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1. Le caratteristiche fondamentali delle celle solari di tipo N e di tipo P
2. Cosa sono i pannelli solari di tipo N e di tipo P?
3. Celle solari di tipo N rispetto al tipo N. Celle solari della famiglia P
4. Applicazioni per le celle solari di tipo N e di tipo P
5. Qual è il miglior tipo di pannello solare: N o P?
6. Pannello solare di tipo N o P, quale scegliere?
7. Identificare i tuoi pannelli solari
8. Tendenze di Mercato e Prospettive Future
Con i continui progressi nella moderna tecnologia fotovoltaica, il tipo e l'efficienza delle celle solari sono diventati argomenti chiave di discussione. Tra questi, le celle TOPCon (Tunnel Oxide Passivated Contact) rappresentano l'ultima innovazione nella tecnologia delle celle di tipo N, con un'efficienza generalmente compresa tra il 22% e il 24%. In confronto, le celle solari tradizionali di tipo P, come quelle con tecnologia PERC, hanno un'efficienza che si aggira intorno al 20%-22%.
Le celle di tipo N presentano un tasso di conversione superiore rispetto a quelle di tipo P con tecnologia PERC, attualmente predominanti nel mercato fotovoltaico. Questo ci porta a chiederci: le celle di tipo N sostituiranno le celle di tipo P diventando la nuova tecnologia dominante sul mercato?
Le caratteristiche fondamentali delle celle solari di tipo N e di tipo P
Le celle solari standard in silicio cristallino (c-Si) sono costituite da wafer di silicio che è stato drogato con una varietà di sostanze chimiche allo scopo di aumentare la produzione di energia. La caratteristica che distingue le celle solari di tipo P da quelle di tipo N è il numero di elettroni. Il boro, che ha un elettrone in meno rispetto al silicio, viene spesso aggiunto al wafer di silicio di una cella di tipo P, il che le conferisce una carica positiva. Il fosforo è drogato in una cella di tipo N, che ha un elettrone in più rispetto al silicio, rendendo la cella carica negativamente.
Cosa sono i pannelli solari di tipo N e di tipo P?
Celle di tipo N per l'energia solare
Le celle solari di tipo N sono realizzate utilizzando wafer di silicio di tipo N. Possono essere realizzate utilizzando una varietà di tecniche, come IBC (Interdigitated Back Contact), HJT (Heterojunction with Intrinsic Thin layer), TOPCon (Tunnel Oxide Passivated Contact), PERT/PERL (Passivated Emitter Rear Totally Diffused/Passivated Emitter Rear Locally Diffused) e così via. Un pannello solare di tipo N ha la regione c-si caricata negativamente a causa del drogaggio al fosforo del wafer. A causa del drogaggio del boro, lo strato emettitore superiore ha un carico negativo.
Celle solari di tipo P
La materia prima per le celle solari di tipo P è il wafer di silicio di tipo P. La produzione di celle solari di tipo P è principalmente realizzata utilizzando la tecnologia convenzionale Al-BSF (Aluminum Back Surface Field) e la tecnologia PERC (Passivated Emitter Rear Contact). A causa del drogaggio di boro, l'area di c-si in massa dei pannelli solari di tipo P è caricata negativamente. Il drogaggio con fosforo carica positivamente lo strato emettitore superiore. La tecnologia PERC è diffusa sul mercato.
In generale, le celle di tipo N presentano i seguenti vantaggi e svantaggi, che sono descritti di seguito.
Avanti:
1. La luce non li degrada.
2. Aspettativa di vita elevata
3. Celle di tipo P hanno una minore efficienza di conversione
Aspetti negativi:
1. Costoso
2. Costo maggiore
3. Una parte relativamente piccola del mercato
Per riassumere, le celle di tipo P presentano i seguenti vantaggi e svantaggi, che sono descritti di seguito.
Avanti:
1. Minori spese
1. Costi ridotti
2. Ampiamente accessibile
3. Una forte resistenza alle radiazioni
Aspetti negativi:
1. Prevenire la degradazione indotta dalla luce (LID)
2°. Non ha la stessa durata delle celle solari di tipo N.
Celle solari di tipo N rispetto al tipo VS Celle solari della famiglia P
(1) Le celle solari di tipo N hanno un tasso di bifaccialità più elevato rispetto alle celle solari di tipo P. Il tasso bifacciale della cella PERC (tipo P) è del 75%, quello di TOPCon (tipo N) è dell'85% e quello di HJT (tipo N) è del 95% circa. Il guadagno di energia sul retro del modulo aumenta con il tasso bifacciale, in particolare nelle centrali fotovoltaiche con elevata riflettività superficiale.
(2) I coefficienti di temperatura delle celle sono i più bassi: le celle PERC hanno -0,37%/°C, le celle TOPCon -0,29%/°C e le celle HJT 0,24%/°C. Le celle di tipo N sono meno influenzate dalle alte temperature perché hanno un coefficiente di temperatura inferiore rispetto alle celle di tipo P. Di conseguenza, hanno migliori prestazioni di generazione di energia e sono più adatte an ambienti con condizioni di irraggiamento più elevate.
(3) In termini di attenuazione, i wafer di silicio di tipo N sono drogati di fosforo e hanno un contenuto di boro molto basso. Di conseguenza, la degradazione della luce (LID) prodotta dalle coppie di boro e ossigeno è praticamente inesistente. Il modulo PERC mostra un'attenuazione del 2%-2,5% nel primo anno e dello 0,45%-0,55% nell'anno successivo; il modulo TOPCon mostra un'attenuazione dell'1% nel primo anno e dello 0,40% nell'anno successivo; e il modulo HJT mostra un'attenuazione dell'1% nel primo anno e dello 0,25% nell'anno successivo. L'intero ciclo di vita della generazione di energia di un modulo di tipo N è più lungo di quello di un modulo PERC e ha più spazio premium.
(4) Le celle di tipo N hanno una vita oligomerica più lunga rispetto alle celle di tipo P quando si tratta di efficienza di generazione di energia. Ciò potrebbe significare un aumento significativo della tensione a circuito aperto della batteria e, di conseguenza, una maggiore efficienza di conversione della batteria. Sebbene il boro sia sufficiente nelle celle di tipo P, ha notevoli svantaggi. Ad esempio, dopo i primi giorni di esposizione al sole, causa la degradazione indotta dalla luce (LID), che riduce l'efficacia dei pannelli solari di circa l'1,5%. Questo effetto LID non è un gioco da ragazzi. È calcolato utilizzando il wattaggio dei pannelli. Tuttavia, riduce l'efficienza, ed è uno dei motivi per cui le persone sono spesso troppo fiduciose sulla quantità di elettricità che i loro nuovi sistemi solari potrebbero produrre. I pannelli solari di tipo N possono raggiungere livelli di efficienza fino al 25,7%, mentre i pannelli solari di tipo P possono raggiungere il 23,6%. Un'elevata efficienza di conversione può ridurre i costi di produzione dell'energia fotovoltaica e aumentare la produzione di energia per unità di superficie.
(5) Per quanto riguarda l'effetto in condizioni di scarsa illuminazione, le batterie di tipo N hanno una migliore risposta spettrale in condizioni di scarsa illuminazione, hanno un tempo di lavoro effettivo più lungo e possono produrre elettricità durante periodi di bassa intensità di irraggiamento, come la mattina e la sera, i giorni nuvolosi e piovosi, e sono più economiche rispetto alle batterie di tipo P.
(6) In termini di costi, il costo delle celle solari è stato recentemente ridotto: Le celle di tipo P hanno un prezzo di circa 0,081 euro/W e le celle di tipo N hanno un prezzo di circa 0,088 euro/W. Le celle solari di tipo P hanno un vantaggio rispetto alle celle solari di tipo N in termini di prezzo. Ciò è dovuto al fatto che i pannelli solari di tipo P sono più economici rispetto ai pannelli solari di tipo N e sono disponibili più tecnologie di produzione.
(7) I pannelli solari di tipo N hanno una durata complessiva maggiore rispetto a quelli di tipo P a causa della loro struttura. Il contenuto di boro dei materiali delle celle solari in Si (silicio) di tipo N è molto basso e la degradazione indotta dalla luce causata dalle coppie boro-ossigeno è quasi completamente ignorata. Di conseguenza, le celle solari di Si di tipo N hanno una durata di vita dei portatori minoritari più lunga rispetto alle celle solari di Si di tipo P. Le celle solari di tipo N Si hanno una durata e un'efficienza migliorate grazie a questi vantaggi.
(8) Sebbene i Bell Labs abbiano sviluppato la prima cella solare di tipo N nel 1954, la struttura di tipo P è ora più popolare a causa della richiesta di tecnologie solari nello spazio. Sembra che le celle di tipo P siano più resistenti alla degradazione e alle radiazioni spaziali.
Di seguito sono riportati i parametri a confronto:
Creazione di un modulo solare dalla materia prima al prodotto finito. Immagine per gentile concessione di PVInsights.com
Applicazioni delle celle solari di tipo N e P
La tecnologia delle celle back-site field (BSF) in alluminio per la prima generazione di celle fotovoltaiche aveva superato il 90% del mercato prima del 2016. Le celle PERC sono iniziate an essere utilizzate nel 2016 e, nel 19° anno, hanno superato la tecnologia BSF e diventato la seconda generazione di celle fotovoltaiche popolare, con una quota di mercato del 65%.
Le celle PERC sono una tecnologia di celle con passivazione dell'emettitore e del retro che utilizza una pellicola di passivazione per passivare il retro. Ciò riduce il tasso di composto del retro, aumenta l'efficienza della cella e migliora la riflessione della luce del retro nella base di silicio. Sebbene la tecnologia delle batterie PERC sia attualmente più avanzata e conveniente, l'efficienza della produzione di massa ha raggiunto il 23,2% e si sta avvicinando gradualmente all'efficienza limite teorica del 24,5% circa. Inoltre, le batterie di tipo P hanno uno spazio ristretto per la mobilità verso l'alto e le batterie di tipo P non possono essere completamente risolte a causa del fenomeno dell'attenuazione della luce ricca di boro. Pertanto,
I produttori di fotovoltaico hanno iniziato a stabilire un limite di efficienza di conversione più elevato della prossima generazione di tecnologia delle batterie in risposta alla crescita della domanda di mercato per l'efficienza di conversione delle batterie: le batterie di tipo N ad alta efficienza energetica. Le batterie di tipo N a TOPCon, HJT e IBC sono esempi di conversione ad alta efficienza, anti-degradazione, basso coefficiente di temperatura e tasso di doppia faccia di alti vantaggi, il che significa che possono migliorare il guadagno di generazione di energia fotovoltaica, ridurre il costo dell'energia e ridurre il costo dell'energia. Sebbene il fotovoltaico abbia molte promesse di sviluppo e possa aumentare il profitto della produzione di energia elettrica e ridurre i costi, è ancora nelle prime fasi di sviluppo.
Secondo la China Photovoltaic Industry Association, nel 2022 la nuova linea di produzione era ancora dominata dalle linee di produzione di celle PERC. Tuttavia, nella seconda metà dell'anno, una parte della capacità produttiva di celle di tipo N è stata rilasciata e la quota di mercato delle celle di tipo P si è ridotta all'87,5%, mentre la quota di mercato delle celle di tipo N è gradualmente aumentata al 9,1%. Man mano che i vantaggi delle celle di tipo N venivano riconosciuti, esse diventavano sempre più popolari e venivano utilizzate da un maggior numero di persone. Pertanto, si prevede che l'applicazione delle celle di tipo N supererà quella delle celle di tipo P nel prossimo futuro.
Secondo l'International Technology Roadmap for Photovoltaics (ITRPV), le celle mono-c-Si di tipo P controlleranno circa il 30% del mercato fino al 2028, mentre le celle mono-c-Si di tipo N saliranno a circa il 28% da appena il 5% del 2017. Questo corrisponde al desiderio dell'industria di avere ulteriori moduli ad alta efficienza, quindi i clienti del solare possono aspettarsi di vedere più progetti di tipo N sul mercato.
Pannello solare di tipo N o P, quale scegliere?
Al momento di scegliere i componenti per il vostro nuovo impianto solare, dovete innanzitutto decidere se i pannelli solari di tipo N o P sono adatti a voi. Nel decidere tra pannelli solari di tipo P e N, bisogna considerare il budget, il fabbisogno energetico e lo spazio disponibile per l'installazione.
Per quanto riguarda il semplice costo dell'installazione, i pannelli solari di tipo N saranno più costosi di quelli di tipo P. Per quanto riguarda il fabbisogno energetico, i pannelli solari di tipo N saranno in grado di produrre più energia rispetto ai pannelli di tipo P, grazie al loro maggiore livello di efficienza.
La quantità di spazio disponibile per l'installazione dei pannelli avrà un impatto significativo sulla tipologia scelta. Se non avete molto spazio a disposizione ma avete un grande fabbisogno energetico, dovreste scegliere il pannello solare di tipo N, che avrà un livello di efficienza maggiore.
Se invece avete a disposizione uno spazio più ampio per l'installazione e siete più preoccupati per il prezzo, potete optare per i pannelli solari di tipo N, che sono leggermente meno efficienti ma più economici per un normale proprietario di casa.
Identificare i tuoi pannelli solari
Esistono diversi modi per determinare se i tuoi pannelli solari sono di tipo N o di tipo P:
Osservare le superfici superiore e inferiore del modulo fotovoltaico
Nei moduli di tipo N, la base è costituita da silicio di tipo N e la superficie superiore è di tipo P, quindi la superficie superiore è l'anodo e quella inferiore è il catodo. Nei moduli di tipo P, la base è di silicio di tipo P, mentre la superficie superiore è di tipo N, quindi la superficie superiore è il catodo e quella inferiore è l'anodo.
Verificare la direzione dei busbar sul lato anteriore del modulo fotovoltaico
Puoi osservare i busbar saldati sulla superficie superiore e inferiore del modulo fotovoltaico e controllare la loro direzione.
Controllare i segni di polarità sulla scatola di giunzione del modulo fotovoltaico
Verifica se i conduttori dei busbar provenienti dalle celle fotovoltaiche sono collegati all'anodo o al catodo.
Inoltre, puoi:
- Controllare la scheda tecnica o la documentazione allegata al pannello solare. Il tipo di cella dovrebbe essere indicato.
- Verificare il modello o il nome del pannello. I pannelli di tipo P spesso hanno una "P" nel nome, mentre i pannelli di tipo N possono avere una "N".
- Contattare il produttore e chiedere direttamente il tipo di cella utilizzata in quel modello.
- Misurare lo spessore delle celle: le celle di tipo P tendono ad essere più spesse rispetto a quelle di tipo N.
Tendenze di Mercato e Prospettive Future
Entro il 2024, la quota di mercato delle celle di tipo N e P nel mercato fotovoltaico sta subendo un cambiamento significativo. Tradizionalmente, le celle di tipo P (in particolare quelle con tecnologia PERC) hanno dominato il mercato. Tuttavia, con l'emergere della tecnologia di tipo N (come TOPCon e HJT), questo panorama sta rapidamente evolvendo.
I vantaggi delle celle di tipo N risiedono nella loro maggiore efficienza e nelle migliori prestazioni in condizioni di alta temperatura e scarsa luminosità, portando a un aumento rapido della loro quota di mercato. Nel 2023, la produzione di celle di tipo N ha raggiunto circa il 30%, e si prevede che questa percentuale continui a crescere nei prossimi anni, con la possibilità che tra il 2025 e il 2026 superi quella delle celle di tipo P. Gli analisti prevedono che, con il continuo miglioramento dei costi e dell'efficienza delle celle di tipo N, la quota di mercato delle celle PERC di tipo P potrebbe gradualmente diminuire, fino a essere potenzialmente eliminata.
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Riferimento:
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