Temperaturna karakteristika: PERC vs. HJT

Svi vlasnici solara u južnom dijelu Evrope znaju šta znače vrući ljetni dani za njihovu proizvodnju. Iako dan traje duže, velike vrućine često uzrokuju da proizvodnja bude manja od onih u hladnim proljetnim ili jesenjim danima.

Uzrok leži u ponašanju monokristalnog silicija na višim temperaturama, kada ćelija povećava svoj otpor. PERC tehnologija je uspjela da ublaži ovaj faktor, ali izgleda da je dobro rješenje došlo sa jednom tehnologijom koja je odbačena prije gotovo deset godina. Ali krenimo od redom.

Faktor smanjenja snage usljed povišenja temperature lako se da isčitati u tehničkom listu, a označen je sa temperaturnim koeficijentima. Nama je najvažnija P vrijednost koja je uvijek izražena u % / °C sa negativnim predznakom. 

Evo primjera:

Jedan standardni monokristal modul 144 HC PERC ima snagu 460 Wp. Da, ali pri 25 °C temperature ćelije, prema STC.

Iskusni solarci znaju da je to moguće samo ako duva dovoljno vjetra pri temperaturi zraka od 10-15 stepeni pa se ćelije dovoljno hlade. Inače njihova temperatura na vrućim ljetnim danima brzo skoči na 45 pa i do 55 °C.

Ako se temperatura ćelije našeg 460 Wp modula poveća na 45 °C, to je razlika od 20 °C u odnosu na STC vrijednost. Ako to pomnožimo sa faktorom -0,35 %, dobijemo 7% smanjenja izlazne snage ili 32,2 Wp. Računica izgleda ovako:

(45°C – 25°C) x -0,35%/°C = -7%

-7% x 460 Wp = -32,2 Wp

460 Wp – 32,2 Wp = 427,8 Wp  

Ako u računici primjenimo vrijednost od 55°C, što je realna temperatura ćalije u julskom popodnevu na elektranama gdje radne tačke modula i invertera nisu uparene, izlazna snaga će pasti za 10,5% na samo 411,7 Wp. Po ovoj računici elektrana od instalisanih 150 kWp će davati samo 134,25 kW na AC izlazu, što su mnogi solarci primjetili. Nedostatak znanja u uparivanju radnih tačaka nametnuo je drugo rješenje: povećanje DC strane elektrane.

Međutim, loša iskustva sa povećanjem DC strane, prvenstveno kroz pojavu PID i LID efekta, popularno zvanog „rak solara“, nametnuo je potragu za drugim tehnološkim rješenjem.

Prilikom razvoja solarne tehnologije, naučnici su davno spoznali otpornost amorfnih tankoslojnih ćelija na visoke temperature. Međutim, jeftina izrada i visok stepen iskorištenja monokristalnih ćelija brzo je gurnuo ovu tehnologiju na stranu.

Međutim, izgleda da je od strane SANYO razvijena kombinacija amorfnog sloja na silicijumsku N-ćeliju dobro rješenje za prethodno opisane probleme. Ovu inovativnu tehnološku ideju je SANYO nazvao HIT (Heterojunction with Intrinsic Thin-layer technology), ali se u praksi brzo udomaćio naziv HJT ili Heterojunktion.

Značajan napredak zadnih nekoliko godina ostvarile su firme Akcome i Meyer Burger koje su prošle godine izbacile na tržište module sa visokom efikasnošču, a ujedno smanjenim temperaturnim koeficijentom.

Da vidimo kakva je računica za istu snagu od 460 Wp ali sada sa karakteristikama jednog Akcome HJT modula :

(45°C – 25°C) x -0,24%/°C = -4,8%

-4,8% x 460 Wp = -22,08 Wp

460 Wp – 22,08 Wp = 437,92 Wp  

Razlika je preko 10 W više snage po Akcome modulu nego standardni monokristal PERC na 45°C.

Ova razlika se povećava kako temperatura raste, pa je pri 55°C ona već 15 W (411,7 Wp – 426,88 Wp).

Naša teoretska elektrana od 150 kW će sa Akcome modulima davati 139,2 kW.

Drugačije prikazano, u ljetno podne150 kW elektrana sa HJT Akcome modulima davaće ca 5 kW više snage nego ona sa mono PERC tehnologijom.  

Veoma niska godišnja degradacija

Svi komercijalni PERC monokristalni moduli izgube u prvih nekoliko dana rada i do 5% svoje snage. To je pojava koja je neizbježna kod ove tehnologije, ali se stabiliše u narednom period eksploatacije na teoretskih 0,5% godišnje. Na kraju životnog vijeka od 25 godina, PERC modul bi trebao da ima bar 85% svoje nominalne snage.

HJT i tu pokazuje svoju superiornost. Sa samo 2% degradacije prve godine, te 0,25% godišnje do kraja životnog vijeka, ova tehnologija daje pravo proizvođačima ne samo da produže garanciju na 30 godina, već i računa ju da njihove ćelije proizvode i do 5% više snage u toku životnog vijeka.

Većina PERC modula ima 12 godina garancije na funkcionalnost i 25 godina garancije na 85% perfomansi, uz gubitak do 5% prve godine rada. Zatim slijedi godišnji pad snage od 0,5%.

HJT Akcome moduli imaju 25 godine garancije na funkcionalnost i 30 godina garancije na perfomanse, uz gubitak od najviše 2% prve godine rada. Narednih 2-30 godina pad snage iznosi manje od 0,25% godišnje.

N-tip ćelija

Ranije spomenuti borov oksid kod p-tipa silicijuma dovodio je do stvaranja „mat“ sloja na površini ćelija, što je sprječavalo prodor svjetlosti i gubitak proizvodnje ćelije.  Stručno zvane pojave PID i LID  evropski solarteri su nazvali popularno „rak solara“.

Rješenje je opet u HJT modulima: N-tip ćelije nemaju pojavu PID i LID-a jer su napravljene miješanjem fospora a ne bora sa silicijumom.

Monofacijalni vs bifacijalni solarni PV moduli

Na nivou ćelijske strukture, tradicionalna stražnja površina monofacijalne ćelije je aluminijska folija, koja blokira apsorpciju svjetlosti na leđima. Optimizacija bifacijalnih ćelija zahtijeva usvajanje procesa bifacijalne alkalne teksture kako bi se obezbjedila ista struktura hvatanja svjetlosti na obje strane.

Različiti tipovi ćelija i tehnologije imaju različite stope bifacijalnosti, što definiše omjer efikasnosti prednje strane i efikasnosti stražnje strane. Ćelijske tehnologije N-tipa kao što su HJT i TOPCon imaju veću bifacijalnost u poređenju sa PERC, pa tako Akcome svojom novom tehnologijom ispisuje rekorde od 95% bifacijalnosti.

Konkretno veća proizvodnja energije HJT modulima

Ako bolji temperaturni koeficijent  HJT modula sumiramo sa boljom linearnom degradacijom, možemo očekivati da će HJT Akcome modul Black Huricane dati 8-9% bolje prinose nego standardni PERC modul iste nominalne snage. Iako je cijena HJT modula veća od PERC iste snage, već sada se isplati ulagati u ove modula na srednjim a pogotovo malim projektima reda stotina kW i nekoliko MW.

Projekti snaga preko 10 MW sigurno imaju bolju investicionu kalkulaciju sa PERC modulima, ali se može očekivati da već za ove godine neki od velikih projekata bude realizovan sa HJT modulima.

Mišljenje autora

Autor teksta, elektroničar po struci, već godinama prati razvoj poluprovodničke tehnologije solara prvenstveno sa aspekta elektronike.  Aktuelne međusobne  tužbe giganata proizvodnje solarnih modula oko patenata vezanih za PERC tehnologiju, sigurno je bio dodatni razlog investiranja u nova neistražena područja. Jedno od najsnažnijih inovativnih korporacija je i Akcome koji je uspio, paralelno sa najnaprednijim evropskim tehnološkim centrima, da napravi „veliki korak“ i istakne se kao lider HJT tehnologije.