Fotovoltaik sistemlerin 10 yıllık geleceği (III) - Zafer ARIKAN

Fotovoltaik sistemlerin 10 yıllık geleceği (III) - Zafer ARIKAN

ZAFER ARIKAN 

Gelecek 10 yılda fotovoltaik PV sistemlerde neler yaşanacak? Bu sorulara cevap vermek amacıyla önceki haftalarda yayınladığımız değerlendirmelere üçüncü ve son bölümüyle devam ediyoruz. 

Yazı dizimizin üçüncü ve bu son bölümünde, fotovoltaik(PV) sistemi oluşturan malzemelerin üretim süreçlerindeki ve teknolojilerindeki yeniliklerden ve gelişmelerden söz edecek; bunların hücrelere ve panellere nasıl yansıdığı hakkında bazı bilgiler aktaracağım.

Süreçlerdeki muhtemel gelişmeler

  • Gelecekte silisyum kütük(ingot) boyutlarının artırılmasıyla üretim rakamlarında yani çıktı miktarlarında önemli bir artış sağlanacak.
  • Wafer üretim hızı sulu tip dilimleme/kesmede %30; elmas telli dilimleme/kesmede  ise %40’a yakın bir artış gösterecek. Çentik kayıplarının azaltılmasıyla, çıktı miktarının artmasının dışında wafer kalınlığının azaltılması ve çentik kayıplarının azalması, silisyum malzemenin daha ekonomik kullanımını sağlamış olacak. 
  • Hücre üretiminde, ön yüzdeki işlemlerin hızları ile arka yüzdeki işlemlerin hızları arasında, halen hücre üretiminde kullanılan makinaların işlem çıktı hızlarının farklı olması nedeniyle çıktı uyumsuzlukları söz konusudur. Bu durum hücre üretiminde maliyetlerin bir miktar artmasına neden olmaktadır. Bu nedenle çıktı hızlarının optimizasyonu çalışmalarına özel bir önem verilmektedir. Bu iyileştirmelerin sonucuna bağlı olarak, halen çalışmakta olan üretim tesislerdeki makinaların bir kısmının ileride buna uygun hale getirilmesi gerekecektir.
  • Hücre verimliliğinin optimizasyonu açısından güneşten gelen ışınların yansımalarının azaltılması zorunluluğu vardır. Zira güneşten gelen ışınların büyük bir kısmı silikon malzemeyle etkileşime girerken, bir kısmı da ön yüzeyden yansımakta ve işe yaramamaktadır. Bu nedenle hücre üretiminde ilk aşama olan “texturing” * işleminin geliştirilmesine oldukça fazla önem verilmektedir.  
  • Bir başka önemli konu da nerdeyse ömrünün sonuna gelmiş 3BB’lı hücreler yerine bugün daha yaygın kullanım alanı bulmuş olan 4BB’lı hücrelerin, önümüzdeki yıllarda da kullanılmaya devam edecek olması, ancak on yıl içinde bunların da bugünkü %50 pazar payı seviyesinden %15 seviyesine inerek, yerini 5-6 BB’lı ve BB’sız hücrelere bırakmış olacağı gerçeğidir.
  • Üretimdeki en önemli konuların başında verimliliğin hücreden panele geçişte bir miktar düşmesi gelmektedir. Oysa hücrelerin bir araya getirilmesiyle oluşan panellerde en yüksek çıkış gücünü elde etmek isteriz. Yapılan çalışmalar bugünkü CMR** değerlerinin, on yıl içerisinde artarak mono-Si için de %98’den ve mc-Si için %99,5’den %100 seviyesine çıkacağını göstermektedir.
  • Bilindiği gibi PV sistemle(GES) panel arasındaki elektriksel bağlantıyı JB(Junction Box) dediğimiz ekipman sağlamaktadır. Bu kutu içerisindeki diyotların elektriksel bağlantıları genellikle lehimleme ya da kaynak işlemiyle gerçekleştirilir. Önümüzdeki birkaç yıl içerisinde bugün kullanılmakta olan her bir panel için bir JB konsepti yerine, çoklu JB konseptine geçileceği anlaşılmaktadır.
  • Üretim maliyetlerinin düşürülmesi açısından, üretim hattının süreç kalite kontrolleri daha da önemli hale gelmiş bulunuyor. Özellikle ön yüzdeki AR(Anti Reflektif) kaplama kalite kontrolü ile wafer giriş kalite kontrolü; baskı kalitesi açısından da otomatik optik kontroller (AOI) ve ayrıca  EL testler ile IR görüntülemeler ileriki yıllarda çok daha yaygın uygulamalar haline gelecek.

Yeni teknolojilerin ve geliştirmelerin wafer, hücre ve panellere yansıması

  • On yıl sonra p-tipi mc-Si waferları artık görmeyeceğiz. Yüksek performanslı(HP) p-tipi mc-Si waferlar, p-tipi monomsu(monolike) waferlar ve n-tipi mono waferlar eşit oranlarda pazarı paylaşacaklar,
  • Bugün 156,75 x 156,75 mm2 olan wafer boyutları bir miktar büyüyerek 161,75 mm2 boyutlarına ulaşacak,
  • Hücre teknolojilerinin gelecek on yıldaki pazar payına baktığımızda;

 

  • Pazar payı %70’in üzerinde olan BSF hücrelerin payı %11 seviyesine inecek,
  • PERC/PERL/PERT hücrelerin pazar payı %15’ten %60’a çıkacak,
  • Silikon Heterojunction(HJ) hücrelerin pazar payı %2’den %15’e yükselecek,
  • Back Contact hücrelerin pazar payı da %2’den %9’a ulaşacak,
  • Silikon esaslı Tandem hücreler de pazardan %5 civarında bir pay alacak.

 

  • Hücre verimlilikleri yönünden, silisyum esaslı 156 x 156 mm2’lik hücrelerin verimliliği on yıl içinde aşağıdaki değerlere ulaşacak:

 

  • P-tipi mc-Si BSF hücrelerde %20,
  • P-tipi mc-Si PERC/PERT hücrelerde %21,5,
  • N-tipi mono-Si PERC/PERT/PERL hücrelerde %23,
  • N-tipi mono-Si Back Contact hücrelerde %26,
  • P-tipi mono-Si BSF hücrelerde %21,
  • P-tipi mono-Si PERC/PERT hücrelerde %23,
  • N-tipi mono-Si HJ(heterojunction) hücrelerde %24.

 

  • Pazar payları açısından tek yüzlü(monoface) ve çift yüzlü(bifacial)*** hücrelerin karşılaştırmasını yapacak olursak; tek yüzlü c-Si hücrelerin bugün %95 civarında olan pazar payı on yılda %70 seviyesine inerken, pazar payı henüz yüzde birkaç olan çift yüzlü hücreler yaklaşık %30 pazar payına ulaşacak.

 

  • Panellere baktığımızda, 156 x 156 mm2’lik 60 hücreden oluşan panellerin gücü de on yıl içerisinde hücre teknolojilerine bağlı olarak aşağıdaki gibi artacak:

 

  • P-tipi mc-Si BSF panellerde 300 Wp,
  • P-tipi mc-Si PERC/PERT panellerde 325 Wp,
  • N-tipi mono-Si PERC/PERT/PERL panellerde 340 Wp,
  • N-tipi mono-Si Back Contact panellerde 380 Wp,
  • P-tipi mono-Si BSF panellerde 310 Wp,
  • P-tipi mono-Si PERC/PERT panellerde 340 Wp,
  • N-tipi mono-Si HJ(heterojunction) panellerde 350 Wp.

 

  • Son olarak hücre sayıları açısından panellere baktığımızda, 60 hücreden oluşan panellerin pazar payı %70’lerden %30’a düşerken, 72 hücreden oluşan panellerin payı %30’lardan %60’lara yükselecek; bugün çok az rastladığımız 96 hücreli paneller ise %7-8 pazar payına ulaşacaktır.

H.Zafer ARIKAN / Enerji Günlüğü 

NOTLAR:

* Texturing: Güneş hücrelerinin imalatında, wafer’ların üretimi esnasında oluşan kirlenme ve tahribatın ya da ortaya çıkan kusurların etkilerini azaltmak ve ayrıca daha fazla elektrik üretimine imkan sağlamak üzere wafer cinsine göre değişik özellikteki kimyasal ortamlarda yapılan yüzey temizleme ve daha fazla günışığını almak için gerçekleştirilen piramit oluşturma işlemi.

**CMR: Cell to Module Ratio. Bu oran, “Panel Gücü/(hücre gücü x paneldeki hücre sayısı)” şeklinde tanımlanır.

***Bifacial cells: Her iki yüzü de ışığa duyarlı olan hücreler.