Wraz z szybkim rozwojem technologii fotowoltaicznych - począwszy od półprzewodników typu p aż po półprzewodniki typu n - różnice w ilości energii wytwarzanej przy zastosowaniu różnych technologii ogniw przyciągają coraz więcej uwagi. Obecnie główne technologie ogniw to PERC, TOPCon i HJT. Każda z nich ma określone zalety i wady, ale wśród badań porównawczych dotyczących wytwarzania energii wciąż brakuje systematycznego porównania całego cyklu życia produktu w oparciu o perspektywę globalnych scenariuszy zastosowań.

W związku z tym specjaliści z Risen Energy Co, Ltd. zestawili podstawowe parametry wyżej wymienionych technologii i określili ilość energii wytworzonej przez elektrownie użytkowe wyposażone w poszczególne typy technologii ogniw w ciągu 25-letniego cyklu życia w 21 typowych krajach i regionach świata o różnych warunkach klimatycznych, w celu stworzenia mapy porównującej globalne zyski w postaci wytworzonej energii.

I. Mapa globalnych zysków w zakresie wytworzonej energii (moduły HJT w porównaniu z modułami PERC/TOPCon)

W ujęciu globalnym, produkty oparte o technologię HJT cechują się większą ilością wytworzonej energii - o 4,37%-6,54% w porównaniu z modułami PERC i o 1,25%-3,33% w porównaniu z TOPCon. Wykazują one również wyższą wydajność, zwłaszcza w regionach o wysokich temperaturach (takich jak Bliski Wschód, Australia i południowa część Stanów Zjednoczonych) - 6%+ w porównaniu z PERC i 3%+ w porównaniu z TOPCon, jak obrazuje Ryc. 1.1.

II. Analiza techniczna modułów

Jak wynika z charakterystyki modułów, różnice w ilości wytworzonej energii pomiędzy poszczególnymi technologiami ogniw w danym regionie wynikają przede wszystkim z trzech czynników: temperaturowego współczynnika mocy, współczynnika bifacial (określającego to, czy dany moduł jest dwustronny) oraz degradacji mocy. Z tego względu moduły HJT mogą zapewnić większe zyski w postaci wytworzonej energii i bardziej stabilny uzysk mocy dla systemu fotowoltaicznego dzięki bardzo stabilnemu temperaturowemu współczynnikowi mocy, wyższemu współczynnikowi bifacial i wyższemu wskaźnikowi retencji mocy.

2.1 Wyjątkowo stabilny temperaturowy współczynnik mocy

W porównaniu z temperaturowym współczynnikiem mocy wynoszącym -0,35%/°C dla modułów PERC i -0,32%/°C dla modułów TOPCon, moduły HJT odznaczają się bardziej stabilnym współczynnikiem sięgającym -0,24%/°C. Oznacza to, że moduły te wykazują mniejszą degradację mocy w porównaniu z modułami PERC i TOPCon wraz ze wzrostem temperatury roboczej, zmniejszając w ten sposób straty pod względem ilości wytworzonej energii. Korzyść ta będzie widoczna szczególnie w przypadku wysokiej temperatury roboczej, jak pokazano na Ryc. 2.1.

- W temperaturze roboczej wynoszącej 60°C moc względna modułów HJT jest o 2,8% wyższa niż w przypadku modułów TOPCon i o 3,5% wyższa niż w przypadku modułów PERC.

- W temperaturze pracy 65°C moc względna modułów HJT jest o 3,2% wyższa niż w przypadku modułów TOPCon i o 4% wyższa niż w przypadku modułów PERC.

2.2 Wyższy współczynnik bifacial

Dzięki naturalnej, symetrycznej konstrukcji ogniwo HJT jest z zasady ogniwem dwustronnym. Jest to technologia ogniw o najwyższym obecnie współczynniku bifacial, jak wynika z Ryc. 2.2.

W tym samym scenariuszu zastosowania, im wyższy współczynnik bifacial, tym większy zysk w zakresie wytwarzania energii dla tylnej płaszczyzny. Współczynnik bifacial dla modułów HJT wynosi około 85% i jest o około 15% wyższy niż w przypadku modułów PERC i o około 5% wyższy niż w przypadku modułów TOPCon, co obrazuje Tab. 2.1.

W tym samym scenariuszu zastosowania elektrowni naziemnej funkcjonującej na skalę użytkową, wyższy współczynnik bifacial dla modułów HJT przynosi znaczne zyski w postaci wytworzonej energii w porównaniu z modułami PERC i TOPCon.

2.3 Wyższy wskaźnik retencji mocy

Na podstawie krzywych degradacji mocy dla trzech różnych technologii ogniw można wyraźnie wywnioskować, że pod koniec 25. roku użytkowania wskaźnik retencji mocy dla modułów HJT wyniesie 92%, dla modułów PERC - 87,2%, a dla modułów TOPCon - 89,4%. Oznacza to, że produkty oparte o technologię HJT charakteryzują się najwyższą retencją mocy w całym cyklu życia elektrowni działających na skalę użytkową, co może prowadzić do bardziej stabilnej i relatywnie wyższej produkcji energii, jak pokazano na Ryc. 2.3.

Ponieważ omówione powyżej wyniki uwzględniają bieżącą degradację w pierwszym roku użytkowania na poziomie 2%, korzyści w postaci ilości wytworzonej energii będą jeszcze większe, ponieważ udoskonalenie technologii i materiałów do hermetyzacji ogniw i modułów może prowadzić do mniejszej degradacji produktów HJT w pierwszym roku użytkowania.

Powyżej przedstawiono krótką analizę wydajności ogniw i modułów HJT. Jakie są jednak główne czynniki wpływające na ilość energii wytwarzanej przez poszczególne moduły? Jak znaczący jest ich wpływ? Firma Risen Energy podjęła się przeprowadzenia dogłębniejszej analizy składniowej PVSYST.

III. Analiza PVSYST

W zakresie czynników wpływających na ilość wytwarzanej energii w analizie uwzględnione zostaną typowe scenariusze zastosowań w wysokich i niskich temperaturach.

3.1 Scenariusze zastosowań w niskich temperaturach

Jako typowy przykład scenariusza zastosowania w niskich temperaturach wybrano miejscowość Harbin, która znajduje się w pobliżu równoleżnika 45,9°N, ze średnią roczną temperaturą 4,7°C i całkowitym promieniowaniem poziomym wynoszącym 1347 KWh/m2. Elektrownia została zaprojektowana przyjmując współczynnik DC/AC na poziomie 1,25, przy mocy zainstalowanej 4MW (z niewielkimi odchyleniami w rzeczywistym projekcie). Zastosowano ponadto wspornik stały o optymalnym kącie nachylenia i odpowiednie falowniki stringowe. Do 25. roku użytkowania zysk w postaci wytworzonej energii dla modułu TOPCon wyniesie 3,94%, a dla modułu HJT będzie on jeszcze wyższy - 7,73% w porównaniu z ilością energii wytworzonej przez moduł PERC. Szczegółowo przedstawiono to w Tab. 3.1.

Z porównania strat wynika, że najważniejszym czynnikiem wpływającym na ilość wytworzonej energii w przypadku zastosowań w niskich temperaturach jest degradacja mocy. Na koniec 25. roku użytkowania degradacja mocy wyniesie 12,86% (1,6% + 11,26%) dla modułów PERC, 10,6% (0,6% + 10%) dla modułów TOPCon i 7,87% (1,6% + 6,27%) dla modułów HJT. Zob. Ryc. 3.1.

3.2 Scenariusze zastosowań w wysokich temperaturach

Miasto Abu Zabi na Bliskim Wschodzie, które znajduje się w pobliżu równoleżnika 24,4°N, ze średnią roczną temperaturą 28,5°C i całkowitym promieniowaniem poziomym wynoszącym 2015,1 KWh/m2, zostało wybrane jako typowy przykład scenariusza zastosowania w wysokiej temperaturze. Elektrownia została zaprojektowana przyjmując współczynnik DC/AC na poziomie 1,05, przy mocy zainstalowanej 4MW (z niewielkimi odchyleniami w rzeczywistym projekcie). Zastosowano ponadto wspornik stały o optymalnym kącie nachylenia i odpowiednie falowniki stringowe. Do 25. roku użytkowania zysk w postaci wytworzonej energii dla modułu TOPCon wyniesie 4,52%, a dla modułu HJT będzie on jeszcze wyższy - 9,67% w porównaniu z ilością energii wytworzonej przez moduł PERC. Szczegółowo przedstawiono to w Tab. 3.2.

Jak wynika z wykresu porównania strat, oprócz degradacji mocy spadki temperatury roboczej stanowią kolejny istotny czynnik wpływający na ilość energii wytworzonej w scenariuszach zastosowań w wysokich temperaturach. Na koniec 25. roku degradacja mocy dla modułów PERC wyniesie 12,86% (1,6% + 11,26%), dla modułów TOPCon 10,6% (0,6% + 10%), a dla modułów HJT 7,87% (1,6% + 6,27%); strata temperatury roboczej dla modułów PERC wynosi 8,31%, dla modułów TOPCon 7,26%, a modułów HJT 5,81%.

Z powyższej analizy wynika, że w przypadku scenariuszy zastosowań w niskich temperaturach degradacja mocy właściwa danemu modułowi jest jednym z głównych czynników rzutujących na ilość wytworzonej mocy, natomiast w przypadku scenariuszy zastosowań w wysokich temperaturach kolejnym istotnym czynnikiem jest temperatura robocza. Ze względu na wyjątkowo stabilny temperaturowy współczynnik mocy, wyższy współczynnik bifacial i wyższy wskaźnik retencji mocy dla modułów HJT, zysk w postaci wytworzonej energii dla modułu HJT jest wyraźny na terenach cechujących się wysokimi temperaturami. Na obszarach o niskich temperaturach moduł HJT również wykazuje stosunkowo wysoki współczynnik zysku, co przełoży się na większy zysk w postaci wytworzonej energii i stabilniejszy uzysk mocy w obrębie systemu fotowoltaicznego.