Le tecnologie con una certa diffusione nel mercato del 2024 si possono annoverare in queste sigle o acronimi: PERC, TOPCon, HJT e IBC
Tutte le tecnologie considerate rappresentano l’avanguardia nel panorama dei moduli fotovoltaici, offrendo un’efficienza superiore rispetto ai pannelli tradizionali che ormai stanno sparendo via via sostituiti da queste tecnologie. La scelta del modulo ideale dipende da esigenze specifiche e priorità individuali.
Analizziamo nel dettaglio cosa sono, i vantaggi e i relativi svantaggi.
PERC (significa in inglese Passivated Emitter Rear Cell): è una versione evoluta della cella fotovoltaica standard a silicio. La sua caratteristica principale è l’aggiunta di uno strato di passivazione nella parte posteriore della cella, che aumenta notevolmente l’efficienza di conversione dell’energia solare in elettricità, in questo modo si consente un aumento della possibilità di ricombinazione dei fotoni e l’aumento della riflessione interna alla giunzione; con questa tecnica innovativa si ottiene un aumento dello spettro solare che viene assorbito, con un miglioramento dell’efficienza di circa l’1% rispetto ad una cella monocristallina convenzionale
Vantaggi:
– Tecnologia matura e diffusa, con costi relativamente contenuti.
– Efficienza media tra il 20% ed il 22%.
– Buona resistenza all’LID* (Light Induced Degradation ovvero il degrado causato dalla luce nelle prime ore di esposizione al sole).
– Affidabilità consolidata nel tempo.
Svantaggi:
– Efficienza inferiore rispetto alle tecnologie più recenti.
– Perdita di efficienza con temperature elevate.
* Il fenomeno si registra nelle prime ore di esposizione alla luce del Sole ed è causata da composti instabili presenti nelle celle solari in silicio cristallino. Durante la creazione di una cella fotovoltaica, infatti, è possibile che tra i cristalli di silicio permangano tracce di ossigeno, le quali, se esposte al Sole, possono diffondersi nel reticolo creando legami con gli accettori droganti del silicio e quindi potenzialmente diminuisce il passaggio dell’elettricità.
TOPCon (Significa in Inglese Tunnel Oxide Passivated Contact): ed è una tecnica che migliora l’efficienza delle celle solari sfruttando il passaggio dei portatori di carica attraverso uno strato sottile di ossido
Vantaggi:
– Processo di produzione
I moduli TOPCon possono essere prodotti praticamente con le stesse macchine dei moduli di tipo P, il che significa che l’utilizzo delle celle TOPCon non richiede elevati investimenti di capitale per i produttori.
– Maggiore efficienza
Secondo l’istituto Fraunhofer ISE l’efficienza può andare oltre il 25%. L’efficienza teorica massima della cella PERC è pari a circa il 24% e quindi si un efficienza media tra il 22% 24%
– Degrado inferiore
I moduli TOPCon hanno un potere di degradazione energetico inferiore durante il 1° anno e durante i 30 anni di utilizzo dei pannelli fotovoltaici, rispetto ai pannelli PERC.
Coefficiente di temperatura inferiore
Le celle TOPCon hanno una migliore resistenza agli scenari meteorologici estremi.
– Tasso di bifaccialità
È stato determinato che il fattore bifacciale per i moduli fotovoltaici PERC è in media pari a circa il 70% rispetto all’85% per i pannelli TOPCon. Raccolgono più energia dal lato posteriore rispetto ai moduli bifacciali PERC, il che è favorevole per i progetti di utilità montati a terra. Esteticamente possono anche essere più attraenti dei pannelli solari PERC.
– Prestazioni in condizioni di scarsa illuminazione
I moduli TOPcon hanno un’efficienza maggiore in condizioni di scarsa illuminazione, che prolunga il periodo di generazione di elettricità durante il giorno e migliora le prestazioni dell’installazione nel tempo.
Svantaggi:
– Costo leggermente superiore rispetto al PERC.
– Disponibilità sul mercato ancora limitata rispetto al PERC.
HJT (Significa in Inglese Heterojunction Technology): È una tecnologia molto promettente, le celle ad etero-giunzione (HJT), note anche etero-giunzione di silicio (SHJ) o a etero-giunzione con strato sottile intrinseco (HIT), è un insieme di celle solari HJT che sfruttano una tecnologia fotovoltaica avanzata. Le celle HJT combinano i vantaggi del silicio cristallino con le tecnologie a film sottile. Queste celle sono costruite sulla base di un substrato di silicio monocristallino di tipo N, con strati di silicio amorfo non drogato (i-a-Si:H) depositati sulla sua superficie. Questa struttura unica migliora le prestazioni e l’efficienza delle celle solari.
La struttura delle celle HJT comprende in genere i seguenti componenti chiave:
Substrato di silicio monocristallino di tipo N: La base dei pannelli HJT è costituita da wafer di silicio monocristallino di tipo N. Il silicio di tipo N è chiamato così perché la maggioranza dei portatori è costituita da elettroni e offre in genere una mobilità dei portatori più elevata e una minore degradazione indotta dalla luce (LID). Strato di silicio amorfo intrinseco: Su entrambi i lati del wafer di silicio monocristallino viene depositato uno strato di silicio amorfo non drogato (intrinseco). Questo strato intrinseco agisce come strato di passivazione, riducendo efficacemente i difetti superficiali sul wafer di silicio e minimizzando così la ricombinazione dei portatori di carica.
Strati di silicio amorfo drogato: All’esterno degli strati intrinseci, vengono aggiunti strati di silicio amorfo di tipo P e N. Questi strati sono drogati (con l’aggiunta di tracce di altri elementi) per modificarne la conduttività, formando così una giunzione P-N, fondamentale per la generazione di energia delle celle solari. Strato di ossido conduttivo trasparente (TCO): La superficie della cella è spesso rivestita con un materiale TCO, come l’ossido di indio-stagno (ITO), per garantire una buona trasmittanza luminosa e una buona conduttività elettrica.
Elettrodi metallici: Per estrarre la corrente dalla cella, vengono aggiunti elettrodi metallici nella parte superiore e inferiore. Questi elettrodi sono in genere progettati per essere molto sottili per ridurre al minimo l’area che blocca la luce solare.
Il pannello solare a etero-giunzione (HJT), noto anche come pannello solare a etero-giunzione di silicio (SHJ) o a etero-giunzione con strato sottile intrinseco (HIT), è un insieme di celle solari HJT che sfruttano una tecnologia fotovoltaica avanzata. Le celle HJT combinano i vantaggi del silicio cristallino con le tecnologie a film sottile. Queste celle sono costruite sulla base di un substrato di silicio monocristallino di tipo N, con strati di silicio amorfo non drogato (i-a-Si:H) depositati sulla sua superficie. Questa struttura unica migliora le prestazioni e l’efficienza delle celle solari, che vengono poi assemblate in pannelli solari per applicazioni pratiche.
La struttura delle celle HJT comprende in genere i seguenti componenti chiave:
Substrato di silicio monocristallino di tipo N: La base dei pannelli HJT è costituita da wafer di silicio monocristallino di tipo N. Il silicio di tipo N è chiamato così perché la maggioranza dei portatori è costituita da elettroni e offre in genere una mobilità dei portatori più elevata e una minore degradazione indotta dalla luce (LID).
Strato di silicio amorfo intrinseco: Su entrambi i lati del wafer di silicio monocristallino viene depositato uno strato di silicio amorfo non drogato (intrinseco). Questo strato intrinseco agisce come strato di passivazione, riducendo efficacemente i difetti superficiali sul wafer di silicio e minimizzando così la ricombinazione dei portatori di carica.
Strati di silicio amorfo drogato: All’esterno degli strati intrinseci, vengono aggiunti strati di silicio amorfo di tipo P e N. Questi strati sono drogati (con l’aggiunta di tracce di altri elementi) per modificarne la conduttività, formando così una giunzione P-N, fondamentale per la generazione di energia delle celle solari.
Strato di ossido conduttivo trasparente (TCO): La superficie della cella è spesso rivestita con un materiale TCO, come l’ossido di indio-stagno (ITO), per garantire una buona trasmittanza luminosa e una buona conduttività elettrica.
Elettrodi metallici: Per estrarre la corrente dalla cella, vengono aggiunti elettrodi metallici nella parte superiore e inferiore. Questi elettrodi sono in genere progettati per essere molto sottili per ridurre al minimo l’area che blocca la luce solare.
Vantaggi:
– Elevata efficienza, con valori medi tra il 23% ed il 26%.
– Alto tasso di bifaccialità
In particolare, queste celle raggiungono un’efficienza di generazione di energia superiore al 95% sul lato posteriore, segnando un miglioramento sostanziale nella produzione complessiva di energia.
– Bassa perdita di efficienza con temperature elevate (coefficiente pari a -0,24%/°C)
– Eccellenti prestazioni in condizioni di scarsa luminosità
– Bassa degradazione al fenomeno LID (Light Induced Degradation)
– Tecnologia promettente con un elevato potenziale di sviluppo.
Svantaggi:
– Costo più elevato rispetto a PERC e TOPCon.
– Tecnologia relativamente nuova con minore diffusione sul mercato.
IBC (In inglese significa Interdigitated Back Contact): è un tipo di tecnologia delle celle solari che offre numerosi vantaggi rispetto ad altre tipologie. In una cella solare IBC, tutti i contatti sono posizionati sul lato posteriore della cella, il che consente una conversione di energia più efficiente e una maggiore potenza.
Le celle solari a contatto posteriore raggiungono un’efficienza potenzialmente più elevata spostando tutte o parte delle griglie di contatto anteriori nella parte posteriore della stessa. La maggiore efficienza deriva potenzialmente dalla ridotta ombreggiatura sulla parte anteriore della cella.
Le celle solari a contatto posteriore eliminano del tutto le perdite di ombreggiamento mettendo entrambi i contatti sul retro della cella. Utilizzando una sottile cella solare realizzata con materiale di alta qualità, le coppie elettrone-lacuna generate dalla luce assorbita sulla superficie anteriore possono ancora essere raccolte nella parte posteriore della cella.
Un ulteriore vantaggio è che le celle con entrambi i contatti sul retro sono più facili da interconnettere e possono essere posizionate più vicine nel modulo poiché non è necessario spazio tra le celle.
Vantaggi:
– Altissima efficienza, con valori medi tra il 24% ed il 27%.
– Ottima performance in condizioni di scarsa illuminazione.
– Bassa perdita di efficienza con temperature elevate.
Svantaggi:
– Costo decisamente superiore rispetto alle altre tecnologie.
– Tecnologia complessa con minore diffusione sul mercato.
Tabella riassuntiva del confronto delle tecnologie
In definitiva la scelta del modulo fotovoltaico ideale dipende da diverse variabili, tra cui il budget disponibile, le esigenze specifiche di consumo energetico, l’ombreggiatura del tetto e le priorità individuali in termini di efficienza e innovazione tecnologica.