Nos últimos anos, a tecnologia de células solares PERC (do inglês. Passivated Emitter Rear Cell) tornou-se um dos preferidos de pesquisa e desenvolvimento na indústria fotovoltaica. Hoje é considerada uma das principais tecnologias avançadas na produção de painéis solares de alto desempenho.
O que é PERC
A produção de células fotovoltaicas foi dominada por muitos anos por uma tecnologia modular Al-BSF com um suporte de alumínio . No entanto, está próximo de seu limite prático e é improvável que haja uma melhoria adicional na eficiência. Isso ocorre porque há muitos anos os fabricantes se concentram no desenvolvimento de inovações para a parte frontal da célula solar, não prestando a devida atenção ao seu lado reverso. A busca por soluções para melhorar a eficiência levou a indústria solar a usar células solares de contato traseiro com emissor passivo (PERC). De fato, a tecnologia PERC tornou-se um procedimento para melhorar as células fotovoltaicas Al-BSF padrão. As fotocélulas PERC forneceram acesso ao módulo com uma potência mais alta, por exemplo, até 370W para um módulo de 72 células.
A abreviatura PERC significa passivação do contato traseiro do emissor (literalmente, emissor passivado e célula/módulo traseiro). A principal característica dos painéis solares com tecnologia PERC é que uma camada dielétrica está localizada no lado reverso do módulo. Ele reflete os raios de luz que passaram pela fotocélula e os redireciona de volta para dentro das camadas de silício. Isso gera mais eletricidade. Este processo também é conhecido como passivação traseira. A tecnologia PERC ajuda a aumentar a sensibilidade espectral das células fotovoltaicas, o que é alcançado devido à capacidade de absorver uma quantidade maior de luz solar.
A tecnologia PERC foi desenvolvida em 1980 na Austrália por um grupo de cientistas liderados pelo diretor do Australian Centre for Advanced Photovoltaics da UNSW (University of New South Wales), o professor Martin Green, mas começou a ser usado ativamente apenas 5-6 anos atrás.
Devido aos seus méritos, nos últimos dois ou três anos, a tecnologia PERC tornou-se uma prioridade para os fabricantes de painéis policristalinos e monocristalinos.
Como funciona a tecnologia PERC
Comparados aos painéis tradicionais, os módulos com tecnologia PERC apresentam desempenho superior. Usar essa inovação é uma boa maneira de aumentar a refletividade da superfície traseira de uma célula solar, aumentando o número de fótons que podem ser absorvidos e convertidos em mais eletricidade produzida.
A emissão fotoeletrônica é um processo bastante complicado. O gerador de energia em fotomódulos consiste em duas partes: uma base e um emissor com uma zona de contato pn – o limite entre eles. É aqui, na seção limite da transição, que uma corrente elétrica é gerada, os elétrons correm para o emissor. Um esquema semelhante para a produção de energia elétrica é usado em módulos PERC.
A tarefa dos painéis solares é produzir corrente elétrica, e o princípio de sua produção é o seguinte. Os fótons (partículas de luz) parecem “expulsar” elétrons (partículas negativas) da camada de silício. Tanto essas como outras partículas têm a propriedade de “andar”. Para que uma corrente elétrica seja gerada, um elétron “nocauteado” do silício deve atingir o limite de contato. Mas, como regra, a maioria das partículas negativas (elétrons) simplesmente se instala na camada inferior da base. É por isso que a eficiência dos painéis solares modernos não excede 20%.
Se compararmos uma célula solar tradicional e um painel com tecnologia PERC, então, no primeiro caso, o contator traseiro é uma fina camada de alumínio que atua como coletor de corrente contínua e, no segundo caso, as fotocélulas PERC usam uma camada de alumínio com pulverização e perfuração a laser. Assim, na camada adicional existem numerosos microburacos através dos quais os elétrons escapam. Devido às propriedades dielétricas da camada traseira nas células fotovoltaicas PERC, os elétrons que se depositam na parte inferior são novamente redirecionados até encontrar um buraco na perfuração para ir para o emissor.
De fato, uma camada passivadora dielétrica adicional reduz a recombinação de elétrons (o processo de desaparecimento de um par de partículas – portadores livres de carga oposta a qualquer meio com liberação de energia). Em outras palavras, isso significa a tendência de os elétrons se recombinarem e basicamente bloquearem os elétrons de vagarem livremente pela célula solar, fazendo com que ela não atinja sua eficiência potencial. No caso de utilização de uma camada dieléctrica adicional, os electrões gerados junto à parte posterior do módulo fotovoltaico podem deslocar-se livremente até ao emissor e contribuir para o aumento da geração de corrente eléctrica, o que significa que a eficiência do painel solar com tecnologia PERC é aumentou.
A camada de passivação dielétrica adicional pode refletir comprimentos de onda acima de 1180 nanômetros fora da fotocélula, que normalmente gera calor. Nos fotomódulos padrão, esses comprimentos de onda são facilmente absorvidos pela parte traseira do lado metalizado da fotocélula e transformados em calor, o que reduz a eficiência dos painéis solares. Ao refletir comprimentos de onda acima de 1180 nanômetros, a camada de passivação dielétrica nos módulos PERC ajuda a célula fotovoltaica a operar com mais eficiência sem superaquecimento.
Vários outros tipos de células fotovoltaicas PERC também foram desenvolvidos, como PERL (passivated rear emitter, localmente espalhado) e PERT (passivated traseiro emitter, totalmente difuso). No entanto, eles ainda não são amplamente utilizados.
Benefícios da tecnologia PERC
Quando se trata de pesquisa e desenvolvimento no setor de energia solar, existem dois objetivos principais que fabricantes e consumidores se esforçam para alcançar: redução de custos e melhoria da eficiência . As células solares com tecnologia PERC têm uma eficiência de mais de 20-22%+, enquanto as células solares padrão têm uma média de cerca de 18-19%. Por exemplo, melhorar a eficiência das células fotovoltaicas devido à tecnologia PERC leva a um aumento de potência de 3-5 W para um módulo de cristal único. com 60 elementos.
Entre as principais vantagens dos módulos PERC estão as seguintes.
- A tecnologia PERC pode ser usada em painéis mono e policristalinos.
- O uso da tecnologia PERC aumenta a eficiência dos módulos solares em até 25% devido ao aumento da capacidade de absorção da fotocélula, reduzindo o superaquecimento indesejado na mesma, refletindo os elétrons já gerados na zona de junção pn, que é reconhecida como uma das os valores mais altos do setor.
- A produção de módulos fotovoltaicos usando a tecnologia PERC é muito diferente da produção de células fotovoltaicas convencionais, pois apenas a superfície traseira é modificada pela simples adição de uma camada dielétrica e uso de lasers para furos (perfurações). Assim, não é necessária a instalação de alguns equipamentos especiais complexos, bastando modernizar as linhas de produção existentes. Ou seja, os painéis solares com tecnologia PERC têm maior potência com investimento mínimo e poucos riscos.
- Ao operar células fotovoltaicas com tecnologia PERC, as correntes de curto-circuito aumentam, resultando em um aumento na intensidade da corrente, o que aumenta simultaneamente a tensão e, como resultado, a potência de saída do painel solar.
- A refletividade dos painéis com tecnologia PERC aumenta para 90-95% em comparação com 65% para painéis de configurações típicas.
- Os elementos PERC funcionam bem em ambientes de alta temperatura ou pouca luz.
- Devido aos coeficientes de temperatura mais atrativos, os painéis solares com tecnologia PERC são a melhor solução para uso em climas quentes, ajudando a reduzir as perdas de calor. Como resultado, os usuários finais obtêm a máxima eficiência de seus sistemas solares ao longo do ano.
- A instalação de painéis solares com tecnologia PERC é mais econômica do que os painéis solares tradicionais. A própria inovação afeta insignificantemente o custo da planta solar acabada, mas ao mesmo tempo aumenta significativamente sua eficiência. Além disso, para produzir a mesma quantidade de eletricidade que um painel solar padrão, a tecnologia PERC normalmente requer menos células fotovoltaicas.
Por que a tecnologia PERC é escolhida pelos fabricantes de células solares e painéis?
O investimento para mudar para uma linha de produção PERC requer modificações mínimas nas linhas de produção de células existentes. Os fabricantes podem facilmente fazer a transição para a produção de um produto eficiente e de qualidade sem fazer grandes investimentos de capital para substituir completamente os equipamentos existentes. Há um boom no mercado mundial no sentido de aumentar a capacidade de produção de módulos com tecnologia PERC. Especialistas preveem que esse processo se desenvolverá rapidamente nos próximos anos. Além disso, os fabricantes de painéis agora podem produzir um módulo com maior consumo de energia sem aumentar significativamente os custos de montagem.
Por que o PERC é preferido pelos engenheiros e instaladores de painéis?
Painéis com tecnologia PERC dão mais liberdade aos instaladores de painéis, principalmente quando se trata de espaços ou locais que antes eram considerados insuficientes para instalações solares. Os painéis PERC têm uma densidade de energia mais alta por metro quadrado. me funcionam bem em baixa luminosidade e altas temperaturas. Claramente, ao gerar energia, os painéis PERC são superiores às contrapartes padrão. Os projetistas de energia solar podem usar menos painéis para atingir as metas gerais de energia de “saída” quando sua pegada é limitada. Além disso, painéis com tecnologia PERC sem perda de eficiência podem ser instalados em locais e espaços que antes eram considerados inadequados para a colocação de instalações de energia solar. Isso permite que engenheiros e instaladores sejam mais flexíveis e mais capazes de se adaptar aos objetivos do projeto.
Por que a tecnologia PERC é econômica?
Como a produção de painéis com tecnologia PERC não é radicalmente diferente da produção de painéis padrão, o risco de investimento, muitas vezes associado a qualquer know-how, é reduzido. Usando tecnologia comprovada e modificando os painéis padrão, praticamente não há risco de que a introdução da tecnologia PERC mude drasticamente a estrutura e o interior da fotocélula. Ou seja, os recursos não serão “jogados ao vento”.
O objetivo final da fabricação de painéis PERC é fornecer uma maneira confiável e econômica de gerar energia para projetos residenciais, comerciais e de serviços públicos. Ao usar painéis solares com tecnologia PERC, a geração total de eletricidade ao longo da vida útil de toda a usina solar é aumentada sem um aumento significativo no custo por watt.
Por que o PERC será a tecnologia dominante de células solares?
As perspectivas para os módulos PERC parecem promissoras, e o atual nível de progresso científico e tecnológico permite colocar a produção de tais painéis solares no transportador. Hoje, muitas marcas reconhecidas de painéis solares já introduziram a tecnologia PERC na produção. Entre eles estão Canadian Solar, LG, REC Solar, Winaico, Trina Solar, Jinko Solar, Solar World, etc.
A tecnologia PERC dominará nos próximos anos, não apenas por suas vantagens, mas principalmente por não exigir um reequipamento completo da produção. Por exemplo, os fabricantes podem atualizar facilmente as linhas de produção existentes porque o PERC é compatível com os equipamentos de serigrafia existentes. E existem muitas dessas soluções de engenharia.
De acordo com especialistas, nos próximos anos, os painéis solares com tecnologia PERC serão muito mais atraentes em preço para o consumidor de massa do que os painéis solares tradicionais. Mas até agora, esses fotomódulos (PERC) são uma ordem de magnitude mais caras do que as contrapartes padrão. Uma redução significativa de preço pode ser vista apenas no contexto da produção em massa e da crescente popularização da tecnologia PERC. Portanto, já agora, entendendo as perspectivas e vantagens de tais painéis solares, um número crescente de fabricantes de painéis solares está reconstruindo suas instalações de produção para introduzir a tecnologia PERC.