Aurinkopaneeliteknologian lyhyt oppimäärä

Aurinkopaneelien maailmassa vallitsee varsinainen viidakko erilaisia teknisiä termejä, joista järjestelmää hankkivan voi olla mahdotonta saada selvää kahlaamatta lävitse sivu tolkulla teknisiä artikkeleita. Kaikkein vaikeinta on valita, mikä teknisistä ratkaisuista kannattaa itselleen hankkia. 

Teimme tästä helppoa ja kokosimme eri ratkaisuiden ytimen sekä hyvät ja huonot puolet yhteen helposti ymmärrettäväksi kokonaisuudeksi.

Mono vs Poly

Tai yksikiteinen vastaan monikiteinen kenno. Paneelien kennot on tehty joko yksikiteisestä piistä tai monikiteisestä piistä. Lähes kaikki paneelit Suomen markkinoilla ovat nykyisin yksikiteisiä, joten siinä mielessä tämä valinta on helppo. Lyhyesti sanottuna monikiteiset ovat yksikiteisiä halvempia valmistaa, niillä on huonompi hyötysuhde ja niiden sävy on selkeästi sininen. 

P-type vs N-type

Tällä hetkellä yksikiteisten kennojen markkinoilla on käytännössä kahta päätyyppiä eli P-tyypin ja N-tyypin kenno. P-tyypin kenno on alalla vallitseva kennotyyppi, jonka suosio johtuu sen historiallisesti helpommasta valmistustavasta, joka kehittyi aimo harppauksin yhdessä avaruusteknologian kanssa, kun avaruusasemille ja satelliitteihin tarvittiin toimivia virran lähteitä. N-tyypin kenno on puolestaan nousussa oleva teknologia alalla. 

Yksinkertaistetusti, näiden ero on positiivisesti ja negatiivisesti varautuneiden kerrosten järjestys ja aine, millä negatiivinen tai positiivinen varaus on saatu aikaan. P-tyypin kennossa positiivinen varaus on saatu aikaa boorilla ja N-tyypin kennossa negatiivinen varaus on saatu aikaa fosforilla.

Käytännön merkitystä ainevalinnalla on. Avaruuden oloissa, joihin P-tyypin kenno on alunperin kehitetty ei ole happea toisin kuin maan kamaralla. Hapen kanssa boori reagoi saaden aikaan LID-ilmiön (Light-Induced Degradation), jossa paneelin teho putoaa ensimmäisten toimintavuosien aikana jopa 5-10%. 

N-tyypin kennoissa käytetyllä fosforilla ei vastaavaa "heikkoutta", jolloin paneelin tehon putoaminen ajan kanssa on pienempää. 

P-tyypin kenno

• Halvempi valmistaa nykytekniikalla kuin N-tyypin kenno
• Maksimi saavutettu hyötysuhde 23,6%
• Valmistajien myöntämä tehontuottotakuu yleensä noin 84-85% 25 vuoden ajanjaksolle boorin ja hapen keskinäisen reaktion aiheuttama LID-ilmiö mukaan laskettuna
• Noin 90% markkinasta

N-tyypin kenno

• Kalliimpi valmistaa nykytekniikalla kuin P-tyypin kenno
• Maksimi saavutettu hyötysuhde 25,7%
• Ei LID-ilmiötä
• Valmistajien myöntämä tehontuottotakuu yleensä noin 88-90% 25 vuoden ajanjaksolle
• Tällä hetkellä noin 10% markkinasta. Ennustettu nousevan 70% markkinasta vuoteen 2032 mennessä

Perc vs TOPCon

Kennojen tyypin lisäksi paneelien toimintaan vaikuttaa joukko muita teknologisia ratkaisuja. Sekä P-tyypin, että N-tyypin kennoja voidaan valmistaa ns tavanomaisina kennoina, PERC-kennoina tai TOPCon kennoina. 

PERC - Passivated Emitter and Rear Cell

 
PERC-aurinkokennossa on passivointikerros kennon takapuolella, mikä auttaa minimoimaan häviöitä ja lisäämään valon absorptiota heijastamalla kennon läpäisevää valoa takaisin piihin ja näin ollen parantaa paneelin hyötysuhdetta. PERC on kohtalaisen uusi teknologia paneeleissa.

Verrattuna tavanomaisiin aurinkokeinnoihin

• PERC-kennoilla on parempi hyötysuhde. Käytännössä tämä lisää energian tuotantoa aina noin 5% saakka
• PERC-kennot toimivat paremmin matalassa valossa sekä korkeissa lämpötiloissa. 
• Miinuspuolena, PERC-kennot ovat hitusen herkempiä varjostuksille kuin tavanomaiset kennot
• PERC-kennot ovat kalliimpia valmistaa kuin tavanomaiset kennot

TOPCon - Tunnel oxide passivated contact

TOPCon-aurinkokennossa on passivoijana toimiva oksidikerros kerrostettuna kennon rakenteessa. Ratkaisu parantaa kennojen hyötysuhdetta enemmän suhteessa tavanomaiseen kennoon kuin PERC-teknologia. TOPCon-teknologia on suhteellisen tuore tuttavuus paneelien maailmassa.

TOPCon-kennot:

• Verrattuna PERC-kennoihin TOPCon-kennoilla on korkeampi hyötysuhde. PERC-kennojen maksimi hyötysuhde on noin 24% kun TOPCon-kennoilla se on noin 28%
• TOPCon-kennoissa kennojen teho putoaa vähemmän ajan myötä kuin PERC-kennoissa
• TOPCon-kennoilla on matalampi lämpötilakerroin kuin tavanomaisilla tai PERC-kennoilla. Tällöin kennojen hyötysuhde putoaa vähemmän kennojen lämpötilan noustessa. Toisin sanoen, TOPCon-kennot säilyttävät tuottavuutensa paremmin kuumissa olosuhteissa.
• TOPCon-kennot toimivat vielä paremmin matalalla valolla kuin PERC-kennot
• TOPCon-kennoilla on korkeampi kaksipuoleisuus kuin tavanomaisilla tai PERC-kennoilla. 
• Vaativat korkeita lämpötiloja valmistaa, ollen näin hieman energiaintensiivisempiä. 
• Ovat hieman herkempiä materiaalien epäpuhtauksille valmistusprosessissa.

Full Cell vs Half-cut vs Shingled vs ABC

Suurin teknologinen ero tarjoamissamme paneeleissa liittyy kennojen leikkaukseen ja kytkentäteknologiaan. Näitä on tarjolla neljää erilaista:

• Full Cell
• Half-cut
• Shingled
• ABC (All Back Conduct)

Aloitetaan kennojen leikkauksesta: 

• Perinteisessä paneelissa kennot ovat täysikokoisia, eli niitä ei ole leikattu laserin avulla pienempiin osiin
• Half-cut-paneeleissa kennot ovat nimensä mukaisesti jaettu kahtia 
• Shingle-paneeleissa on kennot leikattu viiteen tai peräti seitsemään osaan riippuen paneelista (Esimerkiksi DualSun Flash 400W mallissa on G1 luokan kenno jaettu viiteen osaan ja DualSun Flash 425W mallissa M12 luokan kenno on jaettu seitsemään osaan.)
• ABC-paneeleissa kennot on leikattu samalla tavalla kuin Half-cut-paneeleissa

Leikkaus pienempiin osiin aikaansaa lukuisia etuja esimerkiksi paneelin mekaaniseen kestävyyteen. Niistä myöhemmin lisää.

Tutustutaan ensin kennojen kytkentään paneelissa: 

• Perinteisessä Full Cell paneelissa kennot on kytketty 3 rinnakkaiseen stringiin
• Half-cut paneelissa kennot on kytketty 6 rinnakkaiseen stringiin
• Shingle paneelisssa kennot on kytketty 10 rinnakkaiseen stringiin
• Aikon patentoimassa ABC paneelissa kennot on kytketty peräti 54 stringiin. Käsittelen tätä omassa kappaleessaan

Alla olevassa kuvassa näkyy Ful Cell, Half-cut ja Shingle paneelin kytkentäerot.

Tällä on merkittävä vaikutus paneelin toimintaan varjostuksissa kun mahdollinen varjostus vaikuttaa huomattavasti pienempään osaan paneelia. 

Kuten kuvaajasta näkyy, niin vaikutus on merkittävä. 

Toinen suuri ero Full Cell, Half-cut, Shingle ja ABC rakenteiden välillä on kennojen välinen liitäntä. Eroja on useita, mutta karkeasti sanottuna: Full Cell ja Half-cut-teknologiassa kennot juotetaan yhteen ja Shingle-teknologiassa kennot liitetään koko leikatulta sivulta joustavalla liimalla. ABC-teknologiassa kennojen taakse tehdään kennot yhteen liittävä ristikko. 

Käytännössä Shingle-teknologian kykentätapa aikaansaa joutavan rakenteen, joka saa taipua lumikuormien alla ilman, että rakenne alkaa mikrosäröillä. 

Shingle-teknologia aikaansaa myös lukuisia muita etuja (kuten myös half-cut-teknologia verrattuna tavanomaisiin paneeleihin). Todellisen syväluotauksen aiheesta löytää Täältä 

ABC teknologia - Paras teknologia varjostuksissa

Yksi maailman suurimmista kennovalmistajista Aiko on patentoinut teknologian, jossa jokainen kenno toimii omana yksikkönään. Aiko kutsuu näitä paneeleja ABC (All Back Conduct) paneeleiksi joissa on "Partial Shading Optimisation". Aiko tarjoaa näitä teknologioita vain omiin paneeleihinsa. 

Kennotason varjostusten optimoinnin lisäksi nämä paneelit toimivat varjostuksissa vielä half-cut ja Shingle-paneeleja huomattavasti paremmin. Alla olevassa videossa nähdään erittäin hyvin tämä käytännössä. Verrokkina TOPCon Half-cut paneeli.