Producenci modułów fotowoltaicznych nieustannie udoskonalają swoje produkty a działania te mają charakter wielokierunkowy. W pierwszej kolejności testują najnowsze i najbardziej zaawansowane rozwiązania technologiczne, tak aby opracować i wyprodukować moduł o najwyższej sprawności konwersji energii słonecznej na elektryczną. Na tym polu trwa prawdziwy „wyścig zbrojeń”.

Tylko w tym roku rekordowa sprawność najlepszych komercyjnie dostępnych modułów PV zmieniała się kilka razy. Warto przypomnieć, że według rankingu najsprawniejszych modułów PV publikowanego przez Taiyang News wzrosła ona z początkowej wynoszącej 22,8% dla modułów produkowanych przez Longi do obecnej  wynoszącej aż 24% dla produktów firmy Aiko. Więcej w artykułach na naszej platformie pt. Czy najsprawniejszy moduł PV jest najlepszym modułem PV? oraz Najsprawniejsze modułów PV – nowości rynkowe. Proces doskonalenia modułów PV przez producentów oraz obszary, na których dokonują oni ulepszeń, zostały szczegółowo przedstawione na diagramie przygotowanym przez renomowanego producenta modułów, firmę JA Solar. Ilustracja ta, widoczna na rysunku 1, wskazuje, w jaki sposób firma skupia się na doskonaleniu różnych aspektów technologii fotowoltaicznych [1]. 

Rys. 1. Diagram przedstawiający główne kierunki i obszary zmian w technologii produkcji wysokosprawnych modułów PV. Źródło JA Solar [1]

Zwiększanie mocy oraz sprawności konwersji energii słonecznej na elektryczną modułów PV odbywa się zasadniczo w kilku obszarach. Pierwszy, to modyfikacje technologii produkcji ogniw fotowoltaicznych stosowanych przy wytwarzaniu modułów PV, tak aby uzyskać jak najwyższą sprawności, co przekłada się bezpośrednio na moc modułu. Drugi, to udoskonalanie procesu produkcji samego modułu ze szczególnym naciskiem na proces hermetyzacji oraz dobór najnowszych materiałów i rozwiązań konstrukcyjnych. Obszar trzeci od lat związany jest ze zwiększaniem wymiarów, zarówno ogniw jak i samych modułów. Chociaż mogłoby się wydawać oczywiste, że moduł o większej powierzchni musi posiadać większą moc maksymalną, wielu producentów ogłaszało wprowadzenie na rynek modułu o zwiększonej sprawności, w rzeczywistości oferując jedynie rozszerzoną wersję modułów ze swojej dotychczasowej oferty. Z drugiej strony, jeśli większa moc związana była z większymi wymiarami ale wynikającymi z zastosowania ogniw o większej powierzchni, to należy dodać, iż takie ogniwa najczęściej były także bardziej dopracowane (wykonane z użyciem nowocześniejszych technologii). Wówczas wzrost mocy wynikał, nie tylko ze zwiększania samych wymiarów, ale także wspomnianych czynników rozwoju technologicznego. 

Ogniwa PV o większej sprawności 

Aby podnieść sprawność konwersji ogniw fotowoltaicznych producenci stosują – w pierwszej kolejności - krzem o coraz lepszych parametrach. Jeszcze kilkanaście lat temu stosowano wyraźny podział na krzem elektroniczny oraz krzem określany mianem „solar type”. Ten drugi mimo, że był najczęściej krzemem monokrystalicznym, stosowany był tylko do produkcji ogniw PV. Jego niską jakość uzasadniała niska cena. Obecnie krzem stosowany przy produkcji najsprawniejszych ogniw PV ma bardzo wysokie parametry. 

Kolejnym sposobem na podniesienie sprawności jest zmiana najbardziej popularnej obecnie technologii PERC na technologię TOPCon lub HJT. Moduły wykonane na bazie ogniw PERC osiągnęły prawdopodobnie swój najwyższy możliwy poziom. Dowodem na to są chociażby zestawienia i rankingi prezentujące rekordy sprawności modułów fotowoltaicznych zbudowanych na bazie ogniw PERC. Obecnie światowym rekordem wśród komercyjnie dostępnych modułów PV jest sprawność konwersji energii wynosząca 21,7%. Zestawienie sześciu najlepszych modułów tego typu pokazano w tabeli 1. [2]. 

Tabela 1. Najsprawniejsze moduły PV wyprodukowane na bazie krzemowych ogniw fotowoltaicznych wykonanych w technologii PERC – źródło: TaiYangNews 2023 [2] 

Szczególnie interesujące jest to, że wartość sprawności wynosząca 21,7% jest identyczna dla produktów różnych producentów. Moduły pokazane w zestawieniu różnią się zarówno wielkością ogniw, mocą maksymalna, ilością ogniw w module czy nawet sposobem ich łączenia w układy szeregowe. W przypadku wielkości ogniw mamy do czynienia zarówno z ogniwami o powierzchni 182 mm x 182 mm oraz 210 mm x 210 mm. Jeśli chodzi o liczbę ogniw to jest to 132 i 144. Wartość 305 dla modułu TW SOLAR nie jest tu miarodajna, gdyż dotyczy połączenia ogniw typu shigled. W takim układzie łączy się ogniwa cięte nie na połówki (jak ma to miejsce w modułach half cut) tylko na znacznie mniejsze fragmenty. Ponadto moduł DAS zbudowany jest z ogniw typu bi-facial. Moc maksymalna zmienia się od 430 Wp do 675 Wp. 

Jak widać, wartość sprawności wynosząca 21,7% nie jest przypadkowa. Prawdopodobnie jest to już granica rozwoju dla tej technologii. Dopiero zastąpienie ogniw PERC ogniwami TOPCon i HJT pozwala na produkcję ogniw o jeszcze wyższej sprawności, przy czym TOPCon jest niejako rozwinięciem technologii PERC, co jest szczególnie korzystne dla producentów ogniw, gdyż pozwala im na tańsze i łatwiejsze przejście z procesu PERC. Kolejne sposoby na podniesienie sprawności modułów PV pokazane na diagramie z rysunku 1 omówiono w drugiej części artykułu. 

W artykule wykorzystano powszechnie dostępne informacje oraz dane z: 

1. JA Solar, Technical White Paper, Deep Blue 4.0 Pro, 6.11.2023, https://www.jasolar.com/statics/gaiban/pdfh5/pdf.html?file=https://www.jasolar.com//uploadfile/2023/1102/20231102044412374.pdf
2. Top Solar Modules Listing – October 2023, Monthly TaiyangNews Update on Commercially Available High Efficiency Solar Modules, 18 października 2023, TaiYangNews