На рынок выходит новое поколение гибких, легких солнечных модулей. Технология обратного контакта обеспечивает гибкость и прочность конструкции, поэтому новая продукция может занять этот непростой сегмент рынка.
Утверждение о том, что “не все крыши или другие поверхности подходят для традиционных стеклянных солнечных модулей”, так же старо, как и современная солнечная индустрия. Предлагаемая продукция включает в себя широкий диапазон модулей разных размеров и габаритов; облегченных версий для крыш, не способных выдерживать вес стекол; с возможностью “монтажа на клей” (без нарушения поверхности крыши); и даже, способных повторять контуры крыши - изогнутые или гибкие модули.
Логика предельно ясна: “для достижения быстрой и широкомасштабной декарбонизации необходимо установить как можно больше солнечных батарей на всех доступных поверхностях”. Один из примеров - это бум установки солнечных батарей на балконах в Европе, после того как страны ЕС столкнулись с энергетическим кризисом, вызванным российским военным вторжением в Украину.
Примерно десять лет назад появились первые разработки, которые пытались решить проблему гибкости и легкого применения, - тонкопленочная солнечная технология на основе селенида меди-индия-галлия (CIGS). Такие компании, как Global Solar и MiaSolé, стремились представить гибкие модули, которые могли бы обеспечить относительно высокую эффективность преобразования - 10,6% и 14,3% соответственно - в гибком формате.
Однако обе компании не выдержали конкуренции и были фактически закрыты после того как их в 2013 году приобрела компания Hanergy, акции которой впоследствии не торговались на Гонконгской бирже в течение трех лет, после чего компания отозвала акции и стала частной.
Следующее поколение модулей.
Что изменилось за десять лет? На выставке Solarex в Стамбуле Sunport Power, китайский производитель металлических проходных модулей (MWT), продемонстрировал модуль - легкий, гибкий S-Flex, который может достигать 21,8% эффективности, мощностью от 365 Вт до 385 Вт.
"В Турции гибкие модули появились совсем недавно, поэтому реакция на продукцию была очень положительная", - рассказывает директор по маркетингу Sunport Катрина Сю посетителям выставки. "В марте мы посетили выставку Solar Solutions, которая вызвала большой интерес, так как в Европе рынок хорошо развивается. В Германии, например, многие устанавливают модули на балконах".
В этом году Sunport вышла на международный рынок после более чем двух лет изоляции из-за пандемии Covid-19. "Мы не могли выезжать за пределы Китая", - говорит Сюй. "Новый продукт нужно напрямую показывать клиентам, но в течение почти трех лет это было невозможно".
Технология MWT, используемая в S-Flex, представляет собой ячейку с обратным контактом, в которой просверленные лазером отверстия, или визиры, формируются в пластине, позволяя передней металлизации проникать через отверстие на заднюю сторону. Сама ячейка в данном случае представляет собой устройство PERC (пассивированный задний контакт эмиттера). Ячейки заключены в легкий, но прочный полимерный материал - "2D-инкапсуляция" на языке компании - в результате получился модуль весом 5,7 кг, способный выдерживать максимальный радиус изгиба 0,3 м.
Как технология обратного контакта, MWT отказывается от традиционного шинного соединения элементов и использует вместо этого медную металлизацию лицевой стороны и проводящую подложку. "Это делает технологию особенно хорошо подходящей для гибкой инкапсуляции", - говорит Сюй. "Если сделать ленту на солнечном элементе, то при изгибе модуля в месте сварки возникает механическое напряжение, которое приведет к микротрещинам. А конструкция без сборных шин уменьшает площадь затенения модуля, повышая эффективность преобразования модуля. У нас просто есть медная проводящая подложка. Поэтому у нас нет напряжения при сварке. И если ее согнуть, у нас не будет проблем, то не будет такой проблемы, как с модулем сборной шины".
Соединение МВТ с гибкой оболочкой кажется изящным трюком. Первопроходец Suntech Чженгрон Ши считает, что это именно так, отмечая, что "поскольку выступы находятся на одной поверхности, то не нужно учитывать изгиб". С 2018 года Ши продвигает легкие модули "без стекла" под брендом Sunman Energy.
Неудивительно, что обе компании выбирали один и тот же курс: генеральный директор Sunport Фэнмин Чжан - бывший главный научный сотрудник Suntech, и Чжан, и Ши - выпускники Университета Нового Южного Уэльса. Ши говорит, что Sunman поставила 200 МВт легких модулей из кристаллического кремния в 2022 году и планирует в этом году "как минимум удвоить этот показатель".
Что касается объемов поставок, у Sunport более масштабные амбиции; в этом году компания планирует продать от 300 МВт до 1 ГВт модулей S-Flex. "Самым важным рынком для нас является Европа, но мы также рассматриваем Бразилию, Японию и Австралию", - говорит Сюй из Sunport.
Преимущества обратного контакта.
Токопроводящая подложка дает дополнительные преимущества. Компания Endurans, поставщик материалов, предлагает проводящие подложки, в основном, европейским и североамериканским производителям модулей. Лоренс Теуниссен, коммерческий директор по этому материалу, сравнивает его с печатными платами, так как материал проводит электроны "в соответствии с расположением ячеек в модуле". По его словам, помимо самих гибких модулей, эта функциональность обеспечивает "гибкость" для производителей модулей.
"Еще один способ взглянуть на гибкость - и это еще одно большое преимущество использования проводящих подложек - это использование гибкости при компоновке электрической схемы", - объясняет он. "Как правило, традиционные модули включают в себя пару строк внутри модуля - матричная компоновка - так что это не слишком сложно".
“В отличие от этого”, - говорит Теуниссен, - “производители модулей могут предложить компании Endurans конфигурацию ячеек, и материал подложки может быть разработан соответствующим образом. Это особенно полезно для новых приложений в фотоэлектрической энергетике, таких как интеграция фотоэлектрических элементов в транспортные средства”.
Endurans совместно работала со стартапом Lightyear над разработкой солнечного автомобиля Lightyear 0. И, несмотря на то, что команда потерпела неудачу в своей попытке вывести на рынок электромобиль высокого класса, "они добились действительно хорошего прогресса, особенно в области солнечных батарей", - отмечает Теуниссен. Lightyear смогла разработать изогнутые модули, которые соответствовали аэродинамике и эстетике автомобиля. Пытаясь вместить как можно больше активной фотоэлектрической площади в ограниченное пространство, "ячейки выровнены не матричным, а нелинейным способом, который плавно повторяет форму автомобиля".
В своей конструкции Lightyear использовал ячейки с прерывистым обратным контактом (IBC), а не MWT, но и те, и другие обслуживаются проводящими задними панелями. По признанию компании Endurans, материал имеет более высокую стоимость, но это компенсируется созданием дополнительных преимуществ.
"Для производителей модулей у нас есть четкое указание на то, что экономическое обоснование может быть даже более привлекательным, чем для стандартных модулей", - отмечает Теуниссен. "Это связано с более высокими затратами, но цены на конечном рынке могут быть выше". Директор Endurans добавляет, что продолжаются усилия по снижению стоимости материалов, включая замену меди в подложке на алюминий.
Вопросы остаются.
Несмотря на обещание открыть более широкий спектр поверхностей для фотоэлектрических элементов благодаря новым форматам модулей и технологии обратного контакта, эта область остается нишевой. "Причина, по которой солнечная энергетика хорошо работает, заключается в том, что это стандартизированный продукт с довольно хорошим сроком службы при условии правильной установке", - говорит Дженни Чейз, руководитель отдела солнечной энергетики в Швейцарии в BloombergNEF, компании по сбору бизнес-данных. "Именно это внесет наибольший вклад в борьбу с изменением климата".
Чейз, однако, признает, что интегрированные в автомобиль фотоэлектрические батареи могут "обеспечить владельцу автомобиля психологическую уверенность. Знание того, что солнечная батарея будет подзаряжать аккумулятор, когда я иду в магазин, может дать мне спокойствие".
Из приложений, которые могут быть решены с помощью гибких, легких солнечных батарей, балконные солнечные батареи являются "лучшим решением, потому что на них есть определенный спрос". Простота установки также представляет ценность для отрасли, так как в Европе отмечается нехватка специалистов по установке. Для Sunport тот факт, что S-Flex может быть установлен на крышах, где используется листовой металл, без повреждения крыши, является огромным плюсом. "Этот продукт подходит для помещений с металлическими крышами", - говорит директор по маркетингу Сюй. "Если вы используете наш гибкий модуль, вы можете просто взять клей и приклеить его. Вам не придется сверлить в крыше отверстия, через которые в последствие может попасть вода".
По словам Сюя, экономия на компонентах баланса системы (BOS) и рабочей силе также компенсирует более высокую цену. "Если посмотреть на все затраты на BOS, включая монтажные системы с обычными модулями и человеческие ресурсы для установки, то стоимость будет сопоставима. Мы используем только клей, поэтому общая стоимость BOS ниже".
Нет сомнений, что технология обратного контакта в различных форматах находится в "дорожной карте" многих производителей модулей. Сама компания Sunport планировала представить следующее поколение моделей на выставке SNEC в Шанхае в прошлом месяце.
"Это еще одна технология обратного контакта", - говорит Сюй. "Технология, на поверхности которой нет ни отверстий, ни лент. Это эстетика высокого уровня".