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Painel solar PERC: pontos fortes, como funciona versus outras tecnologias de painel

A busca por maior eficiência dos painéis na indústria solar não tem limites e nunca para. O painel solar PERC é uma tecnologia relativamente nova neste campo, que foi desenvolvida pela primeira vez na década de 1980. No entanto, a sua aplicação comercial só decolou na última década devido a uma combinação de crescente procura por painéis de maior eficiência e melhorias notáveis.

Este guia irá guiá-lo através dos vários tópicos relacionados a esta tecnologia de painel, incluindo:

  • Composição e estrutura
  • Como funciona esta tecnologia
  • Avanços em eficiência
  • Comparação com outros técnicos de painel de alta eficiência
  • Inovações do painel PERC

O que é o painel solar PERC? Como funciona?

PERC, que significa Emissor Passivado e Contato Traseiro, é um tipo de tecnologia de painel solar projetada para aumentar a eficiência dos painéis de silício tradicionais.

Composição e Estrutura

Em vez de serem feitos de materiais inteiramente novos, os painéis solares PERC são essencialmente versões aprimoradas de painéis convencionais de silício cristalino (c-Si), apresentando uma camada de passivação adicional na parte traseira, juntamente com uma otimização engenhosa.

Em geral, a maioria das camadas de uma célula solar PERC são idênticas às encontradas em células de silício convencionais, com a adição de melhorias específicas do PERC. (consulte a figura abaixo da lista)

  • Contato frontal
  • Revestimento Antirreflexo (ARC)
  • Camada de Passivação Frontal: A maioria dos painéis c-Si modernos serão equipado com esta camada para reduzir a passivação da superfície.
  • Camada de Absorção: As camadas de silício tipo n e tipo p formam coletivamente a camada de absorção, onde ocorre a absorção de luz, e pares elétron-buraco são gerados e separados para produzir eletricidade.
  • Camada de passivação traseira: É a principal característica das células PERC compostas de óxido de alumínio (Al₂O₃) ou dióxido de silício (SiO₂), responsável por refletir a luz não absorvida de volta para a célula enquanto reduz a recombinação.
  • Camada de cobertura dielétrica: Normalmente feito de nitreto de silício (SiNx), é uma camada aprimorada projetada para isolar a célula e aumentar a durabilidade e a qualidade da passivação.
  • Campos locais de superfície posterior: São partes complementares das duas camadas mencionadas anteriormente nas células PERC criadas pela abertura de pequenos pontos de contato na camada de passivação traseira, seguida pela introdução de dopantes pesados ​​do tipo p nessas regiões localizadas. Eles são projetados para oferecer passivação localizada e aprimorada, minimizando a recombinação especificamente nos pontos.
  • Contato traseiro
Estrutura do Painel Solar PERC
Desenho esquemático da célula solar de silício PERC
Hannebauer H. Estênceis de metal de impressão única para células solares PERC de alta eficiência. Procedimento Energético. 2016;98:40-45. doi:10.1016/j.egypro.2016.10.079

Como funciona um painel PERC

Como um todo, o princípio de funcionamento dos painéis PERC envolve vários elementos-chave.

Em primeiro lugar, a luz solar incidente atinge a superfície frontal do painel. O ARC consegue deixar a quantidade máxima de luz solar entrar na célula. 

A luz solar chega então à camada de passivação frontal, onde a camada ajuda a reduzir a recombinação inicial da superfície, permitindo uma geração mais eficiente de pares elétron-buraco.

Em seguida, os fótons absorvidos pelo material de silício geram pares elétron-buraco, que são então separados pelo campo elétrico dentro da célula solar, criando uma diferença de potencial elétrico e acionando uma corrente elétrica.

Enquanto isso, a superfície traseira passivada ajuda ainda mais minimizar a recombinação de portadoras, permitindo que mais portadoras contribuam para a corrente elétrica. Ele também reflete a luz não absorvida de volta para a célula para uma segunda tentativa de conversão de absorção.

Painéis solares PERC vs. outras tecnologias de painel

Ao colocar esta tecnologia lado a lado com outras, podemos identificar os cenários ideais para a adoção de painéis PERC e maximizar os seus benefícios.

Painéis PERC vs. PERT

A primeira é uma comparação entre os painéis PERC e PERT, pois seus nomes são muito próximos.

Ambas as tecnologias de painel foram desenvolvidas no mesmo período, compartilhando semelhanças em seu conceito de design.

As células PERT (Passivated Emitter Rear Totally Diffused) também empregam uma técnica de passivação para melhorar o desempenho da célula. No entanto, estas células apresentam uma superfície posterior que é passivado e difundido, o qual mais melhorias captura e absorção de luz, levando a uma eficiência ainda maior do que os painéis PERC.

Por outro lado, a tecnologia PERT é amplamente implementada em células c-Si do tipo n. Ao desbloquear todo o potencial das células do tipo n, os painéis PERT geralmente têm LID mais baixo do que os painéis PERC. Esta característica ajuda a melhorar o desempenho e a confiabilidade a longo prazo desses painéis.

Uma das principais desvantagens dos painéis PERT é que eles envolvem um processo de fabricação mais complexo, o que consequentemente aumenta os seus custos em relação aos produtos PERC.

Painéis PERC vs. IBC

Enquanto a tecnologia PERC visa minimizar a recombinação e facilitar a absorção de luz secundária, a tecnologia de painel IBC (Interdigitated Back Contact) adota uma abordagem alternativa para alcançar maior rendimento energético.

Esta tecnologia realoca todos os contatos elétricos para a parte traseira da célula, eliminando assim as perdas de sombreamento causadas pelos barramentos frontais. Como resultado, maximiza a área de superfície disponível para conversão de energia, otimizando a eficiência do painel.

E graças à ausência de barramentos frontais, os painéis solares IBC têm uma aparência elegante e totalmente preta que é esteticamente mais agradável, especialmente para telhados residenciais. Portanto, esta tecnologia de painel pode ser uma alternativa notável aos produtos BIPV genuínos.

No entanto, os painéis IBC são geralmente mais caros que os painéis PERC devido ao seu complexo processo de fabricação e design de circuito avançado.

PERC vs. Painéis Bifaciais

Ao adicionar uma camada reflexiva na parte traseira, os painéis solares PERC atingem um certo grau de 'bifacialidade'. Em comparação, os painéis bifaciais apresentam bifacialidade autêntica.

Esses painéis empregar uma configuração de dois lados, apresentando vidro temperado antirreflexo nas faces frontal e traseira, ou vidro na frente e polímero transparente na parte traseira. Este design permite-lhes capturar energia adicional da luz reflectida e difusa, aumentando assim a sua eficiência global.

Embora a eficiência dos painéis bifaciais seja capaz de atingir mais de 25%, depende em grande parte do albedo (refletividade) da superfície abaixo dos painéis. Para maximizar sua exposição à luz refletida e difusa, eles são normalmente implantados em projetos solares montados no solo, em garagens ou em coberturas.

Painéis PERC vs. HJT

Ao contrário das tecnologias discutidas acima, os painéis HJT (Heterojunção) introduzir as alterações mais significativas aos painéis c-Si convencionais.

A célula HJT consiste em um wafer mono c-Si para absorção de luz, imprensado por camadas ultrafinas de silício amorfo intrínseco (a-Si) para passivação. Então essas camadas de a-Si são cobertas por dopado camadas a-Si para formar a junção pn. Geralmente, camadas de TCO também são aplicadas para ajudar a reduzir a reflexão da superfície e atuar como condutor para os elétrons e buracos gerados.

Ao introduzir materiais a-Si em wafers c-Si tradicionais, os painéis HJT podem alcançar maior eficiência do que os painéis PERC com um baixo coeficiente de temperatura e uma baixa taxa de degradação.

Porém, o processo de fabricação dos painéis HJT é mais complexo e exige investimentos significativos em novos equipamentos e processos. Consequentemente, isto leva a um custo visivelmente mais elevado em comparação com os painéis PERC.

Seguindo em Frente: Inovações no Painel PERC

É o franco design da tecnologia PERC que o torna versátil e adaptável para outros tipos de painéis solares.

Embora esta tecnologia tenha sido predominantemente usada em painéis mono c-Si, ela também pode ser aplicada em painéis poli c-Si.

Uma área onde a tecnologia PERC foi efetivamente ampliada é no desenvolvimento de painéis PERC bifaciais. Esta integração eleva ainda mais a utilização de luz dispersa e refletida em produtos bifaciais convencionais, empregando uma abordagem econômica.

Além disso, pesquisas contínuas estão em andamento para explorar a aplicação da tecnologia PERC em painéis de película fina, como CdTe e CIGS, para aumentar sua eficiência.

Além disso, tem havido estudos explorando a integração da tecnologia de painel PERC com outros designs de células avançados, como células tandem de perovskita-silício. Estes estudos visam otimizar o desempenho dos painéis combinando os benefícios de diferentes tecnologias. (Messmer et al., 2022)

Guia detalhado do painel solar PERC

Prós e contras dos painéis solares PERC

Até agora, as vantagens dos painéis solares PERC têm sido bastante claras. No entanto, seria negligente não mencionar algumas das suas potenciais desvantagens.

Prós dos painéis solares PERC

  • Vários pontos mais eficientes do que os painéis solares c-Si tradicionais 
  • Melhor desempenho em baixa temperatura de luz e alta temperatura devido à utilização suficiente de luz e seu design aprimorado
  • Uma tecnologia econômica que muitos podem pagar, atribuído a um design relativamente simples que pode ser integrado aos processos de fabricação existentes com o mínimo de reequipamento
  • Uma tecnologia flexível que pode ser usado em diversas aplicações, desde telhados residenciais e comerciais até fazendas solares em grande escala
  • Uma tecnologia versátil que pode ser combinado com outras tecnologias como bifacial para melhorar ainda mais a eficiência e o desempenho

os Contras

  • Os painéis PERC tendem a ter um custo inicial mais elevado do que os painéis c-Si tradicionais. Mas a sua maior eficiência pode levar a melhores poupanças a longo prazo e a um ROI mais rápido.
  • Esses painéis podem ser mais suscetíveis a LID como resultado da interação entre o boro e o oxigênio no material do tipo p, exacerbada pelos materiais adicionais e pelas etapas de fabricação envolvidas na tecnologia PERC. No entanto, as novas técnicas de produção continuam a reduzir o seu impacto.

Mais sobre o custo dos painéis PERC

Atualmente, os preços dos painéis solares estão oscilando o tempo todo baixas, uma situação parcialmente impulsionada pelo excesso de estoque mantido por distribuidores e fabricantes.

Uma novidade de junho relatório deste ano da PV Magazine revela que os preços dos módulos mono PERC foram avaliados em US$ 0.090 por watt, caindo na faixa de preço de "baixo custo" na época. Contudo, os previsíveis cortes de produção e potenciais alterações políticas poderão estabilizar os preços no futuro.

Os painéis PERC valem a pena?

Embora os módulos solares PERC tenham um preço mais elevado do que os painéis convencionais de silício cristalino, muitas vezes superam outras tecnologias avançadas em termos de relação custo-benefício.

À medida que a tecnologia amadurece, espera-se que o seu preço seja globalmente mais amigável, apesar das flutuações na oferta e procura do mercado.

Para muitas instalações residenciais, comerciais e até mesmo de grande escala, o equilíbrio entre custo e desempenho fornecido pelos painéis PERC muitas vezes os torna a escolha certa. 

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