Sursa: regglobal.co
Raportul index al modulelor PV al Centrului de testare a energiei regenerabile (RETC) 2022
Acesta este un extras din Raportul 2022 al Modulului PV al Renewable Energy Test Center (RETC). Raportul PV Module Index din acest an, explorează trei subiecte interdependente — module fotovoltaice de tip n, criminalistica de teren și vreme extremă — care demonstrează unele dintre riscurile tehnice inevitabile. asociat cu dezvoltarea proiectelor solare. Aceste subiecte oportune elucidează, de asemenea, valoarea unei abordări bazate pe date a managementului riscului.
Evaluarea noilor module fotovoltaice de tip N
Capacitatea continuă a industriei solare de a reduce costurile în timp ce îmbunătățește performanța este principalul motiv pentru care energia solară a reprezentat cea mai mare parte din noua capacitate de generare a energiei electrice din SUA în 2021. Această tendință este cel mai bine exemplificată prin schimbările continue ale designului modulelor și tehnologiilor celulare. Anul trecut, de exemplu, RETC a explorat beneficiile și provocările dezvoltării și implementării modulelor de format mare, despre care mulți analiști se așteaptă că vor domina piața în următorii ani. Anul acesta, RETC monitorizează îndeaproape o altă tendință tehnologică care câștigă rapid acțiune și acceptare pe piață, creșterea celulelor fotovoltaice de tip n de generație următoare cu contacte pasivante.
Ascensiunea TOPCon
Mulți analiști din industrie și oameni de știință din materiale cred că modelele emergente de celule fotovoltaice de tip n sunt următoarea progresie logică pe foaia de parcurs al tehnologiei fotovoltaice. În 2013, cercetătorii de la Institutul Fraunhofer pentru Sisteme de Energie Solară din Germania au prezentat o metodă de producere a celulelor solare de siliciu de înaltă eficiență de tip n, cu o nouă structură de contact pasivată cu oxid de tunel (TOPCon). Datorită pasivării excelente a suprafeței și transportului efectiv al purtătorului, acest design nou al celulei a obținut note mari pentru tensiunea în circuit deschis (Voc), factorul de umplere și eficiența. La mai puțin de un deceniu mai târziu, TOPCon este cel mai popular cuvânt din domeniul solar. Cei mai mari producători de module din lume încep producția în volum de module fotovoltaice cu celule TOPCon. În timp ce LONGi Solar pariază foarte mult pe TOPCon de tip p, multe alte companii de top de module, cum ar fi Jinko Solar, Jollywood Solar Technology, JA Solar și Trina Solar, fac investiții substanțiale în module cu design de celule TOPCon de tip n. Acest pivot colectiv pe piață se datorează în primul rând aplatizării curbelor de eficiență pentru modulele emițătorului pasivat de tip p și celulelor de contact din spate (PERC). Deși acestea au dominat piața în ultimii ani, producătorii încep să atingă limitele fizice ale modelelor de celule mono PERC de tip p. Tranziția la celule TOPCon de tip n va permite companiilor de module să sporească eficiența celulelor în continuare în laborator și în producția de masă.
Beneficiile celulelor de tip N
Producătorii de energie solară au recunoscut de mult timp potențialele beneficii ale eficienței celulelor fotovoltaice de tip n. De exemplu, Sanyo a început să dezvolte celule fotovoltaice cu tehnologie de heterojuncție de tip n (HJT) în anii 1980. În plus, SunPower și-a construit celulele fotovoltaice de contact din spate interdigitate (IBC) pe o bază de siliciu de tip n de înaltă puritate. Datorită complexității de producție implicate, modulele fotovoltaice de înaltă eficiență bazate pe modele de celule HJT și IBC de tip n sunt relativ costisitoare de produs și rămân o parte de nișă a pieței. Prin comparație, fabricarea celulelor TOPCon de tip n este foarte similară cu procesul PERC. Ca rezultat, producătorii pot produce aceste module TOPCon de înaltă eficiență de ultimă generație pe liniile de producție PERC modernizate.
Deși modulele TOPCon de tip n de astăzi costă puțin mai mult pentru a fi produse pe o bază de watt decât modulele mono PERC de tip p, câștigurile de eficiență au ca rezultat un cost nivelat al energiei (LCOE) mai scăzut în implementările pe teren la scară largă. Cel mai bine, experții de top se așteaptă ca TOPCon de tip n să beneficieze de o curbă accelerată de învățare. Un avantaj material primar al celulelor TOPCon de tip n în comparație cu celulele mono PERC de tip p este o rată de degradare mai scăzută datorită unei susceptibilități scăzute atât la degradarea indusă de lumină (LID), cât și la degradarea indusă de lumină și temperatură ridicată (LeTID). Avantajele suplimentare pot include un factor de bifacialitate mai mare, precum și o performanță îmbunătățită atât în condiții de lumină scăzută, cât și în condiții de temperatură ridicată.
Riscurile adoptării timpurii
Majoritatea analiștilor se așteaptă ca modulele cu celule TOPCon de tip n să crească rapid cota de piață pe baza acestor avantaje de performanță. Cu toate acestea, tehnologiile emergente ale celulelor fotovoltaice – chiar și cele care în cele din urmă se dovedesc de succes în domeniu – prezintă invariabil mai multe riscuri decât tehnologiile mature și dovedite. Până când produsele sunt implementate la scară, există potențialul pentru mecanisme de degradare încă nedescoperite. Astăzi, de exemplu, inginerii și finanțatorii independenți consideră modulele PV mono PERC de tip p ca fiind o tehnologie stabilă și cu risc scăzut. Această evaluare nu a fost întotdeauna o opinie de consens. Versiunile timpurii ale modulelor mono PERC au avut probleme cu stabilitatea, în special LID și, în cazuri rare, LeTID. Aceste moduri de degradare mono PERC neașteptate demonstrează riscurile de performanță cu care se confruntă utilizatorii timpurii cu noile tehnologii.
În timp ce celulele PV TOPCon de tip n s-au dovedit rezistente la LID și LeTID, există unele dovezi ale susceptibilității la degradarea indusă de ultraviolete. De exemplu, cercetătorii de la SLAC National Accelerator Laboratory și National Renewable Energy Laboratory (NREL) au documentat pierderile de putere din față și din spate în tehnologiile avansate ale celulelor solare, după testele de expunere la UV accelerate artificial. Aceste date nu indică un singur mecanism de degradare, dar sugerează că diferite modele de celule se degradează prin căi diferite.
Analiza criminalistică a performanței pe teren
Analiza criminalistică este o investigație detaliată care urmărește să stabilească cauza principală a performanței insuficiente a sistemului fotovoltaic. În multe cazuri, defecțiunile invertorului sau estimările inexacte ale producției sunt de vină pentru performanța insuficientă reală sau percepută a sistemului.
Evaluare de bază
Una dintre cele mai bune modalități pentru părțile interesate de proiect de a reduce riscul proiectului este de a angaja o terță parte calificată pentru a efectua o evaluare a stării de bază a modulului în timpul punerii în funcțiune a proiectului. Prin captarea măsurătorilor de înaltă calitate înainte de operațiunile comerciale, o evaluare criminalistică de bază oferă beneficii atât pe termen scurt, cât și pe termen lung pe durata de viață a unui sistem de energie fotovoltaică. Pe termen scurt, o evaluare de bază a punerii în funcțiune îmbunătățește acuratețea estimărilor performanței sistemului.
Testare EL în timpul zilei
Testarea electroluminiscenței (EL) utilizează un sistem special de cameră pentru a documenta emisiile de lumină care apar atunci când un curent electric trece prin celulele fotovoltaice. Testarea EL are o istorie lungă în laborator, unde este folosită pentru a detecta o gamă largă de defecte ascunse ale modulelor. Odată relegat în medii interioare controlate, testarea EL este din ce în ce mai frecventă în investigațiile criminalistice de teren. Imagistica EL în timpul zilei oferă două beneficii distincte față de abordările anterioare. În primul rând, metodologia noastră de testare EL permite tehnicienilor să testeze modulele in situ, ceea ce accelerează procesul de testare și elimină deteriorarea celulelor din cauza înlăturării și manipulării modulelor. În al doilea rând, testarea EL în timpul zilei elimină necesitatea de a testa modulele în întunericul nopții, îmbunătățind și mai mult siguranța și debitul.
Rezultatele testelor EL în teren sunt valoroase pentru identificarea defectelor majore de fabricație, daunelor de transport și transport în afara locului, manipularea materialelor la fața locului sau daune la instalare sau daune rezultate din evenimente meteorologice severe, cum ar fi grindina, vântul sau zăpada. Aceste imagini EL permit părților interesate din proiect să identifice deteriorarea celulelor care pot duce la neconformități termice, puncte fierbinți și performanțe insuficiente ale modulelor viitoare. Atunci când sunt documentate și raportate în mod adecvat, imaginile EL de la terți pot ajuta la soluționarea cererilor de garanție și asigurare. Spre deosebire de imaginile aeriene în infraroșu (IR), care identifică doar locațiile potențiale ale problemelor de performanță, investigațiile EL în timpul zilei elucidează cauzele fundamentale ale performanței insuficiente. Aceste constatări beneficiază părțile interesate de proiect prin accelerarea rezolvării problemelor și reducerea la minimum a pierderilor de producție.
Întreținere predictivă
Criminalistica performanței pe teren terță parte este deosebit de practică atunci când este cuplată cu o platformă robustă de monitorizare și protocoale de întreținere predictivă. Pe măsură ce modulele fotovoltaice îmbătrânesc, activele aflate pe teren sunt expuse unui risc crescut de performanță scăzută. Microcracarea celulelor adesea nu afectează performanța modulelor atunci când modulele sunt noi, dar nu este neapărat cazul pe măsură ce sistemele îmbătrânesc. După 5 sau 10 ani pe teren, unele module continuă să funcționeze conform așteptărilor, în timp ce altele suferă de degradare accelerată.
Diferenția dintre modulele „bune” și modulele „rele” nu este o chestiune simplă, mai ales în sistemele implementate după ce Departamentul de Comerț al SUA și-a adoptat politicile AD/CVD. Proiectele mari care par să aibă un singur furnizor de module pot, de fapt, să integreze module fabricate folosind celule provenite de la o duzină de furnizori diferiți. Având în vedere că fiecare listă de materiale (BOM) este unică, fiecare are un profil de risc diferit.
Atenuarea riscurilor meteorologice extreme
Nimeni nu înțelege pericolele naturale asociate cu implementările solare mai bine decât specialiștii în asigurări de energie regenerabilă, cum ar fi GCube Insurance. Conform raportului de piață al companiei din 2021, „Hail or High Water: The Rising Scale of Extreme Weather and Natural Catastrophe Losses in Renewable Energy”, daunele de asigurări legate de vreme au crescut ca frecvență și severitate, deoarece proiectele solare au crescut ca frecvență, dimensiune și distributie geografica. Având în vedere creșterea rapidă a pieței solare la nivel global, o creștere proporțională a cererilor de asigurare solară nu este complet neașteptată. Cu toate acestea, cauza principală a cererilor de asigurare solară a surprins unii dintre cei din industria asigurărilor. Mai exact, din 2015, pierderile asigurate asociate cu fenomenele meteorologice extreme sunt de aproximativ două ori mai mari decât cele rezultate din catastrofe naturale.
În timp ce evenimentele meteorologice extreme duc la mai multe pierderi asigurate decât catastrofele naturale, daunele de asigurare asociate categoriei de pierderi meteorologice severe nu sunt inevitabile. Părțile interesate de proiect pot preveni sau atenua multe pierderi extreme de vreme prin exercitarea unei atenții și previziuni rezonabile în selectarea produselor și proiectarea sistemului. În plus, specialiștii în reducerea riscurilor pot ajuta investitorii de capital fiscal și companiile de asigurări să înțeleagă riscurile financiare asociate cu vremea severă.
Testare comparativă
Selectarea strategică a produselor este un prim pas esențial pentru atenuarea principalelor cauze ale pierderilor meteorologice extreme. Rezultatele testelor RETC de bancabilitate și dincolo de certificare demonstrează modul în care diferitele modele de module fotovoltaice sau combinații de module și rafturi rezistă acestor tipuri diferite de solicitări de mediu. Aceste diferențe sunt esențiale în contextul atenuării riscurilor meteorologice extreme.
Exemple de pericole meteorologice extreme care pot fi prevenite includ vântul, grindina și zăpada. Pe baza frecvenței cererilor de despăgubire, evenimentele de vânt puternic sunt o cauză principală a pierderilor asigurate în activele solare aflate pe teren. Pe baza gravității pierderilor, o furtună de grindină mediatizată pe scară largă în West Texas a deteriorat aproximativ 400 de000 module fotovoltaice, rezultând cea mai mare reclamație de asigurare solară de până acum. Zăpada este un pericol relativ mai mic în general, dar prezintă riscuri semnificative la anumite altitudini sau latitudini.
Scopul testării comparative și accelerate este de a împuternici părțile interesate de proiect să identifice și să specifice cele mai bune produse și proiecte de sisteme pentru aplicații și medii specifice. Modulele care funcționează bine la testarea dinamică a sarcinii mecanice sunt potrivite pentru implementare în medii cu vânt puternic. Modulele care funcționează bine în secvența de testare a durabilității grindinei (HDT) de la RETC sunt potrivite pentru implementare în regiunile predispuse la grindină. Modulele care funcționează bine la testele de sarcină mecanică sunt cele mai potrivite pentru a rezista la sarcinile asociate cu gheața și zăpada. Modulele care nu funcţionează bine la aceste două teste nu sunt produse „rele”, mai ales în aplicarea corectă. Modulele întărite împotriva vântului și a grindinii implică adesea costuri de producție mai mari. Condițiile pentru o instalație din Valea Centrală a Californiei, care rareori se confruntă cu vânturi puternice, grindină sau zăpadă, ar putea să nu justifice aceste costuri suplimentare.
Pentru a atenua riscurile lanțului de aprovizionare, dezvoltatorii evaluează și aprovizionează adesea o varietate de modele și furnizori de module fotovoltaice. Susceptibilitatea extremă la vreme va varia în cadrul acestui portofoliu de module fotovoltaice selectate. Acordând atenție acestor diferențe, dezvoltatorii pot direcționa modulele întărite de vânt, grindină sau zăpadă, respectiv către locurile predispuse la vânt, grindină sau zăpadă. Acest tip de desfășurare selectivă este o modalitate relativ simplă și rentabilă de a reduce riscurile meteorologice extreme.
Strategii de depozitare defensive
După filtrarea și implementarea selectivă a modulelor bazate pe rezistența la condițiile specifice site-ului, părțile interesate din proiect pot implementa strategii de control software adaptate la vreme pentru a reduce și mai mult riscurile meteorologice extreme în aplicațiile de utilitate mari. Multe sisteme fotovoltaice la scară largă integrează trackere cu o singură axă controlate inteligent care utilizează software pentru a urmări soarele evitând în același timp auto-umbrirea. Pe măsură ce daunele de asigurări legate de vreme au crescut, producătorii de sisteme de urmărire lideri din industrie au implementat răspunsuri noi de control software, cum ar fi moduri de depozitare defensivă sau de depozitare a încărcăturii specifice amenințărilor.
Datorită naturii extrem de localizate și în mișcare rapidă a evenimentelor de vânt puternic și a furtunilor cu grindină, alertele meteorologice severe oferă adesea operatorilor de instalații puține avertismente prealabile. În plus, tipurile de furtuni care produc vânturi puternice și grindină mare duc adesea la căderea liniilor electrice și la pierderea alimentării cu curent alternativ. Controalele active ale software-ului pot aborda aceste provocări și pot oferi o reducere eficientă a riscurilor cu funcții ale produsului, cum ar fi inițierea locală sau de la distanță, timpii de răspuns rapid și backup-ul de siguranță a bateriei. De asemenea, este important să luați în considerare riscurile meteorologice coincidente.
Deși industria asigurărilor s-a bazat mult timp pe evaluările probabilistice ale riscurilor pentru a oferi o acoperire durabilă, provocarea reprezentată de proiectele solare este dublă. În primul rând, sunt disponibile date istorice limitate pentru a înțelege riscurile meteorologice extreme, mai ales având în vedere rata schimbărilor tehnologice și expansiunea pieței. În al doilea rând, datele despre catastrofe naturale pe care se bazează în mod obișnuit asigurătorii nu surprind evenimente meteorologice extreme „necategorizate”.
Calitatea modulului
Produsele care par similare pe hârtie pot funcționa foarte diferit în lumea reală. Un angajament de producție față de calitate explică adesea aceste diferențe. Derularea unui număr tot mai mare de proiecte solare de capacitate mai mare în locații de pe tot globul nu este lipsită de riscuri. Atenuarea riscului specific locației necesită aplicarea strategică a produselor și tehnologiilor. O abordare universală a proiectării produselor și dezvoltării proiectelor crește invariabil profilurile de risc ale proiectului. Diferențierea strategică a produselor îmbunătățește rezistența proiectului.
Modulele și sistemele întărite de grindină atenuează riscul proiectului în regiunile predispuse la grindină, cum ar fi West Texas. Proiectele de produse și sisteme care rezistă efectelor dinamice ale vântului reduc riscul proiectului în locații cu vânt puternic din întreaga lume. Proiectele de produse și sisteme care rezistă la sarcini mecanice statice mari reduc riscurile de defecțiuni catastrofale în locații cu zăpadă extremă. Produsele rezistente la coroziune prelungesc durata de viață în zonele de coastă.
Laboratoarele de testare folosesc echipamente calibrate și certificate în condiții de testare auditate și controlate. Caracteristicile surprinse în aceste condiții riguroase reprezintă măsura adecvată a performanței modulelor fotovoltaice și oferă valoare mai multor părți interesate ale proiectului. În timp ce testarea din fabrică conform parametrilor condițiilor standard de testare (STC) este ideală pentru stabilirea evaluărilor de pe plăcuța de identificare a modulului, rezultatele testelor din fabrică nu caracterizează condițiile tipice de funcționare a modulului. Pentru a modela cu precizie performanța sistemului în lumea reală, este esențial să înțelegem modul în care modulele funcționează în condiții de iradiere scăzută sau în legătură cu schimbarea unghiurilor solare. În plus, este esențial să se caracterizeze performanța modulului în condiții de testare care reflectă condițiile de funcționare în care sistemele fotovoltaice produc de obicei randamente energetice optime. De asemenea, este esențial să înțelegem modul în care expunerea pe termen scurt la soare și degradarea rezultată afectează performanțele PV în câmp.
Pe parcursul ediției din 2022 a Raportului indicelui modulului fotovoltaic, RETC a recunoscut 9 producători diferiți și a prezentat 61 de exemple de realizare înaltă în producție. Pentru a identifica cele mai bune dintre cele mai bune, a revizuit și a clasat distribuțiile generale de date în toate cele trei discipline: calitate, performanță și fiabilitate. Matricea rezultatelor generale evidențiază șase performanți de top pe baza realizării generale înalte în producție: JA Solar, JinkoSolar, LONGi Solar, Hanwha Q CELLS, Trina Solar și Yingli Solar.
