COSA SONO I MODULI FOTOVOLTAICI HJT?

L’acronimo HJT sta per Hetero Junction Technology e fa riferimento ad una tecnologia con celle solari a eterogiunzione. L’eterogiunzione si crea dalla combinazione di materiali aventi gap energetici diversi, con il wafer di silicio monocristallino circondato da strati di silicio amorfo. Ciò consente di ottenere rendimenti superiori e aumentare l’efficienza dei pannelli fotovoltaici.

COME NASCE LA TECNOLOGIA

L’idea fu sviluppata dalla società giapponese Sanyo negli anni ’80 e successivamente introdotta sul mercato con il nome di HIT “Heterojunction with Intrinsic Thin-layer technology”. I primi moduli HIT, commercializzati alla fine degli anni Novanta, avevano una potenza di 170W e un’efficienza del 14,4%. Nel 1996 Sanyo fu acquisita da Panasonic, che continua ad utilizzare il marchio HIT per i nuovi modelli. Dopo il 2010, scaduti i brevetti Sanyo/Panasonic, molti altri produttori di apparecchiature solari hanno iniziato a lavorare e implementare questa tecnologia.

DIFFERENZE CON PERC

La tecnologia HJT, combinando le qualità del silicio cristallino con quelle del silicio amorfo, permette di ottenere rendimenti nettamente superiori in confronto ai comuni moduli PERC, mantenendo il prezzo €/W pressoché invariato. Vediamo perché partendo proprio dalla struttura della cella fotovoltaica.

Le differenze tra celle di tipo p dei moduli PERC e le celle di tipo n dei moduli HJT
Le celle di tipo p sono ancora quelle più diffuse sul mercato, essendo presenti da ormai quattro decenni. Il loro nome fa riferimento al fatto che sono costruite su una base di silicio con carica positiva ed il wafer è ‘drogato’ con boro. Ma i lingotti di silicio, quando vengono prodotti, tendono ad avere grosse concentrazioni di ossigeno dissolto derivanti dal quarzo del nocciolo, dov’era fuso il silicio. In presenza di silicio drogato con boro, l’ossigeno forma così un’area di ricombinazione, conosciuta come difetto dovuto alla combinazione boro-ossigeno, che ne danneggia l’efficienza. Usando celle di tipo n drogate con il fosforo, questo difetto sparisce.

Altro fattore distintivo è l’efficienza di conversione della cella fotovoltaica, cioè la percentuale di energia solare che riesce a convertire in elettricità utilizzabile. La tecnologia PERC ha già raggiunto il limite massimo del 23% circa di efficienza delle celle, mentre l’implementazione della tecnologia HJT ha già portato a raggiungere un’efficienza del 24,75% che si prevede aumenterà fino al 26% nel 2023.

Nella produzione industriale di moduli in HJT, la bassa temperatura di lavorazione consente la manipolazione di wafer di silicio di spessore inferiore a 100 μm (rispetto ai 180 μm di PERC) mantenendo un’elevata resa.

Inoltre i moduli HJT garantiscono un migliore coefficiente di temperatura ( -0,26%/°C rispetto allo -0,36%/°C di media dei moduli PERC) parametro che permette di calcolare la perdita della resa di un pannello fotovoltaico all’aumentare della temperatura. Tutti i pannelli sono infatti composti da silicio cristallino, materiale influenzato dalle variazioni termiche: quando la temperatura aumenta, la potenza dei pannelli diminuisce perché la tensione di ogni cella cala. Il basso coefficiente garantisce che il modulo HJT generi tra il 3 e il 4% in più di elettricità rispetto ai moduli PERC se sottoposto ad elevate temperature.

I processi di produzione di moduli PERC e HJT sono molto diversi, per cui lavorare sulla tecnologia HJT richiede un investimento di capitale significativo in nuove apparecchiature per avviare la produzioni di massa. Ma a causa del minor numero di fasi di elaborazione delle celle di HJT ( 4 step produttivi rispetto ai 10 delle altre tecnologie) e delle temperature di elaborazione delle celle molto più basse, questa architettura ha il potenziale di semplificare le attuali linee di produzione di celle solari e abbassare le emissioni di carbonio.

CARATTERISTICHE PRESTAZIONALI HJT

Il modulo fotovoltaico Heterojunction presenta una tecnologia all’avanguardia che garantisce prestazioni elevate e bassa degradazione del modulo fotovoltaico, migliorando sostanzialmente i risultati e la resa nel tempo il che si traduce direttamente in affidabilità operativa, durata e ritorno sugli investimenti.

– Rendimento: maggiore efficienza di conversione, anche ad elevate temperature, aspetto di grande importanza nelle installazioni, perché in condizioni reali i moduli funzionano a temperature notevolmente superiori a quelle previste dagli standard STC in cui sono testati.

– Nessun effetto LID: Light Induced Degradation (Degrado indotto dalla luce solare), le celle solari di tipo n sono immuni dal LID proprio per l’assenza del difetto di combinazione boro-ossigeno. Inoltre HJT non presenta rischi di Hot Spots.

–Nessun effetto PID: Potential Induced Degradation (Degrado indotto dal potenziale), Il film TCO sulla cella HJT è conduttivo, quindi la carica non si polarizzerà sulla superficie e il materiale utilizzato come incapsulante è EPE con elevate prestazioni impermeabili. Con il design a doppio vetro, il materiale all’interno dei moduli non sarà corroso, quindi è possibile prevenire l’effetto PID.

–LCOE più basso: maggior durabilità ed elevate prestazioni di un impianto realizzato con moduli HJT rendono inferiore il costo medio necessario per finanziarlo e mantenerlo nel corso della sua vita utile, in rapporto alla quantità totale di energia generata durante lo stesso intervallo di tempo.

–Bifaccialità: la naturale struttura bifacciale permette ai moduli di catturare la luce da entrambi i lati del pannello. Con un fattore di bifaccialità fino al 95% si ottiene fino al 30% in più di rendimento energetico anche in condizioni di scarsa luminosità, al mattino, durante le ore serali e con cieli nuvolosi. Il doppio vetro ha inoltre il vantaggio di ridurre le problematiche dovute all’effetto PID, irrigidire strutturalmente il pannello con meno stress meccanici sia in fase di trasporto che di montaggio e renderlo completamente incombustibile.

–Tasso di degrado annuale molto basso: circa l’1% di attenuazione nel primo anno, dal secondo anno in poi tasso di degradazione inferiore dello 0,4%. Questo significa un rendimento del modulo non inferiore all’88% fino a 30 anni.

QUOTA DI MERCATO E PREVISIONI

Nel 2022 le celle PERC P-Type hanno ancora dominato il mercato dei moduli fotovoltaici, ma dal 2023, secondo gli esperti, assisteremo a un’inversione di tendenza.

I principali produttori hanno infatti rivelato di essere sicuri che si registrerà una maggiore diffusione delle tecnologie TOPcon e HJT, due varianti di celle N-type.

A conferma delle previsioni di una maggiore penetrazione della tecnologia N-type ci sono anche i piani di espansione delle linee produttive da parte dei principali produttori mondiali di moduli. In Cina la maggioranza dei produttori ha già aperto fabbriche e avviato la produzione di moduli N-Type in HJT.

Anche in Europa però ci sono esempi di player che stanno implementando le linee per una maggiore penetrazione sul mercato dei moduli di tipo N.

Enel Green Power si prepara, entro luglio 2024, a rendere la 3Sun di Catania il più grande impianto europeo per la produzione di moduli bifacciali HJT.

APPLICAZIONI PANNELLI HJT

Un maggior rendimento dei pannelli comporta una serie di vantaggi, primo tra tutti il risparmio di spazio. Basti pensare allo spazio limitato dei condomini nei centri urbani e alla sempre maggiore richiesta di energia delle utenze.

I moduli HJT ad alto rendimento possono dunque essere installati sui tetti dei condomini, dove ridurre la superficie occupata ma produrre un’ingente quantità di energia è determinante.

Le caratteristiche illustrate li rendono poi perfetti per impianti commerciali e industriali, ma soprattutto per parchi fotovoltaici e soluzioni destinate al settore utility scale.

È stato inoltre recentemente approvato dal MASE la proposta di decreto che mira ad incentivare progetti agrivoltaici innovativi: ad essere sostenute con le risorse del PNRR saranno in particolare le soluzioni costruttive innovative, prevalentemente a struttura verticale e con moduli ad alta efficienza.