Zdroj: roedl.com
Okrem potenciálu na dosiahnutie znížených vyrovnaných nákladov na energiu (LCOE) ponúkajú bifaciálne fotovoltaické moduly nové možnosti inštalácie a marketingu. To zase prichádza so súvisiacimi výhodami, ako sú dodatočné výnosy a vyššia hustota výkonu. Vertikálne namontované bifaciálne moduly navyše vďaka svojmu špeciálnemu profilu výroby energie ponúkajú cenové výhody elektriny v časoch, keď sa elektrina musí uvádzať na trh bez podpory EEG, a môžu pomôcť otvoriť nové využitie pre inak nedostupné oblasti.
Základné informácie
V princípe sú bifaciálne fotovoltaické (PV) moduly jednoducho PV moduly, ktorých úplný zadný kontakt bol nahradený kontaktom na odtlačky prstov. To znamená, že aj zadná časť panelu môže byť vystavená slnečnému žiareniu a môže byť použitá na výrobu energie. To, koľko slnečného žiarenia bude prijímať zadná strana panelu, závisí predovšetkým od odrazivosti okolitého povrchu a od spôsobu montáže modulov. Takzvaná hodnota albeda je mierou toho, ako dobre povrch odráža slnečné žiarenie. Napríklad hodnota albeda je cca. 10 % pre vysoké slnko nad hlbokou vodou, 10 % - 30 % pre lúky a až 75 % - 95 % pre čerstvo napadnutý sneh.1Hodnota albeda okolitého povrchu je významným faktorom pre zisk výnosu (pozri obrázok2).
Ďalším faktorom je takzvaný "faktor bifaciality", ktorý je mierou toho, koľko energie vyprodukuje zadná časť panelu v porovnaní s prednou časťou panelu. V súčasnosti sa v bifaciálnych moduloch faktory obojstrannosti bežne pohybujú medzi 70 % a 95 %. Napríklad faktor bifaciality 95 % znamená, že za rovnakých podmienok bude zadná časť produkovať iba 95 % energie vyrobenej prednou časťou. V konečnom dôsledku však záleží na výnose a tu, ak je zariadenie umiestnené priaznivo v ideálnych podmienkach inštalácie (vysoká hodnota albeda, napr. sneh alebo svetlý povrch strechy, perfektná orientácia, žiadne tienenie), možné hodnoty zisk z výnosu sa môže pohybovať medzi 30 % a 50 % pa3V Nemecku by sa však skôr malo očakávať, že výnos sa bude pohybovať medzi 5 % a 15 % pa, v závislosti od konštrukcie systému a povrchu pod modulom.
Základné úvahy o vplyve albeda na výnos
Inovatívne návrhy systémov
Na bifaciálnych moduloch je zvláštne, že okrem výnosov generovaných zo zadnej strany ponúka tento typ modulu aj ďalšie možnosti inštalácie. Najradikálnejšou zmenou oproti bežným panelom je určite vertikálna inštalácia. Najbežnejšia je východná/západná orientácia panelov. To prináša dva hlavné rozdiely v porovnaní s konvenčným usporiadaním.
Po prvé, vertikálne usporiadanie zahŕňa zmenený výrobný profil. Namiesto jediného poludňajšieho maxima sa teraz vyrábajú dva vrcholy: jeden ráno a jeden popoludní, hoci produkcia okolo poludnia zostáva pomerne vysoká. Okrem skutočnosti, že niekoľko porovnateľných elektrární vytvára výnosy medzi 5 % a 10 %, skutočnou výhodou je, že sa teraz vyrába viac elektriny pri všeobecne rastúcich spotových trhových cenách. V Nemecku a na celom svete je vidieť, že stále viac elektrární sa plánuje alebo stavia bez podpory EEG.4 V prípade týchto elektrární bude dôležitá budúca cena elektriny kótovaná na burze elektriny. úvahy týkajúce sa ziskovosti. Rozhodujúcim faktorom sa môže stať schopnosť vyhnúť sa takzvanému „kanibalizačnému efektu“ (tj pokles poludňajšej špičkovej ceny až na úroveň negatívnych cien) FV elektrární. charakteru problému nedotovaných cien elektriny.5
Konvenčná vs. vertikálna inštalácia: Profil výroby energie a ceny na spotovom trhu k 26.05.2017; Zdroj:/Next2Sun
Ďalším podstatným rozdielom je zmena využitia pôdy. V porovnaní s konvenčne montovanými panelmi vyžadujú vertikálne montované bifaciálne moduly výrazne väčší rozstup riadkov, aby sa predišlo nadmernému samozakrývaniu. Na jednej strane to vedie k nižšej miere využívania pôdy a na druhej strane je to práve väčšia medziriadková vzdialenosť, ktorá pomáha pôde zostať aspoň s určitými obmedzeniami využiteľná na poľnohospodárske účely. Udržanie poľnohospodárskej produktivity v konečnom dôsledku znamená možnosť zníženia nákladov na prenájom pôdy v porovnaní s klasickými elektrárňami a tým možnosť čeliť narastajúcemu problému spotreby pôdy na základe inovatívneho modelu spolupráce. Pretože sa tvorcovia projektov zvyčajne snažia pri predaji elektrárne dosiahnuť maximálnu inštalovanú kapacitu, aby optimalizovali marže, tento koncept bude pre dodávateľov energie zaujímavejší. Populárne pochybnosti o spotrebe pôdy tak môžu byť rozptýlené. Zaujímavý je tu koncept spolupráce s poľnohospodárskymi družstvami, ktoré vlastnia obrovské plochy pôdy, napr. vo východnom Nemecku.
Ďalšou výhodou vertikálnej montáže je minimalizácia strát spôsobených ukladaním snehu na
povrchu modulov. Navyše, podľa počiatočných štúdií sú straty spôsobené znečistením výrazne nižšie (to je relevantné v púštnych oblastiach).6
Vhodnosť obojstranných modulov pre použitie v určitých typoch elektrární závisí nielen od toho, že sú použité obe strany panelu, ale aj od priehľadnosti modulu sklo-sklo. Preto sú najvhodnejšie pre inštaláciu v prístavoch pre autá, na protihlukových stenách, ako prvky budov, v Plávajúcom FV7, a tiež v spomínanom Agro PV.
Štruktúra nákladov a výnosov
Pre účely porovnania analýza nákladovej a výnosovej štruktúry berie do úvahy konvenčný dizajn optimálne naklonených, južne orientovaných FV elektrární.
Pozorný čitateľ už v tomto bode usúdil, že inštalácia bifaciálnych modulov vyžaduje menej modulov z dôvodu vyššieho špecifického výnosu. To znižuje náklady na inštaláciu, BOS a prenájom pôdy.
Naproti tomu sú však ceny modulov vyššie, aktuálne okolo 10 %, čo by sa však mohlo z dlhodobého hľadiska aj zbližovať. Dôvodom je, že výrobný proces je veľmi podobný ako pri konvenčných moduloch3. V súčasnosti sú globálne výrobné kapacity orientované skôr na monofaciálne moduly. Účinok zníženia cien vyplývajúci z úspor z rozsahu preto zatiaľ nemal taký silný vplyv na bifaciálne moduly.
Malo by sa však preveriť od prípadu k prípadu, aký typ modulu a aký spôsob inštalácie zvoliť pre jednotlivé projekty. Ak sa elektrina predáva mimo schémy EEG, je rozumné – okrem stanovenia LCOE – pripraviť dlhodobú predpoveď ceny elektriny na určenie hodnoty vyrobenej elektriny.
V prípade vertikálne montovaných bifaciálnych modulov sú špecifické investičné náklady cca. o 10 % - 20 % vyššie a náklady na prenájom pôdy sú zhruba dvakrát vyššie v dôsledku väčšej potreby pôdy. V prípade nákladov na prenájom pôdy je možné zníženie nákladov v závislosti od toho, či je pozemok vhodný na poľnohospodárske účely a či je možné jeho ďalšie využívanie. Naproti tomu bifaciálne moduly ponúkajú cca. O 5 až 10 % vyššie výnosy a vyššie výnosy z predaja elektriny v čase vyšších cien elektriny. Okrem toho sa očakáva, že použitie modulov sklo-sklo povedie k dlhšej prevádzke
života.9
Pozitívna predpoveď pre bifaciálny podiel na trhu
Predpokladá sa, že význam bifaciálnych modulov bude celosvetovo narastať. Predpovede sa pohybujú od 20 %.
202610 na 40 % v roku 2025.11Okrem cenového rozdielu vznikajú ťažkosti aj z toho, že zatiaľ nie je vyriešená otázka bifaciálneho STC. Ďalšími problémami sú čistenie zadnej časti panelov a vznik horúcich miest spôsobených montážnou konštrukciou. Pozitívne je, že dodacie lehoty pre bifaciálne moduly sa normalizovali a simulácie výnosov poskytujú spoľahlivé hodnoty.
Záver: Bifaciálne FV elektrárne s novým dizajnom systému a obchodnými prípadmi
Obojstranné fotovoltaické moduly generujú viac energie na rovnakom povrchu modulu cez solárne aktívnu zadnú stranu panelu vďaka odrazivosti okolitého povrchu. Keď sú náklady na inštaláciu a BoS na rovnakej úrovni, vedie to k vyššiemu výnosu, ktorý bežne prevyšuje vyššie náklady na bifaciálne moduly. Okrem toho sú bifaciálne moduly predurčené na použitie v protihlukových stenách, plávajúcich FV elektrárňach a vertikálne montovaných
FV systémy. Pretože s vertikálne umiestnenými elektrárňami môže byť pôda naďalej využívaná na poľnohospodárske účely, eliminuje sa tým kontroverzný problém spotreby pôdy.12a tým zvyšuje šancu na získanie príslušných povolení. Výrobný profil tohto typu elektrární zároveň sľubuje vyššiu návratnosť výmeny elektriny, čo je atraktívne najmä v prípade elektrární prevádzkovaných mimo schémy podpory EEG. Preto je v zásade vhodné v každom prípade zvážiť v budúcich projektoch obojstranné FV moduly a ich vertikálnu montáž.
________________________________________________________________
1 Dobos, E. (1996) 'Albedo', Engineering (Londýn), 237 (7), s. 21. doi: 10.1081/E-ESS
2 Dupeyrat a kol., 2014; Skúmanie závislosti od albeda bifaciálneho výťažku PV
3 Guo, S., Walsh, TM a Peters, M. (2013) „Vertikálne namontované bifaciálne fotovoltaické moduly: globálna analýza“, Energy, 61, s. 447–454. doi:10.1016/j.energy.2013.08.040
Yusufoglu, UA, Pletzer, TM, Koduvelikulathu, LJ, Comparotto, C., Kopeček, R. a Kurz, H. (2015a) „Analýza ročného výkonu bifaciálnej
moduly a optimalizačné metódy“, IEEE Journal of Photovoltaics, 5(1), s. 320–328. doi: 10.1109/JPHOTOV.2014.2364406
Shoukry, I. (2015) Bifaciálne moduly – simulácia a experiment. Univerzita v Stuttgarte
4 https://www.pv-magazine.de/2019/03/04/enbw-plant-photovoltaik-anlagen-mit-400-megawatt-ohne-foerderung-in-deutschland/
5 https://www.pv-magazine.de/2019/03/01/photovoltaik-in-spanien-kurzer-ueberblick-ueber-einspeisetarife-sowie-projektentwicklung-und-finanzierung-von-freiflaechenanlagen/
6 Rabanal-Arabach, J., Mrcarica, M., Schneider, A., Kopeček, R. a Heckmann, M. (2016) „Potreba bezrámových montážnych štruktúr pre vertikálnu montáž bifaciálnych PV modulov“, v 32. EU PVSEC
7 „Floating PV – Schwimmende Photovoltaikanlagen als neuer Trend“ (EnEws: Ausgabe Februar 2019)
8 Na základe webinára PV Magazin zo dňa 25.10.2018; Slides abrufbar under: https://16iwyl195vvfgoqu3136p2ly-wpengine.netdna-ssl.com/wp-content/uploads/2018/10/2018-10-25-Bifacial-Webinar-SOLTEC.pdf
9 Next2Ne
10 International Technology Roadmap for Photovoltaic (ITRPV), marec 2019 [Daten für "true bifacial"]
11 https://www.bloomberg.com/news/articles/2018-05-17/watch-out-for-double-sided-solar-panels-taking-off-in-china
12 https://www.pv-magazine.de/2019/03/04/fdp-politiker-photovoltaik-anlagen-in-unseren-regionen-sind-verbrechen-an-der-menschheit/
