ในขณะที่อุตสาหกรรมโฟโตวอลตาอิกพลังงานแสงอาทิตย์ (PV) ระดับโลกยังคงพัฒนาอย่างต่อเนื่อง แผงโซลาร์เซลล์ได้กลายเป็นจุดเชื่อมต่อสำคัญระหว่างวัสดุต้นน้ำ การผลิตเซลล์แสงอาทิตย์ และระบบ PV ปลายน้ำ แม้ว่าโพลีซิลิคอน เวเฟอร์ซิลิคอน เซลล์แสงอาทิตย์ และแผงโซลาร์เซลล์จะอยู่ในห่วงโซ่คุณค่าอุตสาหกรรมเดียวกัน แต่มีความแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญในด้านรูปแบบวัสดุ กระบวนการผลิต และหน้าที่การทำงาน
แผงโซลาร์เซลล์ผลิตจากวัสดุซิลิคอนต้นน้ำได้อย่างไร? เวเฟอร์ซิลิคอนกับเซลล์แสงอาทิตย์แตกต่างกันอย่างไร? เหตุใดเซลล์แสงอาทิตย์จึงต้องผ่านการห่อหุ้มเพิ่มเติมก่อนที่จะกลายเป็นแผงสำเร็จรูป? ข้อมูลจำเพาะผลิตภัณฑ์ทั่วไป เช่น 48-format, 72-format, 18X และ 210R หมายถึงอะไร? และเทคโนโลยีเซลล์ เช่น PERC, TOPCon, HJT และ BC มีความเกี่ยวข้องกันอย่างไร?
คำถามเหล่านี้สอดคล้องกับประเด็นสำคัญหลายประการของแผงโซลาร์เซลล์ ได้แก่ วัสดุต้นน้ำ การผลิตแผง ข้อมูลจำเพาะผลิตภัณฑ์ และเส้นทางเทคโนโลยีเซลล์แสงอาทิตย์ จากมุมมองของห่วงโซ่อุปทาน วัตถุดิบที่มีซิลิกาเป็นส่วนประกอบ เช่น ควอตซ์ จะผ่านการถลุงและการทำให้บริสุทธิ์เพื่อผลิตซิลิคอนเกรดโลหะและโพลีซิลิคอน จากนั้นวัสดุเหล่านี้จะถูกแปรรูปเป็นเวเฟอร์ซิลิคอนและเซลล์แสงอาทิตย์ เซลล์จะถูกเชื่อมต่อทางไฟฟ้า ห่อหุ้ม และประกอบโครงสร้างเพื่อให้ได้แผงสำเร็จรูปที่พร้อมสำหรับการติดตั้งในระบบ PV
ดังนั้น การทำความเข้าใจแผงโซลาร์เซลล์จึงเริ่มต้นจากการสืบย้อนห่วงโซ่อุปทานต้นน้ำ ศึกษาว่าวัสดุซิลิคอนถูกแปรรูปจากทรัพยากรแร่ธาตุเป็นอุปกรณ์โฟโตวอลตาอิกที่สามารถแปลงแสงอาทิตย์เป็นไฟฟ้าได้อย่างไร และท้ายที่สุดกลายเป็นแผงโซลาร์เซลล์ที่สมบูรณ์
I. จากควอตซ์สู่แผงโซลาร์เซลล์: แผงโซลาร์เซลล์ผลิตขึ้นอย่างไร?
จากทรัพยากรแร่ธาตุสู่ไฟฟ้า: ทำความเข้าใจห่วงโซ่อุปทาน PV
ห่วงโซ่อุปทานต้นน้ำของแผงโซลาร์เซลล์สามารถสืบย้อนกลับไปถึงทรัพยากรแร่ธาตุที่มีซิลิกาเป็นส่วนประกอบ วัสดุซิลิคอนผ่านขั้นตอนการแปรรูปหลายขั้นตอน รวมถึงซิลิคอนเกรดโลหะ โพลีซิลิคอน เวเฟอร์ซิลิคอน และเซลล์แสงอาทิตย์ ก่อนที่จะถูกผลิตเป็นแผงโซลาร์เซลล์และติดตั้งในระบบผลิตไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์
ห่วงโซ่อุปทานโดยรวมสามารถสรุปได้ดังนี้:
วัตถุดิบควอตซ์ → ซิลิคอนเกรดโลหะ → โพลีซิลิคอน → เวเฟอร์ซิลิคอน → เซลล์แสงอาทิตย์ → แผงโซลาร์เซลล์ → ระบบ PV / โรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์
ห่วงโซ่อุปทานนี้สามารถเข้าใจได้ว่าเป็นกระบวนการที่ก้าวหน้าซึ่งเกี่ยวข้องกับการทำให้ซิลิคอนบริสุทธิ์ การแปรรูปวัสดุ และการพัฒนาฟังก์ชันการทำงานของโฟโตวอลตาอิก
ขั้นตอนเริ่มต้นมุ่งเน้นที่ความบริสุทธิ์ของวัสดุเป็นหลัก ซิลิคอนเกรดโลหะผลิตจากวัสดุธรรมชาติที่มีซิลิกาเป็นองค์ประกอบ จากนั้นจึงทำให้บริสุทธิ์เป็นโพลีซิลิคอนความบริสุทธิ์สูงที่เหมาะสำหรับการผลิตเซลล์แสงอาทิตย์ ซิลิคอนบริสุทธิ์จะถูกนำไปแปรรูปเป็นแผ่นเวเฟอร์และผลิตเป็นเซลล์แสงอาทิตย์ที่สามารถเปลี่ยนแสงอาทิตย์เป็นไฟฟ้าได้ ในขั้นตอนการผลิตโมดูล เซลล์แสงอาทิตย์จะถูกประกอบเข้ากับวัสดุเชื่อมต่อทางไฟฟ้า วัสดุห่อหุ้ม และชิ้นส่วนโครงสร้าง เพื่อผลิตเป็นผลิตภัณฑ์เซลล์แสงอาทิตย์ที่พร้อมสำหรับการขนส่ง การติดตั้ง และการใช้งานระยะยาว
จากควอตซ์สู่โพลีซิลิคอนความบริสุทธิ์สูง
หนึ่งในวัตถุดิบตั้งต้นในห่วงโซ่อุปทานเซลล์แสงอาทิตย์คือควอตซ์ ซึ่งประกอบด้วยซิลิกอนไดออกไซด์ (SiO₂) ควอตซ์ที่ใช้ในการผลิตซิลิคอนเกรดโลหะโดยทั่วไปต้องมีปริมาณ SiO₂ ค่อนข้างสูง โดยทั่วไปอยู่ที่ 99% ขึ้นไป ในขณะที่วัตถุดิบเกรดสูงบางชนิดอาจมี SiO₂ ประมาณ 99.4%–99.8%
ควอตซ์ธรรมชาติอาจมีสิ่งเจือปน เช่น เหล็ก อะลูมิเนียม แคลเซียม และไทเทเนียม ดังนั้น เกรดของวัตถุดิบ รวมถึงชนิดและความเข้มข้นของสิ่งเจือปน จึงส่งผลโดยตรงต่อกระบวนการถลุงและการทำให้บริสุทธิ์ในขั้นถัดไป
ต้องแยกแยะประเด็นสำคัญประการหนึ่งก่อน:
- ปริมาณ SiO₂ ของควอตซ์ไม่เท่ากับความบริสุทธิ์ของซิลิคอนธาตุ
ซิลิคอนในควอตซ์ส่วนใหญ่อยู่ในรูปของซิลิกอนไดออกไซด์ และต้องผ่านการรีดักชันที่อุณหภูมิสูงก่อนจึงจะได้ซิลิคอนเกรดโลหะ
ในเตาอาร์กแบบจุ่ม ควอตซ์ทำปฏิกิริยากับตัวรีดิวซ์ที่มีคาร์บอนเป็นองค์ประกอบผ่านกระบวนการรีดักชันแบบคาร์บอเทอร์มอลที่อุณหภูมิสูง ปฏิกิริยาสามารถเขียนในรูปอย่างง่ายได้ดังนี้:
SiO₂ + C → Si + CO₂↑
ผลิตภัณฑ์ที่ได้คือซิลิคอนเกรดโลหะ หรือที่เรียกกันทั่วไปว่าโลหะซิลิคอน โดยมีความบริสุทธิ์ของซิลิคอนโดยทั่วไปประมาณ 98%–99%
แม้ว่าความบริสุทธิ์ระดับนี้จะค่อนข้างสูงสำหรับวัสดุอุตสาหกรรมทั่วไป แต่ก็ยังไม่เพียงพอสำหรับการผลิตเซลล์แสงอาทิตย์
เซลล์แสงอาทิตย์เป็นอุปกรณ์สารกึ่งตัวนำ และแม้แต่สิ่งเจือปนความเข้มข้นต่ำ เช่น โบรอน ฟอสฟอรัส เหล็ก อะลูมิเนียม และธาตุโลหะอื่น ๆ ก็อาจส่งผลต่อคุณสมบัติทางไฟฟ้าของวัสดุซิลิคอนและประสิทธิภาพการแปลงพลังงานของเซลล์สำเร็จรูปได้
ดังนั้น ซิลิคอนเกรดโลหะจึงต้องผ่านการทำให้บริสุทธิ์ทางเคมีเพิ่มเติมเพื่อผลิตโพลีซิลิคอนเกรดโซลาร์เซลล์
หนึ่งในเทคโนโลยีการผลิตโพลีซิลิคอนที่ใช้กันทั่วไปคือกระบวนการซีเมนส์แบบดัดแปลงกระบวนการนี้เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนซิลิคอนเกรดโลหะให้เป็นสารประกอบที่มีซิลิคอนซึ่งสามารถทำให้บริสุทธิ์เพิ่มเติมได้ สิ่งเจือปนจะถูกกำจัดออกผ่านกระบวนการต่างๆ เช่น การกลั่น ตามด้วยการรีดักชันและการตกสะสมเพื่อให้ได้โพลีซิลิคอนความบริสุทธิ์สูง
โพลีซิลิคอนเกรดโซลาร์เซลล์โดยทั่วไปสามารถมีความบริสุทธิ์ประมาณ6N–9Nโดยที่:
- 6N = 99.9999%
- 9N = 99.9999999%
ข้อกำหนดการควบคุมสิ่งเจือปนเฉพาะจะแตกต่างกันไปตามกระบวนการผลิต ข้อมูลจำเพาะของผลิตภัณฑ์ และการใช้งานปลายน้ำ ดังนั้นความบริสุทธิ์ที่แท้จริงของผลิตภัณฑ์โพลีซิลิคอนอาจแตกต่างกัน
เมื่อเปรียบเทียบกันแล้ว วัสดุซิลิคอนเกรดอิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้ในงานเซมิคอนดักเตอร์ เช่น วงจรรวมและไมโครชิป โดยทั่วไปต้องมีการควบคุมความบริสุทธิ์โดยรวมและสิ่งเจือปนเฉพาะอย่างเข้มงวดกว่า รวมถึงโบรอน ฟอสฟอรัส และธาตุโลหะ ความบริสุทธิ์ของวัสดุเหล่านี้โดยทั่วไปสามารถสูงถึงประมาณ9N–11N หรือสูงกว่านั้น
การเปลี่ยนจากควอตซ์ไปเป็นวัสดุซิลิคอนความบริสุทธิ์สูงจึงสามารถสรุปได้ดังนี้:
ควอตซ์ที่มีปริมาณ SiO₂ ประมาณ 99% ขึ้นไป → ซิลิคอนเกรดโลหะที่มีความบริสุทธิ์ 98%–99% → โพลีซิลิคอนเกรดโซลาร์เซลล์ที่มีความบริสุทธิ์ 6N–9N → ซิลิคอนเกรดอิเล็กทรอนิกส์ความบริสุทธิ์สูงกว่า
ควรทราบว่าการแยกความแตกต่างระหว่างซิลิคอนเกรดโซลาร์เซลล์และเกรดอิเล็กทรอนิกส์ไม่ได้พิจารณาจากจำนวนเก้าในระดับความบริสุทธิ์เพียงอย่างเดียว ทั้งสองประเภทยังแตกต่างกันในข้อกำหนดด้านสิ่งเจือปนเฉพาะ ความสม่ำเสมอของวัสดุ และการควบคุมกระบวนการผลิต
จากโพลีซิลิคอนสู่เซลล์แสงอาทิตย์ที่ผลิตไฟฟ้า
โพลีซิลิคอนความบริสุทธิ์สูงไม่สามารถผลิตไฟฟ้าได้โดยตรง
ในอุตสาหกรรมโฟโตวอลตาอิกชนิดผลึกซิลิคอนกระแสหลัก โพลีซิลิคอนจะถูกนำไปผ่านกระบวนการปลูกผลึกก่อนเพื่อสร้างแท่งซิลิคอนโมโนคริสตัลไลน์ จากนั้นแท่งเหล่านี้จะผ่านการตัดเหลี่ยม การตัดแผ่น และขั้นตอนการแปรรูปอื่นๆ เพื่อผลิตแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนบาง
ในระหว่างการเติบโตของผลึก มีการเติมธาตุสารเจือปนเฉพาะเพื่อปรับประเภทการนำไฟฟ้าของวัสดุซิลิคอน ซึ่งเป็นพื้นฐานสำหรับการผลิตเซลล์แสงอาทิตย์ชนิด P หรือชนิด N
ดังนั้น แผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนจึงอาจเข้าใจได้ว่า:
- วัสดุเซมิคอนดักเตอร์พื้นฐานที่ใช้ในการผลิตเซลล์แสงอาทิตย์
อย่างไรก็ตาม แผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนไม่สามารถทำหน้าที่เป็นเซลล์แสงอาทิตย์ที่สมบูรณ์ได้โดยตรง
แผ่นเวเฟอร์ต้องผ่านกระบวนการผลิตหลายขั้นตอน ขึ้นอยู่กับเส้นทางเทคโนโลยีของเซลล์ เช่น การทำให้ผิวเป็นผิวสัมผัส การสร้างรอยต่อ การพาสซีเวชัน การเคลือบฟิล์มบาง การทำโลหะ และกระบวนการอื่น ๆ ก่อนที่จะกลายเป็นเซลล์แสงอาทิตย์ที่สามารถแปลงพลังงานแสงอาทิตย์ได้
ตัวอย่างเช่น การทำให้ผิวเป็นผิวสัมผัสช่วยลดการสะท้อนแสงและให้แสงอาทิตย์เข้าสู่เซลล์ได้มากขึ้น กระบวนการพาสซีเวชันและฟิล์มบางช่วยลดการสูญเสียพาหะบางส่วน ในขณะที่การทำโลหะจะสร้างขั้วไฟฟ้าที่ทำหน้าที่รวบรวมและส่งผ่านกระแสไฟฟ้า
ดังนั้น ความแตกต่างพื้นฐานระหว่างแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนและเซลล์แสงอาทิตย์คือ:
- แผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนเป็นเพียงวัสดุเซมิคอนดักเตอร์พื้นฐาน ในขณะที่เซลล์แสงอาทิตย์จะมีความสามารถในการแปลงแสงอาทิตย์เป็นไฟฟ้าได้หลังจากผ่านกระบวนการผลิตเพิ่มเติมเท่านั้น
เมื่อแสงอาทิตย์ตกกระทบเซลล์แสงอาทิตย์ โฟตอนจะสร้างอิเล็กตรอนและโฮลภายในวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ สนามไฟฟ้าภายในช่วยแยกพาหะประจุเหล่านี้ ทำให้สามารถรวบรวมกระแสไฟฟ้าผ่านขั้วไฟฟ้าโลหะได้
ในขั้นตอนการผลิตเซลล์แสงอาทิตย์นี้เองที่วัสดุซิลิคอนเริ่มมีฟังก์ชันที่จำเป็นสำหรับการผลิตไฟฟ้าจากแสงอาทิตย์
จากเซลล์แสงอาทิตย์สู่โมดูล PV ที่สมบูรณ์
แม้ว่าเซลล์แสงอาทิตย์จะสามารถแปลงแสงอาทิตย์เป็นไฟฟ้าได้แล้ว แต่เซลล์แต่ละแผ่นมีความบางมากและค่อนข้างเปราะบาง แรงดันและกำลังไฟฟ้าที่ได้ก็มีจำกัด ทำให้ไม่เหมาะสำหรับการติดตั้งกลางแจ้งโดยตรงเป็นผลิตภัณฑ์สำเร็จรูป
โมดูล PV ต้องทำงานภายใต้สภาพแวดล้อมที่มีการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ ความชื้น ฝน รังสีอัลตราไวโอเลต ทรายที่ถูกลมพัด และภาระทางกล
ดังนั้น เซลล์แสงอาทิตย์จึงต้องประกอบร่วมกับวัสดุเชื่อมต่อทางไฟฟ้า วัสดุห่อหุ้ม และวัสดุโครงสร้างเพื่อให้เป็นโมดูลที่สมบูรณ์
โมดูลเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดผลึกซิลิคอนแบบทั่วไปประกอบด้วยส่วนประกอบหลักดังต่อไปนี้:
| ส่วนประกอบ | หน้าที่หลัก |
|---|---|
| เซลล์แสงอาทิตย์ | เปลี่ยนแสงอาทิตย์เป็นไฟฟ้า |
| กระจก PV | ให้แสงส่องผ่านและปกป้องเซลล์แสงอาทิตย์ภายใน |
| ฟิล์มห่อหุ้ม | ยึดติด ห่อหุ้ม และปกป้องเซลล์แสงอาทิตย์ |
| แผ่นหลัง / กระจกหลัง | ให้การปกป้องด้านหลัง เป็นฉนวนไฟฟ้า และทนต่อสภาพอากาศ |
| ริบบิ้นเชื่อมต่อ | เชื่อมต่อเซลล์แสงอาทิตย์และส่งผ่านกระแสไฟฟ้า |
| กรอบอะลูมิเนียม | ให้การรองรับโครงสร้างและอำนวยความสะดวกในการขนส่งและติดตั้ง |
| กล่อง junction และสายเคเบิล | ส่งไฟฟ้าที่ผลิตภายในโมดูลไปยังระบบภายนอก |
ฟิล์มห่อหุ้มที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ EVA, POE และวัสดุอื่น ๆ
ฟิล์มเหล่านี้ล้อมรอบเซลล์แสงอาทิตย์และให้การยึดติด การรองรับแรงกระแทก และการปกป้องจากสิ่งแวดล้อมในระหว่างกระบวนการห่อหุ้ม
ขึ้นอยู่กับโครงสร้างการห่อหุ้มด้านหลัง ตลาดยังมี โมดูลกระจกชั้นเดียวและกระจกสองชั้น
โมดูลกระจกชั้นเดียวแบบทั่วไปมักมีกระจกด้านหน้าและแผ่นหลัง ในขณะที่โมดูลกระจกสองชั้นใช้กระจกหลังแทนแผ่นหลังแบบดั้งเดิม
ริบบิ้นเชื่อมต่อเชื่อมเซลล์แสงอาทิตย์แต่ละเซลล์และส่งผ่านกระแสไฟฟ้าผ่านวงจรภายในของโมดูล
กล่อง junction ซึ่งโดยทั่วไปติดตั้งที่ด้านหลังของโมดูล ทำหน้าที่เป็นจุดเชื่อมต่อสำคัญระหว่างวงจรไฟฟ้าภายในของโมดูลกับระบบ PV ภายนอก และมักประกอบด้วยไดโอดบายพาสและชิ้นส่วนไฟฟ้าอื่น ๆ
ดังนั้นโมดูล PV จึงไม่ใช่เพียงเซลล์แสงอาทิตย์ที่ขยายใหญ่ขึ้น แต่เป็นผลิตภัณฑ์สำเร็จที่ประกอบด้วย:
หน่วยผลิตไฟฟ้า + การเชื่อมต่อทางไฟฟ้า + วัสดุห่อหุ้ม + ชิ้นส่วนโครงสร้าง + ชิ้นส่วนส่งออกไฟฟ้า
วัสดุเหล่านี้ประกอบเป็นโมดูล PV ได้อย่างไร?
หลังจากเข้าใจโครงสร้างพื้นฐานของโมดูล PV แล้ว ขั้นตอนต่อไปคือการศึกษาว่าวัสดุเหล่านี้ประกอบเป็นผลิตภัณฑ์สำเร็จได้อย่างไร
การผลิตโมดูลเริ่มต้นด้วยการเชื่อมต่อทางไฟฟ้าระหว่างเซลล์แสงอาทิตย์
เซลล์ถูกจัดเรียงตามการออกแบบผลิตภัณฑ์และเชื่อมต่อกันด้วยริบบิ้นนำไฟฟ้าเพื่อสร้างสายเซลล์ จากนั้นสายเซลล์เหล่านี้จะถูกจัดเรียงและเชื่อมต่อตามการกำหนดค่าทางไฟฟ้าของโมดูล ค่อยๆ สร้างโครงสร้างวงจรภายใน
เมื่อการจัดเรียงทางไฟฟ้าเสร็จสมบูรณ์ สายเซลล์จะถูกประกบด้วยกระจก ฟิล์ม encapsulant และวัสดุด้านหลัง
โครงสร้างที่ประกอบแล้วจะเข้าสู่กระบวนการลามิเนตซึ่งใช้สภาวะอุณหภูมิ สุญญากาศ และแรงดันที่ควบคุมเพื่อสร้างโครงสร้างห่อหุ้มที่มั่นคง
หลังจากการลามิเนต โมดูลจะผ่านกระบวนการผลิตเพิ่มเติม รวมถึงการติดตั้งกรอบ การประกอบกล่อง junction และการเชื่อมต่อสายเคเบิล
หลังจากขั้นตอนเหล่านี้ โครงสร้างพื้นฐานและลักษณะภายนอกของโมดูลก็เสร็จสมบูรณ์เป็นส่วนใหญ่
กระบวนการผลิตโดยรวมสามารถสรุปได้ดังนี้:
เซลล์แสงอาทิตย์ → การเชื่อมสายและการบัดกรี → การจัดวางเซลล์ → การประกบชั้น → การลามิเนต → การติดกรอบ → การติดตั้งกล่อง junction → การทดสอบ → โมดูล PV สำเร็จรูป
อย่างไรก็ตาม การผลิตโมดูลไม่ได้สิ้นสุดที่การประกอบทางกายภาพ
โมดูลสำเร็จรูปต้องผ่านการทดสอบคุณภาพ ประสิทธิภาพทางไฟฟ้า และความปลอดภัยที่เหมาะสม
ขั้นตอนการผลิตที่แตกต่างกันเกี่ยวข้องกับกระบวนการตรวจสอบต่างๆ ในขณะที่แนวปฏิบัติด้านการควบคุมคุณภาพเฉพาะอาจแตกต่างกันไปตามผู้ผลิต ดังนั้นขั้นตอนการทดสอบเหล่านี้จึงไม่ถูกกล่าวถึงแยกกันในที่นี้
เมื่อโมดูลผ่านการตรวจสอบที่กำหนดแล้ว จะเข้าสู่การจำแนกกำลังไฟฟ้า การบรรจุ และการจัดส่งก่อนนำไปใช้ในระบบ PV
กระบวนการผลิตนี้แสดงให้เห็นว่าการผลิตโมดูลเกี่ยวข้องมากกว่าเพียงการรวมวัสดุต่างๆ เข้าด้วยกัน
หน้าที่หลักคือ:
- สร้างการเชื่อมต่อทางไฟฟ้าที่มั่นคงระหว่างหน่วยผลิตไฟฟ้าแต่ละหน่วยและรวมเข้าด้วยกันเป็นโครงสร้างที่ได้รับการปกป้องซึ่งสามารถทำงานได้ในระยะยาว
เริ่มจากวัตถุดิบควอตซ์ กระบวนการผลิตดำเนินผ่านซิลิคอนเกรดโลหะ โพลีซิลิคอน เวเฟอร์ซิลิคอน และเซลล์แสงอาทิตย์ก่อนจะได้โมดูล PV สำเร็จรูป
การเปลี่ยนแปลงโดยรวมสามารถสรุปได้เป็น:
การทำให้วัตถุดิบบริสุทธิ์ → การแปรรูปวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ → การผลิตอุปกรณ์โฟโตวอลตาอิก → การเชื่อมต่อทางไฟฟ้าและการห่อหุ้ม
ในขั้นตอนนี้ คำถามพื้นฐานว่าโมดูล PV มาจากไหน ประกอบด้วยอะไร และผลิตอย่างไรได้รับการตอบแล้ว
อย่างไรก็ตาม เมื่อโมดูลเข้าสู่ตลาดแล้ว จะมีขนาด การกำหนดค่า และการออกแบบผลิตภัณฑ์ที่หลากหลาย
II. ข้อมูลจำเพาะของโมดูล PV: รูปแบบเซลล์ วิธีการตัด และขนาดเซลล์
ข้อมูลจำเพาะของโมดูล PV ไม่ได้ถูกกำหนดโดยพารามิเตอร์เดียว
ข้อมูลจำเพาะของผลิตภัณฑ์มักอ้างถึงโมดูลรูปแบบ 48 รูปแบบ 54 รูปแบบ 66 และรูปแบบ 72 รวมถึงการกำหนดค่า เช่น 108 ครึ่งเซลล์ 132 ครึ่งเซลล์ 18X 210 และ 210R
คำเหล่านี้ไม่ได้แสดงถึงมิติการจำแนกประเภทเดียวกัน แต่เป็นการอธิบายแง่มุมต่าง ๆ ของการออกแบบโมดูล
รูปแบบโมดูลสะท้อนถึงการจัดเรียงเซลล์พื้นฐานและจำนวนเทียบเท่าเซลล์เต็มเป็นหลัก วิธีการตัดเซลล์อธิบายว่าเซลล์ถูกแบ่งและเชื่อมต่อภายในโมดูลอย่างไร ขนาดเซลล์ระบุข้อกำหนดขนาดของเวเฟอร์ซิลิคอนและเซลล์ที่ใช้
ปัจจัยเหล่านี้ร่วมกันส่งผลต่อขนาดโดยรวม น้ำหนัก กำลังไฟฟ้าขาออก การกำหนดค่าทางไฟฟ้า และความเหมาะสมสำหรับการใช้งานที่แตกต่างกันของโมดูล
เพื่อทำความเข้าใจข้อมูลจำเพาะของโมดูล จึงควรแยกแยะแนวคิดสามประการ:
- รูปแบบโมดูล — เซลล์ถูกจัดเรียงภายในโมดูลอย่างไร?
- วิธีการตัดเซลล์ — เซลล์ที่ใช้เป็นแบบเซลล์เต็ม ครึ่งเซลล์ หรือการตัดหลายส่วน?
- หมวดหมู่ขนาดเซลล์ — ใช้ขนาดเซลล์ใด เช่น 18X, 210 หรือ 210R?
จากนั้นต้องพิจารณาปัจจัยเหล่านี้ร่วมกับขนาดโมดูล น้ำหนัก กำลังไฟฟ้าขาออก และการใช้งานที่ตั้งใจไว้ เพื่อให้เข้าใจโมดูล PV เฉพาะรุ่นได้สมบูรณ์ยิ่งขึ้น
รูปแบบโมดูล PV คืออะไร?
รูปแบบโมดูลทั่วไป ได้แก่ รูปแบบ 48 รูปแบบ 54 รูปแบบ 66 และรูปแบบ 72
จากมุมมองการออกแบบผลิตภัณฑ์ รูปแบบเกี่ยวข้องกับจำนวนเทียบเท่าเซลล์เต็มและการจัดเรียงเซลล์พื้นฐานเป็นหลัก อย่างไรก็ตาม อิทธิพลของมันขยายไปไกลกว่าจำนวนเซลล์ ยังส่งผลต่อขนาดโมดูล น้ำหนัก กำลังไฟฟ้าขาออก ข้อกำหนดการจัดการและการติดตั้ง ความเข้ากันได้กับหลังคา และการออกแบบระบบโดยรวม การพัฒนารูปแบบโมดูลที่แตกต่างกันสะท้อนถึงความพยายามของผู้ผลิตในการสร้างสมดุลระหว่างขนาดโมดูล กำลังไฟฟ้าต่อโมดูล และความเหมาะสมของโครงการในการใช้งานที่แตกต่างกัน
รูปแบบที่เล็กกว่า เช่น โมดูล 48 เซลล์ และ 54 เซลล์ โดยทั่วไปช่วยให้ผู้ผลิตสามารถควบคุมขนาดและน้ำหนักให้อยู่ในระดับที่จัดการได้ง่าย จึงนิยมใช้ในงานติดตั้งบนหลังคาบ้านพักอาศัย ระบบโฟโตวอลเทอิกแบบกระจายศูนย์ขนาดเล็ก และโครงการหลังคาเชิงพาณิชย์และอุตสาหกรรม (C&I) บางประเภท ในการใช้งานเหล่านี้ พื้นที่หลังคาที่มีอยู่ การขนย้ายด้วยมือ ความสะดวกในการติดตั้ง และความเข้ากันได้กับอุปกรณ์ระบบอื่น ๆ ถือเป็นข้อพิจารณาสำคัญในการออกแบบ
เมื่อเปรียบเทียบกันแล้ว โมดูล 66 เซลล์ 72 เซลล์ และขนาดใหญ่กว่า สามารถบรรจุเซลล์ได้มากกว่าและให้กำลังไฟฟ้าต่อโมดูลสูงกว่าได้ง่ายกว่า จึงนิยมใช้ในงานติดตั้งเชิงพาณิชย์และอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ และโครงการโฟโตวอลเทอิกระดับสาธารณูปโภค การใช้งานเหล่านี้มักให้ความสำคัญกับจำนวนโมดูลที่ต้องใช้ต่อกำลังการผลิตติดตั้ง โครงสร้างรองรับ การกำหนดค่าระบบไฟฟ้า ต้นทุนส่วนประกอบอื่นของระบบ (BOS) ประสิทธิภาพการขนส่ง และผลิตภาพการติดตั้งขนาดใหญ่
การใช้งานทั่วไปและข้อพิจารณาในการออกแบบของรูปแบบต่าง ๆ สามารถสรุปได้ดังนี้:
| รูปแบบโมดูล | สถานการณ์การใช้งานทั่วไป | ข้อพิจารณาหลักในการออกแบบผลิตภัณฑ์ |
|---|---|---|
| รูปแบบเล็ก เช่น 48 / 54 เซลล์ | หลังคาบ้านพักอาศัย ระบบโฟโตวอลเทอิกแบบกระจายศูนย์ขนาดเล็ก และหลังคาเชิงพาณิชย์และอุตสาหกรรมบางประเภท | ขนาดโมดูล น้ำหนัก การใช้พื้นที่หลังคา การขนย้าย และความสะดวกในการติดตั้ง |
| รูปแบบใหญ่ เช่น 66 / 72 เซลล์ขึ้นไป | โครงการเชิงพาณิชย์และอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ และการติดตั้งโฟโตวอลเทอิกบนพื้นดินระดับสาธารณูปโภค | จำนวนโมดูล ต้นทุน BOS ประสิทธิภาพการขนส่ง และผลิตภาพการติดตั้งขนาดใหญ่ |
ควรเน้นย้ำว่าไม่มีความสัมพันธ์แบบหนึ่งต่อหนึ่งที่ตายตัวระหว่างรูปแบบโมดูลกับสถานการณ์การใช้งาน
รูปแบบโมดูลอธิบายเฉพาะการจัดเรียงเซลล์พื้นฐานเท่านั้น ส่วนขนาด น้ำหนัก และกำลังไฟฟ้าจริงยังขึ้นอยู่กับขนาดเซลล์ ประสิทธิภาพการแปลง วิธีการตัด และโครงสร้างโมดูล
ดังนั้น ผลิตภัณฑ์ที่ใช้รูปแบบเดียวกันอาจตอบสนองกลุ่มตลาดที่แตกต่างกันตามการออกแบบเฉพาะของแต่ละผลิตภัณฑ์
ตัวอย่างเช่น โมดูล 54 เซลล์สามารถใช้ได้ทั้งในงานบ้านพักอาศัยและงานเชิงพาณิชย์และอุตสาหกรรมบางประเภท ขณะที่โมดูล 72 เซลล์ แม้จะพบมากในโครงการเชิงพาณิชย์และอุตสาหกรรมขนาดใหญ่และระดับสาธารณูปโภค แต่ก็ไม่ได้จำกัดอยู่เพียงการใช้งานประเภทเดียว
ภายใต้เงื่อนไขที่เทียบเคียงกันได้ รูปแบบที่เล็กกว่ามักมีข้อได้เปรียบในการควบคุมขนาดและน้ำหนักของแผง ปรับปรุงความยืดหยุ่นในการจัดการและติดตั้ง
ในขณะเดียวกัน รูปแบบที่ใหญ่กว่าสามารถให้กำลังไฟฟ้าต่อแผงสูงกว่าได้ง่ายกว่า และลดจำนวนแผงที่ต้องใช้สำหรับกำลังการผลิตติดตั้งที่กำหนด
อย่างไรก็ตาม ความเหมาะสมของผลิตภัณฑ์เฉพาะยังต้องประเมินตามข้อกำหนดการขนส่ง เงื่อนไขการติดตั้ง น้ำหนักแผง โครงสร้างรองรับ การกำหนดค่าระบบไฟฟ้า และต้นทุน BOS โดยรวม
จากเซลล์เต็มสู่เซลล์ครึ่งและเซลล์ตัดหลายชิ้น: การตัดเซลล์ส่งผลต่อการออกแบบแผงอย่างไร?
นอกจากรูปแบบแผงแล้ว ข้อมูลจำเพาะของผลิตภัณฑ์มักมีคำศัพท์เช่น "108 ครึ่งเซลล์" "132 ครึ่งเซลล์" และ "เซลล์ตัดหลายชิ้น"
คำศัพท์เหล่านี้ส่วนใหญ่หมายถึงวิธีการตัดเซลล์และการออกแบบไฟฟ้าภายในของแผง
ยกตัวอย่างแผงรูปแบบ 54 การกำหนดค่าเซลล์เต็มแบบดั้งเดิมมีจำนวนเทียบเท่าเซลล์เต็ม 54 เซลล์
เมื่อเซลล์ขนาดเต็มแต่ละเซลล์ถูกแบ่งเป็นสองครึ่งเซลล์ แผงจะมีหน่วยครึ่งเซลล์ 108 หน่วย:
54 เซลล์ขนาดเต็ม → 108 หน่วยครึ่งเซลล์
ดังนั้น "รูปแบบ 54" และ "108 ครึ่งเซลล์" จึงไม่ใช่แผงสองประเภทที่แยกจากกัน
แบบแรกอธิบายรูปแบบแผงและจำนวนเทียบเท่าเซลล์เต็ม ส่วนแบบหลังหมายถึงจำนวนหน่วยเซลล์จริงหลังการตัด
วัตถุประสงค์หลักของเทคโนโลยีเซลล์ครึ่งตัดไม่ใช่เพียงเพื่อเพิ่มจำนวนหน่วยเซลล์ภายในแผง แต่เพื่อปรับการส่งกระแสไฟฟ้าและการกำหนดค่าวงจรภายในให้เหมาะสม เมื่อเซลล์ขนาดเต็มถูกแบ่งเป็นสองครึ่งเซลล์ กระแสทำงานของแต่ละครึ่งเซลล์จะลดลงตามไปด้วย เมื่อรวมกับการออกแบบอนุกรม-ขนานที่ปรับใหม่ จะช่วยลดการสูญเสียความต้านทานตามเส้นทางการเชื่อมต่อบางเส้นทาง เนื่องจากการสูญเสียกำลังจากความต้านทานแปรผันตามกำลังสองของกระแส การลดกระแสจึงช่วยลดการสูญเสียเหล่านี้และปรับปรุงประสิทธิภาพกำลังไฟฟ้าของแผง
ประโยชน์หลักของการกำหนดค่าเซลล์ครึ่งตัดจึงรวมถึง:
- การลดการสูญเสียความต้านทานตามเส้นทางการเชื่อมต่อบางเส้นทาง
- การปรับการส่งกระแสภายในแผงให้เหมาะสม
- ความยืดหยุ่นที่มากขึ้นในการออกแบบวงจรอนุกรม-ขนาน
- การปรับปรุงประสิทธิภาพกำลังไฟฟ้าของแผงภายใต้เงื่อนไขบางประการ
ต่อยอดจากการออกแบบเซลล์แบบตัดครึ่ง โมดูลบางรุ่นยังแบ่งเซลล์ขนาดเต็มออกเป็นหน่วยย่อยจำนวนมากขึ้น ซึ่งโดยทั่วไปเรียกว่า การจัดเรียงเซลล์แบบตัดหลายชิ้น
หลักการพื้นฐานคล้ายกับเทคโนโลยีตัดครึ่ง นั่นคือการปรับขนาดเซลล์แต่ละชิ้น กระแสไฟฟ้าทำงาน และวิธีการเชื่อมต่อภายใน เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพโครงสร้างไฟฟ้าภายในของโมดูล
จากมุมมองการออกแบบผลิตภัณฑ์ พัฒนาการสามารถเข้าใจได้ดังนี้
เซลล์เต็ม → เซลล์ตัดครึ่ง → เซลล์ตัดหลายชิ้น
เมื่อระดับการตัดเซลล์เพิ่มขึ้น หน่วยเซลล์แต่ละชิ้นจะเล็กลง ซึ่งอาจให้ความยืดหยุ่นมากขึ้นในการจัดวางโมดูลและการเชื่อมต่อทางไฟฟ้า อย่างไรก็ตาม การเพิ่มจำนวนชิ้นส่วนเซลล์ไม่ได้ทำให้โมดูลดีขึ้นโดยอัตโนมัติ วิธีการตัดที่ซับซ้อนยิ่งขึ้นยังเพิ่มข้อกำหนดด้านคุณภาพการตัด กระบวนการเชื่อมต่อ ความเข้ากันได้ของอุปกรณ์ ต้นทุนการผลิต และความน่าเชื่อถือในระยะยาว ดังนั้น การออกแบบเซลล์เต็ม เซลล์ตัดครึ่ง และเซลล์ตัดหลายชิ้นจึงไม่ควรมองว่าเป็นพัฒนาการเชิงเส้นที่ชิ้นส่วนเซลล์ยิ่งมากยิ่งหมายถึงเทคโนโลยีที่ล้ำหน้ากว่า
ผู้ผลิตต้องสร้างสมดุลระหว่าง
- ประสิทธิภาพทางไฟฟ้า
- กระบวนการผลิต
- ต้นทุนและความน่าเชื่อถือ
ขนาดเซลล์ส่งผลต่อคุณลักษณะของโมดูลอย่างไร
นอกเหนือจากรูปแบบโมดูลและวิธีการตัดเซลล์แล้ว ขนาดเซลล์ยังเป็นอีกปัจจัยสำคัญที่ส่งผลต่อคุณลักษณะของโมดูลเซลล์แสงอาทิตย์ ไม่มีความสัมพันธ์แบบหนึ่งต่อหนึ่งที่ตายตัวระหว่างรูปแบบโมดูลและขนาดเซลล์ ในทางปฏิบัติ หมวดหมู่ขนาดเซลล์ที่แตกต่างกันอาจใช้กับรูปแบบโมดูลที่แตกต่างกัน ขณะที่โมดูลที่ใช้รูปแบบเดียวกันอาจใช้ขนาดเซลล์ที่แตกต่างกัน ดังนั้น ขนาดเซลล์ที่ใช้ในโมดูลจึงไม่สามารถระบุได้จากรูปแบบเพียงอย่างเดียว ต้องพิจารณาพารามิเตอร์ผลิตภัณฑ์เฉพาะด้วย ในอดีต อุตสาหกรรมมักแยกความแตกต่างระหว่างหมวดหมู่ขนาดแผ่นซิลิคอนและเซลล์แสงอาทิตย์ 182 มม. และ 210 มม. อย่างไรก็ตาม ด้วยการพัฒนาแผ่นซิลิคอนทรงสี่เหลี่ยมผืนผ้า ขนาดเซลล์จึงไม่จำกัดอยู่เพียงข้อกำหนดสี่เหลี่ยมจัตุรัสแบบดั้งเดิมอีกต่อไป ภายในหมวดหมู่ขนาด 182 มม. ตลาดได้ทยอยนำข้อกำหนดเช่น 182.2 × 183.x มม. และ 182.2 × 191.x มม. มาใช้ ส่งผลให้การผสมผสานขนาดมีความหลากหลายมากขึ้นเรื่อย ๆ
ในการจำแนกประเภทผลิตภัณฑ์และสถิติตลาดบางอุตสาหกรรม ผลิตภัณฑ์ที่พัฒนาขึ้นรอบขนาด 182 มม. มักถูกจัดกลุ่มภายใต้คำว่า:
- 18X
สิ่งสำคัญที่ต้องทราบคือ 18X ไม่ได้หมายถึงขนาดที่แน่นอนเพียงขนาดเดียว แต่เป็นคำศัพท์อุตสาหกรรมทั่วไปที่ใช้อธิบายช่วงของข้อกำหนดเวเฟอร์ซิลิคอนและเซลล์แสงอาทิตย์ที่พัฒนาจากกลุ่มขนาด 182 มม. ขอบเขตขนาดที่แน่นอนอาจแตกต่างกันไปตามผู้ผลิตและวิธีการทางสถิติ ในขณะเดียวกัน กลุ่มขนาด 210 มม. ก็ได้พัฒนาจากเวเฟอร์สี่เหลี่ยมจัตุรัสแบบดั้งเดิมไปสู่การออกแบบทรงสี่เหลี่ยมผืนผ้า
หมวดหมู่หนึ่งที่ถูกอ้างอิงโดยทั่วไปคือ:
- 210R
ตัวอักษร "R" โดยทั่วไปย่อมาจาก Rectangular (ทรงสี่เหลี่ยมผืนผ้า) เมื่อเทียบกับเวเฟอร์สี่เหลี่ยมจัตุรัสแบบดั้งเดิมที่มีขนาดประมาณ 210 × 210 มม. แล้ว 210R เน้นขนาดทรงสี่เหลี่ยมผืนผ้า รวมถึงข้อกำหนดเช่น 182.2 × 210 มม. ที่มีจำหน่ายในตลาด
การพัฒนาขนาดเซลล์ทรงสี่เหลี่ยมผืนผ้าช่วยให้ผู้ผลิตมีความยืดหยุ่นเพิ่มขึ้นในการสร้างสมดุลระหว่าง:
- ความยาวและความกว้างของแผง;
- กำลังไฟฟ้าของแผงแต่ละแผ่น;
- ประสิทธิภาพการบรรจุตู้คอนเทนเนอร์ขนส่ง;
- การจัดการด้วยมือ;
- ข้อกำหนดการติดตั้ง
การเลือกขั้นสุดท้ายของรูปแบบแผง ขนาดเซลล์ และวิธีการตัดไม่ได้ถูกกำหนดโดยปัจจัยใดปัจจัยหนึ่งเพียงลำพัง แต่สะท้อนถึงอิทธิพลร่วมกันของข้อกำหนดเซลล์ การออกแบบแผง กระบวนการผลิต และข้อกำหนดการใช้งานปลายน้ำ รูปแบบแผงกำหนดการจัดเรียงเซลล์พื้นฐาน ขนาดเซลล์มีผลต่อขนาดทางกายภาพของแผงและกำลังไฟฟ้าที่ทำได้ และวิธีการตัดยังส่งผลต่อการเชื่อมต่อไฟฟ้าภายในและเส้นทางการไหลของกระแสไฟฟ้า ดังนั้น การทำความเข้าใจแผงโซลาร์เซลล์จึงต้องพิจารณารูปแบบแผง ขนาดเซลล์ วิธีการตัด ขนาดโดยรวมและกำลังไฟฟ้า และการใช้งานที่ตั้งใจไว้ คำศัพท์เช่น 48-format, 108 half-cells, 18X และ 210R ไม่ใช่แนวคิดที่เป็นอิสระจากกัน แต่เป็นการอธิบายมิติที่แตกต่างกันของการออกแบบแผงโซลาร์เซลล์
III. เทคโนโลยีแผงโซลาร์เซลล์ประเภทหลักมีอะไรบ้าง?
ตลาดแผงโซลาร์เซลล์ทั่วโลกในปัจจุบันถูกครอบงำโดยเทคโนโลยีซิลิคอนผลึก ในขณะเดียวกัน เทคโนโลยีฟิล์มบาง เช่น แคดเมียมเทลลูไรด์ (CdTe) คอปเปอร์อินเดียมแกลเลียมเซเลไนด์ (CIGS) และอะมอร์ฟัสซิลิคอน ได้บรรลุการใช้งานเชิงพาณิชย์แล้วเทคโนโลยีเกิดใหม่ ซึ่งรวมถึงเซลล์แสงอาทิตย์เพอรอฟสไกต์และเซลล์แทนเดมเพอรอฟสไกต์/ซิลิคอน กำลังก้าวหน้าผ่านการวิจัย การพัฒนา และการทำให้เป็นอุตสาหกรรมเช่นกัน โมดูลผลึกซิลิคอนใช้เวเฟอร์ซิลิคอนและเซลล์แสงอาทิตย์ผลึกซิลิคอนเป็นส่วนประกอบหลัก และปัจจุบันเป็นหมวดเทคโนโลยีที่ครองตลาด PV ภายในเทคโนโลยีเซลล์แสงอาทิตย์ผลึกซิลิคอน สามารถระบุแนวทางเทคโนโลยีและรูปแบบโครงสร้างที่แตกต่างกันได้หลายแบบ ได้แก่ BSF, PERC, TOPCon, HJT และ BC
นอกเหนือจากความแตกต่างด้านโครงสร้างเซลล์และกระบวนการผลิตแล้ว เทคโนโลยีเหล่านี้ยังเกี่ยวข้องกับการจำแนกพื้นฐาน:
- เซลล์แสงอาทิตย์ชนิด P
- เซลล์แสงอาทิตย์ชนิด N
โดยเฉพาะอย่างยิ่ง:
- BSF เป็นเทคโนโลยีเซลล์ผลึกซิลิคอนรุ่นก่อนหน้า ซึ่งในอดีตอาศัยการออกแบบชนิด P เป็นหลัก
- PERC เป็นเทคโนโลยีหลักในตลาดมาหลายปี โดย PERC ชนิด P เป็นรูปแบบที่พบมากที่สุด
- TOPCon ได้กลายเป็นหนึ่งในแนวทางเทคโนโลยีเซลล์ชนิด N กระแสหลัก
- HJT ใช้เวเฟอร์ซิลิคอนชนิด N เป็นหลักเช่นกัน และเป็นอีกแนวทางเทคโนโลยีชนิด N ประสิทธิภาพสูง
- BC หมายถึงโครงสร้างเซลล์แบบสัมผัสด้านหลังเป็นหลัก ผลิตภัณฑ์ BC ประสิทธิภาพสูงเชิงพาณิชย์ในปัจจุบันส่วนใหญ่ใช้เวเฟอร์ซิลิคอนชนิด N
เทคโนโลยีหลักสามารถสรุปได้ดังนี้:
| เทคโนโลยี | ชนิดที่พบบ่อย | คำอธิบายพื้นฐาน |
|---|---|---|
| BSF | ชนิด P เป็นหลัก | เทคโนโลยีเซลล์ผลึกซิลิคอนรุ่นก่อนหน้า |
| PERC | ชนิด P เป็นหลัก | เทคโนโลยีเซลล์แสงอาทิตย์ที่เคยครองตลาด |
| TOPCon | ชนิด N เป็นหลัก | หนึ่งในเทคโนโลยีเซลล์ชนิด N กระแสหลัก |
| HJT | ชนิด N เป็นหลัก | เทคโนโลยีเฮเทอโรจังก์ชันชนิด N ประสิทธิภาพสูง |
| BC | ชนิด N เป็นหลัก | หมายถึงโครงสร้างเซลล์แบบสัมผัสด้านหลังเป็นหลัก |
กล่าวอย่างง่าย ชนิด P และชนิด N อธิบายประเภทการนำไฟฟ้าของแผ่นฐานซิลิคอนเป็นหลัก
PERC, TOPCon และ HJT หมายถึงโครงสร้างเซลล์และแนวทางเทคโนโลยีการผลิตที่แตกต่างกันเป็นหลัก ในขณะที่ BC อธิบายโครงสร้างแบบสัมผัสด้านหลังเป็นหลัก
ดังนั้น ข้อกำหนดผลิตภัณฑ์และเอกสารทางเทคนิคจึงมักใช้การผสมผสาน เช่น:
- PERC ชนิด P
- TOPCon ชนิด N
- HJT ชนิด N
เหตุใด TOPCon จึงกลายเป็นเทคโนโลยีกระแสหลักอย่างรวดเร็ว?
ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา เทคโนโลยีเซลล์แสงอาทิตย์ผลึกซิลิคอนได้เปลี่ยนผ่านจาก PERC ชนิด P แบบดั้งเดิมไปสู่เทคโนโลยีชนิด N ที่มีประสิทธิภาพสูงกว่า ในจำนวนนี้ TOPCon ได้กลายเป็นหนึ่งในแนวทางเทคโนโลยีชนิด N กระแสหลัก ด้านหนึ่ง เวเฟอร์ซิลิคอนชนิด N มีข้อได้เปรียบบางประการด้านคุณสมบัติวัสดุ ลักษณะการเสื่อมสภาพ และศักยภาพในการปรับปรุงประสิทธิภาพ อีกด้านหนึ่ง TOPCon ใช้ชั้นออกไซด์แบบทันเนลและโครงสร้างสัมผัสแบบพาสซีเวชันเพื่อลดการสูญเสียจากการรวมตัวของพาหะบางประเภท ส่งผลให้ประสิทธิภาพการแปลงของเซลล์ดีขึ้น
เมื่อเทียบกับ PERC ชนิด P แบบดั้งเดิม TOPCon ชนิด N โดยทั่วไปมี:
- ประสิทธิภาพการแปลงด้านหน้าสูงกว่า ทำให้ข้อได้เปรียบด้านประสิทธิภาพสะท้อนออกมาแม้ในโมดูลหน้าเดียว
- ค่าสัดส่วนสองหน้าค่อนข้างสูงเมื่อใช้ในการออกแบบโมดูลสองหน้า
- ศักยภาพเพิ่มเติมในการปรับปรุงประสิทธิภาพการแปลง
- ความไวต่อกลไกการเสื่อมสภาพบางอย่างที่มักเกี่ยวข้องกับ PERC ชนิด P แบบดั้งเดิมต่ำกว่า
- ความเข้ากันได้ของกระบวนการที่ดีกับโครงสร้างพื้นฐานการผลิตผลึกซิลิคอนที่มีอยู่ สนับสนุนการทำให้เป็นอุตสาหกรรมขนาดใหญ่
เป็นที่น่าสังเกตว่าข้อได้เปรียบของ TOPCon ไม่ได้จำกัดอยู่เพียงการผลิตไฟฟ้าแบบสองหน้า
แม้เมื่อรวมเข้ากับโมดูลหน้าเดียว ประสิทธิภาพการแปลงด้านหน้าที่สูงกว่าก็สามารถให้ประโยชน์ด้านสมรรถนะได้
ในการกำหนดค่าโมดูลสองหน้า ค่าสัดส่วนสองหน้าที่สูงขึ้นสามารถปรับปรุงการใช้แสงอาทิตย์ที่ตกกระทบด้านหลังของโมดูลได้อีก
ดังนั้น การนำ TOPCon ไปใช้เชิงพาณิชย์อย่างรวดเร็วจึงไม่ได้เป็นผลมาจากประสิทธิภาพที่สูงขึ้นซึ่งเกี่ยวข้องกับเทคโนโลยีชนิด N เพียงอย่างเดียว
แต่สะท้อนถึงความสมดุลที่เหมาะสมระหว่าง:
- ประสิทธิภาพการแปลง ต้นทุนการผลิต ความเข้ากันได้ของกระบวนการ และความพร้อมของอุตสาหกรรม
นอกเหนือจากเทคโนโลยีเซลล์: มีวิธีการเชื่อมต่อระหว่างเซลล์อื่นใดอีกที่ใช้ในโมดูล PV?
นอกเหนือจากแนวทางเทคโนโลยีเซลล์และรูปแบบโครงสร้าง เช่น PERC, TOPCon, HJT และ BC แล้ว โมดูล PV ยังสามารถใช้วิธีการเชื่อมต่อและจัดเรียงเซลล์ที่แตกต่างกันได้
เทคโนโลยีหนึ่งที่เป็นตัวแทนคือ:
- เทคโนโลยีเซลล์ซ้อนเกล็ด
โมดูลแบบซ้อนเกล็ดโดยทั่วไปจะแบ่งเซลล์แสงอาทิตย์ขนาดเต็มออกเป็นแถบที่ค่อนข้างแคบ จากนั้นจัดเรียงและเชื่อมต่อทางไฟฟ้าผ่านการวางซ้อนกัน เมื่อเทียบกับการออกแบบเซลล์แบบตัดครึ่งหรือตัดหลายชิ้นแบบดั้งเดิม คุณลักษณะเด่นของเทคโนโลยีซ้อนเกล็ดไม่ได้เป็นเพียงการลดขนาดเซลล์เพิ่มเติมเท่านั้น แต่ยังเปลี่ยนโครงสร้างการจัดเรียงและการเชื่อมต่อระหว่างหน่วยเซลล์แต่ละหน่วยด้วย การออกแบบนี้สามารถลดช่องว่างระหว่างหน่วยเซลล์แบบดั้งเดิมและการสูญเสียจากการบังแสงที่เกี่ยวข้องกับการเชื่อมต่อบางประเภท เพิ่มพื้นที่รับแสงที่มีประสิทธิภาพและความหนาแน่นของการบรรจุของโมดูล และออกแบบเส้นทางการส่งกระแสภายในใหม่ ดังนั้น เทคโนโลยีซ้อนเกล็ดจึงควรเข้าใจว่าเป็น เทคโนโลยีการเชื่อมต่อระหว่างเซลล์ของโมดูล มากกว่าจะเป็นเพียงวิธีการตัดเซลล์อีกวิธีหนึ่ง
โฟโตวอลตาอิกแบบฟิล์มบาง
โมดูล PV แบบฟิล์มบางแตกต่างจากโมดูล PV ผลึกซิลิคอนตรงที่ไม่พึ่งพาเวเฟอร์ผลึกซิลิคอนแบบดั้งเดิมเป็นวัสดุหลัก แต่โดยทั่วไปเกี่ยวข้องกับการเคลือบชั้นบางของวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ลงบนพื้นผิว เช่น แก้ว โลหะ หรือวัสดุอื่นที่เหมาะสม เพื่อให้เกิดการแปลงโฟโตวอลตาอิก
เทคโนโลยีฟิล์มบางที่พบบ่อย ได้แก่:
- CdTe (แคดเมียมเทลลูไรด์)
- CIGS (คอปเปอร์อินเดียมแกลเลียมเซเลไนด์)
- เทคโนโลยีฟิล์มบางอะมอร์ฟัสซิลิคอน เป็นต้น
เมื่อเทียบกับโมดูลผลึกซิลิคอน ผลิตภัณฑ์ฟิล์มบางแตกต่างกันในด้านระบบวัสดุ กระบวนการผลิต ลักษณะอุณหภูมิ และสถานการณ์การใช้งาน อย่างไรก็ตาม โมดูลผลึกซิลิคอนยังคงครองตลาด PV โดยรวมในแง่ของขนาดตลาด เทคโนโลยีฟิล์มบางและผลึกซิลิคอนไม่ควรมองว่าเป็นสิ่งทดแทนกันโดยตรง แต่เป็นแนวทางเทคโนโลยีโฟโตวอลตาอิกที่แตกต่างกันซึ่งอิงจากวัสดุและกระบวนการผลิตที่แตกต่างกัน
โฟโตวอลตาอิกเพอรอฟสไกต์
นอกเหนือจากเทคโนโลยีผลึกซิลิคอนและฟิล์มบางที่จัดตั้งเชิงพาณิชย์แล้ว อุตสาหกรรม PV ยังคงพัฒนาแนวทางเทคโนโลยีใหม่ ๆ อย่างต่อเนื่อง
ด้านหนึ่งที่ได้รับความสนใจอย่างมากคือ:
- โฟโตวอลตาอิกเพอรอฟสไกต์
โฟโตวอลตาอิกเพอรอฟสไกต์เป็นเทคโนโลยีเซลล์แสงอาทิตย์รุ่นใหม่ที่กำลังเกิดขึ้น และยังอยู่ในช่วงของการวิจัย การพัฒนา และการทำให้เป็นอุตสาหกรรมอย่างรวดเร็ว
ทิศทางการพัฒนาในปัจจุบัน ได้แก่:
- เซลล์แสงอาทิตย์เพอรอฟสไกต์แบบจุดต่อเดียว
เซลล์แสงอาทิตย์เพอรอฟสไกต์ใช้วัสดุเซมิคอนดักเตอร์ที่มีโครงสร้างผลึกเพอรอฟสไกต์เพื่อดูดซับแสงอาทิตย์และแปลงเป็นไฟฟ้า วัสดุเหล่านี้มีศักยภาพอย่างมากสำหรับประสิทธิภาพการแปลงที่สูง ในปัจจุบัน โฟโตวอลตาอิกเพอรอฟสไกต์จึงควรถูกมองว่าเป็นเทคโนโลยีเกิดใหม่ที่กำลังก้าวไปสู่การค้าในวงกว้าง มากกว่าจะเป็นเทคโนโลยีกระแสหลักที่จัดตั้งแล้วและเข้ามาแทนที่โมดูลผลึกซิลิคอนแล้ว
ภาพรวมของเทคโนโลยี PV ในวงกว้างสามารถสรุปได้ดังนี้:
| หมวดเทคโนโลยี | เทคโนโลยีตัวแทน | สถานะการพัฒนาในปัจจุบัน |
|---|---|---|
| PV ผลึกซิลิคอน | BSF, PERC, TOPCon, HJT, BC | หมวดเทคโนโลยีที่ครองตลาดในปัจจุบัน |
| PV ฟิล์มบาง | CdTe, CIGS เป็นต้น | เชิงพาณิชย์แล้ว แต่มีส่วนแบ่งค่อนข้างน้อยในตลาดโดยรวม |
| เทคโนโลยี PV เกิดใหม่ | เพอรอฟสไกต์, เพอรอฟสไกต์/ซิลิคอนแทนเดม | การวิจัย การพัฒนา และการทำให้เป็นอุตสาหกรรมยังคงดำเนินต่อไป |
โดยรวมแล้ว ตลาดโมดูล PV ยังคงถูกครอบงำโดยเทคโนโลยีผลึกซิลิคอน ในขณะที่เซลล์แสงอาทิตย์ผลึกซิลิคอนกำลังเปลี่ยนผ่านจาก PERC ชนิด P แบบดั้งเดิมไปสู่เทคโนโลยีชนิด N ที่มีประสิทธิภาพสูงกว่า ในจำนวนนี้ TOPCon ได้กลายเป็นหนึ่งในแนวทางเทคโนโลยีกระแสหลัก ในขณะที่ HJT และรูปแบบเทคโนโลยี BC ต่าง ๆ ยังคงพัฒนาต่อไป เทคโนโลยีฟิล์มบางและเพอรอฟสไกต์เป็นทิศทางที่แตกต่างกันในวิวัฒนาการที่กว้างขึ้นของเทคโนโลยีเซลล์แสงอาทิตย์
จากมุมมองของห่วงโซ่อุปทาน โมดูล PV เชื่อมโยงวัสดุซิลิคอนต้นน้ำและการผลิตเซลล์แสงอาทิตย์เข้ากับระบบ PV ปลายน้ำ โดยทำหน้าที่เป็นขั้นตอนสำคัญในการเปลี่ยนอุปกรณ์โฟโตวอลตาอิกให้เป็นผลิตภัณฑ์สำเร็จรูป การดำเนินการจากควอตซ์ ซิลิคอนเกรดโลหะ และโพลีซิลิคอน ไปจนถึงเวเฟอร์ซิลิคอนและเซลล์แสงอาทิตย์ ตามด้วยการเชื่อมต่อทางไฟฟ้า การห่อหุ้ม และการประกอบโครงสร้าง สะท้อนถึงลำดับบูรณาการของการแปรรูปวัสดุ การผลิตเซมิคอนดักเตอร์ และการออกแบบโมดูล ในระดับผลิตภัณฑ์โมดูล รูปแบบเซลล์ ขนาด วิธีการตัด และเทคโนโลยีเซลล์ยังแยกแยะรูปแบบผลิตภัณฑ์ที่แตกต่างกันอีกด้วย
คำศัพท์อุตสาหกรรม เช่น 48-format, 18X, 210R, TOPCon, HJT และ BC อธิบายแง่มุมต่าง ๆ ของข้อกำหนดผลิตภัณฑ์ หมวดมิติ และแนวทางเทคโนโลยี เมื่อรวมกันแล้ว สิ่งเหล่านี้กำหนดลักษณะทางเทคนิคและโครงสร้างหลักของโมดูล PV การทำความเข้าใจโมดูล PV จึงสามารถเริ่มต้นจากคำถามพื้นฐานหลายข้อ:
โมดูล PV มาจากไหน? ทำจากอะไร? ข้อกำหนดได้รับการออกแบบอย่างไร? และใช้เทคโนโลยีเซลล์แสงอาทิตย์ใด?
ภายในกรอบนี้ โพลีซิลิคอน เวเฟอร์ซิลิคอน เซลล์แสงอาทิตย์ รูปแบบโมดูล ขนาดเซลล์ และแนวทางเทคโนโลยีไม่ใช่แนวคิดที่แยกจากกัน แต่เป็นแง่มุมที่เชื่อมโยงกันของผลิตภัณฑ์โมดูล PV ที่สมบูรณ์ ในขณะที่เทคโนโลยีเซลล์แสงอาทิตย์ ระบบวัสดุ และความต้องการของตลาดปลายน้ำยังคงพัฒนาต่อไป โมดูล PV จะได้รับการปรับให้เหมาะสมยิ่งขึ้นในด้านประสิทธิภาพการแปลง กำลังไฟฟ้าขาออก ความน่าเชื่อถือ ต้นทุน และความเข้ากันได้กับการประยุกต์ใช้ระบบ PV ที่แตกต่างกัน
![[SMM PV Flash] ประชาพิจารณ์รายงานการประเมินผลกระทบสิ่งแวดล้อม โครงการปรับปรุงเทคโนโลยีโมดูลเซลล์แสงอาทิตย์ Gokin Solar](https://imgqn.smm.cn/usercenter/GHTIQ20251217171741.jpg)
![[SMM PV Flash] ราคา EVA เกรดโซลาร์เซลล์ยังคงปรับตัวขึ้นต่อเนื่อง](https://imgqn.smm.cn/usercenter/HdPjk20251217171741.jpg)
![[SMM PV News] โมดูล AIKO ABC ประสบความสำเร็จครั้งใหม่ในตลาดแอฟริกาใต้ คว้าคำสั่งซื้อ 773.5 เมกะวัตต์](https://imgqn.smm.cn/usercenter/FmBvY20251217171737.jpg)
