Ogniwa N-Type i P-Type wytwarzają prąd elektryczny. Moduły fotowoltaiczne zawdzięczają energię półprzewodnikowemu złączu typu P-N. W tym artykule wyjaśniamy czym się różnią moduły n type od modułów typu P oraz w jaki sposób wpływają na działania modułu fotowoltaicznego. Z tego artykułu dowiesz się też między innymi, które panele fotowoltaiczne mają większą wydajność, co oferuje nowoczesny rynek technologii fotowoltaicznej, które produkty mają wyższą moc, a które charakteryzują się właściwościami o niskim spadku wydajności.
Nazwy N i P nawiązują do słów: negative i positive. Ogniwa typu P wykorzystują domieszki boru. Charakteryzują się one tym, że posiadają jeden elektron mniej niż krzem, dzięki czemu umożliwiają powstanie dodatnich dziur elektronowych. Innymi słowy ogniwa typu P są zbudowane w większej części z krzemu typu P, zaś krzem typu n stanowi tylko cienką warstwę. W przypadku ogniw typu N jest odwrotnie: moduły n type wykorzystują domieszki fosforu, który ma jeden elektron więcej niż krzem, co w efekcie skutkuje powstawaniem ujemnych dziur elektronowych.
Przyszłość instalacji fotowoltaicznych dzięki technologii N type i P type
Ogniwa typu n wykazują większą wydajność od tych bardziej rozpowszechnionych z ładunkiem positive, czyli ogniw typu p. Warto podkreślić, że ogniwa typu n powstały wcześniej niż typu p, ale obecnie aż 90% rynku stanowią ogniwa typu p, głównie ze względu na niższą cenę. Ta sytuacja może jednak ulec dużej zmianie już w najbliższej przyszłości, ponieważ szczyt sprawności ogniw typu p został już osiągnięty na wysokości 24,5%. W przypadku ogniw typu n eksperci od technologii fotowoltaicznej oczekują wzrostu sprawności tych modułów do nawet 28,7%.
Choć na pierwszy rzut oka jest to niewielka różnica, pozwoli znacząco zwiększyć moc ogniwa o wciąż takiej samej powierzchni, a z tym faktem wiąże się wyższa wydajność modułu. Eksperci na rynku przewidują, że technologia typu n wraz ze wzrostem popularności tych ogniw będzie stawała się coraz tańsza, a w konsekwencji różnice w cenach obu typów ogniw zostaną zminimalizowane.
Coraz szybszy rozwój technologii typu n
Warto podkreślić, że proces wytwarzania wzbogaconego krzemu nie różni się znacząco między ogniwami typu P i N. Natomiast na większą popularność ogniw typu p wpływa, póki co dominacja technologii typu p. Jeszcze do niedawna w przypadku modułów typu n proces produkcji obejmował więcej etapów i sprawiał, że cena budowy modułu wyposażonego w ogniwa typu n była wyższa.
Ostatnie dwa lata to dynamiczny rozwój technologii typu n, szczególnie w dwustronnych modułach Bifacial. Tym samym stosunek ceny do jakości przesuwa się na korzyść paneli fotowoltaicznych złożonych z ogniw typu n. Dlatego eksperci prognozują, że rozwój coraz nowocześniejszych technologii przeniesie skalę korzyści na panele fotowoltaiczne typu n.
W przypadku ogniw n type pozwala zwiększyć wszystkie kluczowe parametry paneli fotowoltaicznych: od efektywności pracy po mniejszą degradację. Ponadto panele n type występują często w konfiguracji szkło-szkło z bifacjalnymi ogniwami. Moduły n type czyli zbudowane w technologii typu n posiadają szereg zalet.
Dlaczego ogniwa typu n to technologia przyszłości? Obecnie moduły fotowoltaiczne typu n są doceniane głównie za:
- krótszy proces produkcji,
- niższą temperaturę w jakiej jest produkowany N-Type,
- najwyższą na świecie bifacjalność, czyli dwustronną produkcję,
- wysoką efektywność w niskim nasłonecznieniu,
- bardzo niską degradację,
- najniższy współczynnik temperaturowy.
Główną zaletą jest większa sprawność modułów n type. Potwierdzają to testy wykonywane na panelach fotowoltaicznych w ogniwach typu n. Ogniwa n type osiągają o wiele większą sprawność niż inne rodzaje ogniw. Chodzi o stosunek mocy generowanej energii elektrycznej do mocy promieniowania słonecznego padającego na powierzchnię modułu. Szacuje się, że może to być nawet 29%, biorąc pod uwagę fakt, że dzisiejsza średnia wynosi około 18-22%.
Kolejną zaletą ogniw N-Type jest wysoka żywotność połączona z niską degradacją w czasie. Moduły fotowoltaiczne, podobnie jak wiele innych produktów z czasem zużywają się, zresztą jak każda technologia. Dlatego producenci ogniw n type zadbali o to, aby zużycie było jak najmniej odczuwalne. Cechuje je również bardzo niska roczna strata mocy na poziomie maksymalnie 1% w pierwszym roku i bardzo niskim spadku o jedynie 0,4% rocznie przez kolejne 30 lat. Nie można zapomnieć, że po 30 latach ogniwa typu n dają osiągi na poziomie 87,4% wydajności wyjściowej.
Ogniwa n type wyróżniają się także odpornością na tak zwany “defekt boru i tlenu”. Jest on przyczyną dużej degradacji indukowanej światłem (LID, czyli light induced degradation). Dzięki domieszce fosforu do modułów typu n, stają się odporne na ten problem, a ich użytkownicy mogą spać spokojnie. Efekt LID, czy LeTID to efekty związane z działaniem światła. Wymienia się je jako najbardziej znaczący parametr przemawiający za ogniwami typu n.
Dzieje się tak, ponieważ w procesie produkcji krzemu, gdzie stosuje się domieszki boru, tlen może osiągać wysokie stężenie i tworzy obszar rekombinacji, zwany defektem tlenowym boru. To z kolei szkodzi wydajności. W przypadku stosowania ogniw typu n, wzbogacanych fosforem, efekt ten nie występuje. Dodatkowo ogniwa typu n są mniej podatne na zanieczyszczenia metaliczne krzemu.
Odporność na zbyt duże promieniowanie słoneczne to kolejna ważna zaleta ogniw N type. Warto wiedzieć, że panele fotowoltaiczne tracą wydajność podczas największych upałów, czyli w kontakcie ze zbyt wysoką temperaturą. Działanie modułu fotowoltaicznego jest najbardziej efektywne w warunkach nasłonecznienia naprawdę dość dużego, ale jednocześnie przy temperaturze otoczenia około 20 stopni. Dłuższa żywotność modułów typu n oraz ich większa wydajność w trudnych warunkach atmosferycznych to czynniki wyróżniające ogniwa N Type na tle innych ogniw.
N Type to technologia przyszłości
W przypadku ogniw typu n można obserwować szybkie przemiany na rynku. Jak twierdzą eksperci, N type stanie się standardem, który zdominuje rynek. Klienci wybierający moduły fotowoltaiczne zbudowane w technologii N type mają gwarancję, że ich instalacje oparte o te moduły będą o wiele dłużej i wydajniej służyły nie tylko w najbliższej przyszłości. Otóż ogniwa typu N ulegają mniejszej degradacji wywołanej światłem, a przede wszystkim osiągają lepsze uzyski podczas pracy w kontakcie z wysoką temperaturą. Są zatem bardziej odporne. Moduły wykonane w technologii N Type występują w wariantach monofacial i bifacial. Dodatkowa ciekawostka jest taka, że ogniwa N Type używane są głównie na rynku europejskim. Głównie ten rynek zdominowała ta nowoczesna technologia stosowana w ogniwach.
Chociaż panele monofacial czyli klasyczne panele jednostronne, są mniej wydajne, można to zmienić dzięki zastosowaniu technologii PERC. Ta zwiększa wchłanianie światła przez światło odbite i w konsekwencji panele zyskują większą wydajność. Zatem dzięki technologii PERC proces wychwytywania promieniowania słonecznego i zoptymalizowanie gromadzenia elektronów w ogniwach jest znacznie lepszy.
Przy okazji nie można zapomnieć, że istnieje bardziej zaawansowana technologia (Passivated Emitter Rear Cell Totally Diffused) – PERT, która różni się od technologii PERC zapobieganiem ucieczki większej ilości elektronów. To z kolei pozwala na dodatkowe zwiększenie uzysku energii. Wraz z technologią PERT przeanalizowano również szereg zalet, takich jak odporność na rozkład spowodowany światłem (LID) oraz wysoką temperaturą (anti letid).
Panele bifacial są to panele obustronne. Ich ogniwa mogą produkować prąd zarówno z jednej, jak i z drugiej strony. Dzięki takiej produkcji mogą wytwarzać więcej energii niż klasyczne moduły. Ogniwa dwustronne absorbują światło z obu stron panelu i we właściwej lokalizacji potrafią wytworzyć do 27% więcej energii niż tradycyjne panele jednostronne i zapewnić wyższą moc. Nie dziwi więc, że są popularnym rozwiązaniem służącym produkcji instalacji pv.
Moduły fotowoltaiczne Jinko Solar
Przykładem wysokowydajnościowych ogniw są moduły Jinko Solar N-TYPE. Sposób ułożenia ogniw “na zakładkę” zwiększa powierzchnię i wydajność modułu. Ich przewagę na rynku budują też wieloprzewodowe połączenia komórkowe, ograniczające efekt cieniowania ogniwa.
Dzięki temu nowoczesnemu rozwiązaniu instalacja nie traci efektywności ani przy słabym świetle bardziej w pochmurne dni ani w warunkach nasłonecznienia pod różnymi kątami. Nie grozi jej spadek mocy. Producent daje aż 25 lat gwarancji na moduły Jinko Solar N-TYPE w przypadku wariantu z czarną podkładką, zaś 15 lat w przypadku wariantu z białą podkładką. Co więcej producent zapewnia 30-letnią gwarancję na moc wyjściową na poziomie 87,4%. W ofercie Jinko Solar dostępne są moduły o mocy od 410 do 470 W.
Warto podkreślić, że Jinko Solar to chiński gigant technologiczny, który w ciągu ostatnich 10 lat stał się niekwestionowanym liderem w branży fotowoltaicznej. Co więcej zdobywa wszystkie możliwe wyróżnienia na tym polu. Firma zajmuje się dystrybucją produktów fotowoltaicznych oraz sprzedaje swoje rozwiązania i usługi klientom w krajach na całym świecie.
Produkty firmy są skierowane na rynek międzynarodowy zarówno dla odbiorców instytucji użyteczności publicznej, komercyjnych i mieszkaniowych. Tak duże zaufanie do tego producenta wiąże się między innymi z bardzo szczegółowym procesem kontroli wytwarzania swoich produktów, który obejmuje kilkadziesiąt etapów. Do tej pory firma wysłała swoje moduły do ponad 3000 klientów w 160 krajach.
Panele fotowoltaiczne wyposażone w ogniwa p type
W ofercie Jinko Solar znajdziemy też ogniwa typu p. Moduł fotowoltaiczny typu p, które jak nazwa wskazuje, odnosi się do faktu, że ogniwo jest zbudowane na dodatnio (Positive) naładowanej podstawie krzemowej. Do struktury krzemu dodawany jest pierwiastek Bor, który ma o jeden elektron mniej niż krzem. Górna część płytki jest następnie wzbogacana (typu N-Negative) fosforem, który ma z kolei o jeden elektron więcej niż krzem. W ten sposób możliwe jest utworzenie złącza P-N, które umożliwia przepływ energii elektrycznej w ogniwie.
Ogniwa p type od czterech dekad były wiodącym na rynku. W historii rozwoju fotowoltaiki to ogniwo typu p odegrało główną rolę. Dlaczego? Otóż technologia słoneczna w początkowych fazach rozwoju znalazła zastosowanie w kosmosie i głównie tam była używana. Struktura modułu typu p wykazuje lepszą odporność na promieniowanie w kosmosie. Branża fotowoltaiczna rozwinęła się i ustrukturyzowała w technologii typu P dzięki bezpośredniemu przeniesieniu rozwiązań kosmicznych w instalację fotowoltaiczną.
Ze względu na mniejsze parametry pracy ogniwa i mniejszą wydajność modułów p type, zostają one coraz mocniej wypierane przez ogniwa typu n. Eksperci podkreślają, że trendy panujące obecnie w fotowoltaice nie pozostawiają wątpliwości: moduły N TYPE to przyszłość instalacji fotowoltaicznych. Każdego dnia obserwujemy, jak moduły N Type wypychają z rynku standardowe ogniwa p type, choć ich ilość na rynku wciąż jest spora.
Podobnie dzieje się w przypadku, gdy krzem jest wzbogacony Galem. Jednak wówczas panele fotowoltaiczne, są mniej podatne na degradację światłem LID oraz zanieczyszczenia metalami podczas produkcji.
Póki co panele P Type stanowią ok. 70% wszystkich produkowanych modułów fotowoltaicznych na świecie. Oferta Jinko Solar w tej technologii obejmuje moduły P TYPE TIGER 66-ogniwowy P-TYPE – BLACK FRAME o mocy 385W oraz TIGER 66-ogniwowy P TYPE – FULL BLACK o mocy 380W. Warto podkreślić, że od roku 2020 firma skoncentrowała swoją produkcję na module Tiger, co oznacza przyjęcie zaawansowanej technologii szyn zbiorczych, technologii Tiling Ribbon oraz bardzo wydajnych ogniw ciętych na pół.
Obecnie na rynku istnieją 4 podserie modułów Tiger, które obejmują:
- Moduł Tiger: typ P, ogniwa 163 mm
- Moduł Tiger N Type: typ N, ogniwa 163 mm
- Moduł Tiger LM: typ P, ogniwa 166 mm
- Moduł Tiger Pro: typ P, ogniwa 182 mm.
Przewaga modułu n type nad modułem p type
Na przykładzie modułu monokrystalicznego Tiger można porównać przewagę modułu typu n nad modułem typu p.
Moduły monokrystaliczne Tiger typu P:
Degradacja po pierwszym roku wynosi 2,0%, a następnie 0,55% po każdym następnym roku do końca okresu gwarancji spadku mocy po 25 latach. Rzeczywista moc wyjściowa na koniec gwarancji nie może być mniejsza niż 84,8% nominalnej mocy wyjściowej.
Moduły monokrystaliczne Tiger typu N:
Degradacja po pierwszym roku wynosi 1,0%, a następnie 0,4% po każdym następnym roku do końca okresu gwarancji spadku mocy po 30 latach. Rzeczywista moc wyjściowa na koniec gwarancji nie może być mniejsza niż 87,4% nominalnej mocy wyjściowej.
Różnice w ogniwach typu p i n
Różnice występujące w ogniwach typu p i n nie wpływają w większym stopniu na ich działanie, jak chociażby wyraźny spadek mocy. Przewaga modułów w technologii n type jest najbardziej widoczna przy dużych inwestycjach biznesowych, farmach fotowoltaicznych i fotowoltaice dla Rolników.
Przy realizacji tego typu inwestycji zasadność użycia dwustronnych modułów produkowanych w technologii typu n jest wyższa chociażby z uwagi na zerowy LID, wysoki poziom wydajności oraz jakość. Z pewnością dużą zaletą jest 30 lat gwarancji i większa produkcja w przedziale 10%-30% w stosunku do konwencjonalnych technologii. W instalacjach biznesowych o dużej mocy oraz farmach fotowoltaicznych ma to szczególne znaczenie.
Nie można też zapomnieć, że technologia słoneczna, podobnie jak inne branże, będzie ewoluować. Co z kolei oznacza, że nowsze technologie w pewnym momencie zastąpią te starsze, do jakich niewątpliwe należy zaliczyć moduły oparte w procesie produkcji na ogniwach p type. Uzasadnieniem takiego stanu rzeczy jest ciągłe dążenie do ulepszania technologii i metod produkcji.
Producenci modułów muszą brać pod uwagę, że nabywcy inwestujący w instalację fotowoltaiczną zawsze będą wybierać między cenionymi przez siebie cechami produktu, jak poziom wydajności, dłuższa żywotność, odporność LID, marka a kosztami takich inwestycji.
Podsumowując, obecnie moduły typu n to najpotężniejsze dostępne na rynku ogniwa słoneczne. Dlatego rozmaici producenci, którzy w ofercie mają moduły fotowoltaiczne, będą ścigać się w optymalizowaniu jakości do ceny. Stąd też coraz więcej producentów decyduje się na zastosowanie technologii typu n, której popularność rośnie z miesiąca na miesiąc.
Ogniwo słoneczne i jego krótka historia
Chcąc lepiej zrozumieć udział technologii typu n i p w rozwoju branży fotowoltaicznej, warto uświadomić sobie czym jest ogniwo słoneczne i kiedy właściwie zaczęło odgrywać ważną rolę w gospodarce światowej oraz przemyśle energetycznym.
Ogólna definicja ogniwa słonecznego znajduje też określenie w ogniwie fotowoltaicznym lub fotoelektrycznym, zwanym też często po prostu fotoogniwem. Jest to element półprzewodnikowy, w którym następuje przemiana (konwersja) energii promieniowania słonecznego (światła) w energię elektryczną w wyniku zjawiska fotowoltaicznego. Promienie słoneczne odgrywają w tym procesie rolę kluczową.
Poprzez wykorzystanie półprzewodnikowego złącza typu p-n, w którym pod wpływem fotonów o energii większej niż szerokość przerwy energetycznej półprzewodnika, każdy elektron przemieszcza się do obszaru n, a dziury do obszaru p. Takie przemieszczenie ładunków elektrycznych powoduje pojawienie się różnicy potencjałów, czyli napięcia elektrycznego.
Ogniwa słoneczne mają szerokie zastosowanie. Są wykorzystywane przede wszystkim jako trwałe i niezawodne źródła energii w elektrowniach słonecznych, kalkulatorach, zegarkach, sztucznych satelitach, samochodach z napędem hybrydowym, a także w automatyce – jako czujniki fotoelektryczne i fotodetektory w fotometrii.
Wysoka cena ogniw fotowoltaicznych powodowała, że nie były one w XX wieku masowo wykorzystywane jako źródło energii. Z czasem cena zaczęła stopniowo spadać. Zaś na początku XXI wieku wiele państw zaczęło wprowadzać subwencje na budowę przemysłowych instalacji słonecznych. W konsekwencji spowodowało to dynamiczny to rozwój fotowoltaiki przemysłowej i dalszy spadek cen ogniw słonecznych.
