Porównanie i analiza poszczególnych technologii ogniw fotowoltaicznych

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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

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%, jak pokazano na Ryc. 3.2.

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.

Źródło informacji: PAP