pv_4_2020
13
magazyn fotowoltaika 4/2020
technologie
PSC uzyskały na tyle satysfakcjonującą stabilność, by mogły one
pod tym względem konkurować z ogniwami krzemowymi. W naj-
bliższych latach należy zatem raczej oczekiwać zastosowań ogniw
PSC w produktach jedynie o charakterze konsumenckim lub
wręcz gadżetowym, takich jak ładowarki smartfonów, tzw. smart
clothes, małe lamele itp.
Niekwestionowaną zaletą technologii cienkowarstwowych,
a do takich należą PSC, jest możliwość stosowania różnych pod-
łoży, w tym również bardzo tanich, elastycznych folii, oraz możli-
wość stosowania tanich technologii nanoszenia tych warstw, takich
jak: druk, spray, sitodruk, a także możliwość daleko idącej automa-
tyzacji procesu technologicznego. Istotne znaczenie mają też bar-
dzo niska energochłonność procesu wytwarzania warstw perowski-
towych pozwalająca na uzyskiwanie czasu zwrotu energii włożonej
w ich produkcję rzędu nawet 3–4 miesięcy (dla krzemu krystalicz-
nego to aktualnie ok. 3–4 lata) oraz możliwość znacznie prostszej
i tańszej utylizacji zużytych elementów w porównaniu z modułami
krzemowymi. Wymienione zalety powinny prowadzić do niskich
kosztów produkcji (i także niskiego kosztu LCOE) w porównaniu
z technologiami bazującymi na indywidualnych ogniwach krzemo-
wych (tzw. wafer based).
W Polsce mamy jednego producenta PSC, jakim jest Saule
Technologies. Trudno jest jednak powiedzieć, na jakim realnym
poziomie jest ich technologia, gdyż pomimo dużego rozgłosu
medialnego, oprócz deklaracji o charakterze raczej promocyjnym,
jak do tej pory firma nie opublikowała żadnych wyników pomiaru
parametrów swoich produktów, które byłyby potwierdzone przez
niezależne laboratorium.
Istotnym ograniczeniem fizycznym ogniw PSC jest to, że absor-
bują one jedynie stosunkowo niewielką część widma promieniowa-
nia słonecznego, co zdecydowanie ogranicza możliwość uzyskania
bardzo wysokich sprawności (teoretycznie do ok. 29–30%). Roz-
wiązaniem mogą być tzw. struktury tandemowe (podwójne), tj.
połączenie dwóch warstw perowskitowych o różnych właściwo-
ściach optycznych (absorbujących różne zakresy widma promie-
niowania słonecznego), bądź połączenie cienkiej warstwy perow-
skitu z odpowiednio wykonanym ogniwem krzemowym, Pero-Si.
W drugim przypadku potrzebna jest jednak dopracowana techno-
logia ogniw krzemowych, niestety, z całą energochłonnością ich
wytwarzania, o odpowiedniej charakterystyce czułości widmo-
wej komplementarnej do warstwy PSC, zaawansowana techno-
logia PSC i na koniec technologia integrowania tych dwóch cał-
kowicie różnych struktur. W obu przypadkach można uzyskać
ogniwa o sprawnościach rzędu 30%, a nawet powyżej 35% (spraw-
ność 29,52% dla ogniwa Pero-Si, potwierdzoną przez laboratorium
NREL, uzyskała ostatnio firma Oxford PV – komunikaty na porta-
lach PV Tech z 21 grudnia 2020 roku oraz Solar Power Portal z 22
grudnia 2020 roku), stąd wydaje się, że obie te opcje wyznaczają
dzisiaj najciekawszą perspektywę, chociaż z pewnością nierychłą,
dla rozwoju wielkoskalowej naziemnej fotowoltaiki. Tę tezę wydają
się potwierdzać badania prowadzone w tym kierunku w wielu
ośrodkach badawczych na świecie.
W Tabeli I przedstawiono zestawienie najwyższych sprawności
ogniw wykonanych w podstawowych technologiach PV w warun-
kach laboratoryjnych.
Ogniwom tandemowym poświęcony zostanie oddzielny arty-
kuł w „Magazynie Fotowoltaika”.
Ogniwa krzemowe dzisiaj – czyli samotny lider
Fotowoltaika krzemowa to dzisiaj około 95% globalnej pro-
dukcji PV szacowanej na około 131 GWp (dane z końca 2019
roku), w tym około 66% na podłożach monokrystalicznych
(w 2018 roku było to 45%). Udział Chin (kontynentalnych) sta-
nowi w tym ok. 66%, innych krajów płd.-wsch. Azji to ok. 18%.
Udział Europy to zaledwie około 3% (~4 GWp), a Ameryki Płn.
(USA i Kanada) ok. 4%. Najwięksi gracze z tzw. Superligi Krze-
mowej (Silicon Superleague) deklarują wzrost swojego poten-
cjału produkcyjnego do kilkudziesięciu GW w ciągu najbliż-
szych lat. Spektakularnym przykładem może tu być firma CECEP
Solar, która rozpoczęła właśnie realizację planu budowy fabryki
wysokosprawnych ogniw krzemowych o docelowej mocy pro-
dukcyjnej 50 GWp. Pierwsza faza projektu obejmuje produkcję
20 GWp/rok ogniw w zaawansowanej technologii PERC
i 6,5 GWp modułów powstających na wysoko zautomatyzowa-
nej linii montażu. Koszt inwestycji wyniesie około 453 mln USD
(źródło: PV Tech, 21 stycznia 2020).
Ogromna część światowej produkcji krzemowych modułów PV
skupiona jest w największych firmach (tzw. Tier 1, w wolnym tłu-
maczeniu „najwyższa półka”). Firmy te stanowią zaledwie ok. 2%
wszystkich producentów modułów (rys. 1). W celu minimalizo-
wania kosztów realizują one często pełny, tzw. wertykalny, zinte-
growany łańcuch produkcyjny, począwszy od produkcji krzemu
i podłoży krzemowych, poprzez ogniwa, na montażu kompletnych
modułów kończąc (rys. 2). Udział w rynku poszczególnych seg-
mentów łańcucha wertykalnego pokazuje rys. 3.
Od kilku lat produkcja ogniw z krystalicznego krzemu prze-
suwa się zauważalnie w stronę zwiększonego wykorzystania podłoży
Rys. 1. Podział producentów krzemowych ogniw i modułów w zależności od ich pozycji i znaczenia na rynku
Rys. 2. Schemat wertykalnie zintegrowanej produkcji modułów PV
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56