Moduł PV bez busbarów. Tak wygląda przyszłość technologii tandemowej
Najnowszy projekt pokazuje, że dalszy rozwój fotowoltaiki tandemowej zależy nie tylko od samych ogniw, ale także od sposobu ich cięcia, łączenia i „upakowania” w module PV.
Inżynierowie i naukowcy z Oxford PV oraz uznanego ośrodka Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems (ISE) opracowali prototypowe moduły fotowoltaiczne łączące ogniwa tandemowe perowskit-krzem z technologią połączeń Matrix Shingle.
Dwie technologie w jednym module
Nowy projekt łączy dwa kierunki rozwoju wysokosprawnej fotowoltaiki: ogniwa tandemowe Oxford PV oraz architekturę Matrix Shingle opracowaną przez Fraunhofer ISE. Według niemieckiego ośrodka jest to pierwsze udane połączenie ogniw perowskitowo-krzemowych Oxford PV z tą technologią połączeń modułowych. W ramach projektu powstały dwa moduły glass-glass z uszczelnieniem krawędziowym, zastosowanym w celu ochrony wrażliwych na wilgoć ogniw.
Pierwszy to moduł monofacjalny o mocy 491 W i powierzchni 1,92 m². Drugi to bifacjalny moduł o mocy jednostkowej 546 W i powierzchni 2,13 m², przeznaczony dla instalacji naziemnych. Oba osiągnęły sprawność 25,6 proc. liczoną dla całej powierzchni modułu.
Ogniwa tandemowe perowskit-krzem mają zwiększać sprawność fotowoltaiki poprzez połączenie dwóch warstw aktywnych. W tej technologii cienka warstwa perowskitowa, mająca zaledwie kilkaset nanometrów, jest nanoszona na konwencjonalne ogniwo krzemowe. Fraunhofer ISE wskazuje, że takie podejście podnosi teoretyczny limit sprawności z 29,4 proc. dla pojedynczego ogniwa krzemowego do 43,3 proc. dla układu tandemowego.
Oxford PV wytwarza swoje ogniwa i moduły perowskitowo-krzemowe w pilotażowym zakładzie w Brandenburg an der Havel w Niemczech. Perowskitowa warstwa aktywna jest tam nakładana bezpośrednio na krzemowe ogniwo heterozłączowe z wykorzystaniem procesów cienkowarstwowych. Firma rozwija tę technologię od 2014 r. i deklaruje ścieżkę rozwoju w kierunku sprawności powyżej 30 proc.
Matrix Shingle bez klasycznych busbarów
Drugim elementem projektu jest technologia Matrix Shingle. W tym podejściu ogniwa są precyzyjnie cięte na wąskie paski i układane w zachodzący na siebie, przesunięty wzór przypominający dachówki. Następnie paski są łączone za pomocą w pełni bezołowiowych klejów przewodzących elektrycznie, które zapewniają jednocześnie połączenie mechaniczne i elektryczne.
Taka konstrukcja eliminuje klasyczne busbary i miedziane połączenia, które w tradycyjnych modułach zasłaniają część aktywnej powierzchni ogniwa. Według Oxford PV i Fraunhofer ISE pozwala to ograniczać straty optyczne i rezystancyjne, lepiej wykorzystać powierzchnię modułu oraz zmniejszyć naprężenia powstające podczas produkcji. Klejenie jest procesem niskotemperaturowym, co ma znaczenie szczególnie przy wrażliwych strukturach tandemowych.
To nie pierwszy raz, gdy technologia Matrix Shingle pojawia się w kontekście rekordowych lub wysokosprawnych modułów rozwijanych przez Fraunhofer ISE. W poprzednim projekcie instytut wykorzystał podobne podejście przy module III-V na podłożu germanowym, gdzie układ dachówkowy i brak klasycznych łączników pomogły zwiększyć aktywną powierzchnię pracującą na produkcję energii.
Fraunhofer ISE wskazuje również na wysoką tolerancję technologii Matrix Shingle na częściowe zacienienie. Dzięki matrycowemu układowi połączeń prąd może „omijać” zacienione obszary modułu. Według Fraunhofer ISE, w zależności od stopnia częściowego zacienienia, taka architektura może pozwalać na uzyskanie nawet dwukrotnie większej mocy niż w przypadku konwencjonalnie połączonych modułów PV. Oxford PV podkreśla, że tandemy perowskit–krzem dobrze współpracują z architekturą shingle także ze względu na niższe gęstości prądu. Ogniwa tandemowe osiągają wyższe napięcia i sprawności niż konwencjonalne ogniwa, natomiast prąd jest rozłożony. Niższa gęstość prądu pomaga ograniczać straty rezystancyjne w module, a jednocześnie pozwala ciąć ogniwa na szersze paski, co według Oxford PV może poprawiać produktywność procesu.
Prototyp, ale zgodny z kierunkiem produkcyjnym
Pokazane moduły są prototypami opracowanymi w ramach projektu badawczego HoTSun, finansowanego przez niemieckie Federalne Ministerstwo Gospodarki i Energii. Oxford PV zaznacza jednak, że konstrukcja została przygotowana z użyciem standardowych ogniw produkcyjnych i w sposób kompatybilny z produkcją masową. Oxford PV deklaruje ponadto, że ich obecne moduły tandemowe osiągają już sprawność 25 proc. i 10-letnią trwałość.
Firma planuje produkt o sprawności 26 proc. jeszcze w tym roku, a do 2027 r. chce dojść do 27 proc. z wydłużoną trwałością. Nowe moduły zostały pokazane podczas The Smarter E / Intersolar Europe 2026 w Monachium: wariant mono na stoisku Fraunhofer ISE, a bifacjalny moduł dla instalacji naziemnych na stoisku Oxford PV.
Radosław Błoński
redakcja@gramwzielone.pl
© Materiał chroniony prawem autorskim. Wszelkie prawa zastrzeżone. Dalsze rozpowszechnianie artykułu tylko za zgodą wydawcy E-Magazyny Sp. z o.o.
