skorzystają głównie dzięki mniejszej ilości paneli fotowoltaicznych potrzebnych do uzyskania określonej mocy instalacji PV, a dodatkowo dzięki lepszym parametrom technicznym TOPCon umożliwiającym wzrost ilości energii produkowanej przez instalację fotowoltaiczną. Instalatorzy natomiast mogą ograniczyć koszty montażu, ponieważ mniejsza ilość modułów solarnych to niższe koszty robocizny, mniej okablowania, czy mniejszy system montażowy.

Trzeba również pamiętać o ryzykach związanych z nową technologią, jednak prawidłowo wyprodukowane moduły TOPCon przewyższają PERC i wykazują minimalne zjawiska degradacji, czyli bezpieczniej zaufać uznanym i renomowanym producentom paneli fotowoltaicznych.