Zdroj: reglobal.co
Správa o indexe fotovoltického modulu testovacieho centra obnoviteľnej energie (RETC) za rok 2022
Toto je výňatok zo správy o indexe PV modulov 2022 (Renewable Energy Test Center, RETC). Tohtoročná správa o indexe PV modulov skúma tri vzájomne súvisiace témy – FV moduly typu n, terénnu forenznú analýzu a extrémne počasie – ktoré demonštrujú niektoré z nevyhnutných technických rizík. spojené s vývojom solárnych projektov. Tieto aktuálne témy tiež objasňujú hodnotu prístupu k riadeniu rizík založeného na údajoch.
Hodnotenie nových FV modulov typu N
Pokračujúca schopnosť solárneho priemyslu znižovať náklady a zároveň zlepšovať výkon je hlavným dôvodom, prečo solárna energia predstavovala najväčší podiel novej kapacity výroby elektriny v USA v roku 2021. Tento trend najlepšie ilustrujú neustále zmeny v dizajne modulov a technológiách článkov. Minulý rok napríklad RETC skúmala výhody a výzvy vývoja a nasadzovania veľkoformátových modulov, od ktorých mnohí analytici očakávajú, že budú v nasledujúcich rokoch dominovať na trhu. V tomto roku RETC pozorne sleduje ďalší technologický trend, ktorý si rýchlo získava na trhu trakciu a akceptáciu, vzostup novej generácie fotovoltických článkov typu n s pasivačnými kontaktmi.
Vzostup TOPConu
Mnoho priemyselných analytikov a materiálových vedcov verí, že vznikajúce návrhy fotovoltických článkov typu n sú ďalším logickým pokrokom v pláne technológie fotovoltiky. V roku 2013 vedci z nemeckého Fraunhoferovho inštitútu pre solárne energetické systémy predstavili metódu výroby vysoko účinných kremíkových solárnych článkov typu n s novou štruktúrou tunelového oxidu pasivovaného kontaktu (TOPCon). Vďaka vynikajúcej povrchovej pasivácii a efektívnemu transportu nosiča tento nový dizajn článku dosiahol vysoké známky pre napätie v otvorenom obvode (Voc), faktor plnenia a účinnosť. O menej ako desať rokov neskôr je TOPCon najpopulárnejším slovom v oblasti solárnej energie. Najväčší výrobcovia modulov na svete začínajú sériovú výrobu FV modulov s článkami TOPCon. Zatiaľ čo spoločnosť LONGi Solar vsádza vo veľkom na TOPCon typu p, mnoho ďalších popredných spoločností zaoberajúcich sa modulmi – ako napríklad Jinko Solar, Jollywood Solar Technology, JA Solar a Trina Solar – výrazne investuje do modulov s dizajnom článkov TOPCon typu n. Tento kolektívny kľúč na trhu je primárne spôsobený sploštenými krivkami účinnosti pre moduly s pasívnym žiaričom typu p a moduly PERC (zadný kontakt). Hoci tieto v posledných rokoch dominujú na trhu, výrobcovia začínajú dosahovať fyzikálne limity mono konštrukcií PERC buniek typu p. Prechod na články TOPCon typu n umožní spoločnostiam vyrábajúcim moduly ďalej zvýšiť účinnosť článkov v laboratóriu a pri hromadnej výrobe.
Výhody buniek typu N
Výrobcovia solárnej energie už dlho uznávajú potenciálne výhody účinnosti fotovoltických článkov typu n. Napríklad spoločnosť Sanyo začala v 80. rokoch vyvíjať PV články s technológiou heterojunkcie typu n (HJT). Okrem toho spoločnosť SunPower postavila svoje fotovoltické články s interdigitálnym zadným kontaktom (IBC) na báze vysoko čistého kremíka typu n. Vzhľadom na zložitosť výroby sú vysokoúčinné fotovoltické moduly založené na konštrukciách článkov HJT a IBC typu n relatívne drahé na výrobu a zostávajú okrajovou časťou trhu. Na porovnanie, výroba článkov TOPCon typu n je veľmi podobná procesu PERC. Výsledkom je, že výrobcovia môžu vyrábať tieto vysokoúčinné moduly TOPCon novej generácie na modernizovaných výrobných linkách PERC.
Hoci výroba dnešných modulov TOPCon typu n stojí o niečo viac na watt ako mono moduly PERC typu p, výsledkom zvýšenia efektívnosti sú nižšie vyrovnané náklady na energiu (LCOE) pri nasadení vo veľkom meradle. Najlepšie zo všetkého je, že poprední odborníci očakávajú, že n-type TOPCon bude ťažiť zo zrýchlenej krivky učenia. Primárnou materiálovou výhodou buniek TOPCon typu n v porovnaní s bunkami PERC mono typu p je nižšia rýchlosť degradácie v dôsledku zníženej náchylnosti na degradáciu indukovanú svetlom (LID) a degradáciu indukovanú svetlom a zvýšenou teplotou (LeTID). Ďalšie výhody môžu zahŕňať vyšší faktor bifaciality, ako aj zlepšený výkon pri slabom osvetlení aj pri vysokej teplote.
Riziká skorej adopcie
Väčšina analytikov očakáva, že moduly s článkami TOPCon typu n rýchlo zvýšia podiel na trhu na základe týchto výkonnostných výhod. Avšak vznikajúce technológie fotovoltických článkov – dokonca aj tie, ktoré sa v tejto oblasti nakoniec ukážu ako úspešné – so sebou vždy prinášajú väčšie riziko ako vyspelé a osvedčené technológie. Kým nebudú produkty nasadené vo veľkom rozsahu, existuje potenciál pre zatiaľ neobjavené degradačné mechanizmy. Dnes napríklad nezávislí inžinieri a finančníci považujú fotovoltaické moduly typu p mono PERC za stabilnú a nízkorizikovú technológiu. Toto hodnotenie nebolo vždy konsenzuálnym názorom. Skoré verzie mono modulov PERC mali problémy so stabilitou, najmä LID a v zriedkavých prípadoch aj LeTID. Tieto neočakávané mono režimy degradácie PERC demonštrujú výkonnostné riziká, ktorým čelia prví používatelia nových technológií.
Zatiaľ čo bunky TOPCon PV typu n sú odolné voči LID a LeTID, existujú určité dôkazy o náchylnosti na degradáciu vyvolanú ultrafialovým žiarením. Napríklad výskumníci z SLAC National Accelerator Laboratory a National Renewable Energy Laboratory (NREL) zdokumentovali stratu energie na prednej a zadnej strane v pokročilých technológiách solárnych článkov po umelo zrýchlenom testovaní vystavenia UV žiareniu. Tieto údaje nepoukazujú na jediný mechanizmus degradácie, ale naznačujú, že rôzne bunkové konštrukcie sa degradujú rôznymi cestami.
Forenzná analýza výkonu v teréne
Forenzná analýza je podrobné vyšetrovanie, ktoré sa snaží zistiť hlavnú príčinu nedostatočnej výkonnosti fotovoltického systému. V mnohých prípadoch sú za skutočný alebo domnelý nedostatočný výkon systému zodpovedné poruchy meniča alebo nepresné odhady výroby.
Základné hodnotenie
Jedným z najlepších spôsobov, ako môžu účastníci projektu znížiť riziko projektu, je zaangažovať kvalifikovanú tretiu stranu, aby vykonala hodnotenie zdravotného stavu základného modulu počas uvádzania projektu do prevádzky. Zachytením vysokokvalitných meraní pred komerčnou prevádzkou poskytuje základné forenzné hodnotenie krátkodobé aj dlhodobé výhody počas prevádzkovej životnosti fotovoltického systému. V krátkodobom horizonte, základné hodnotenie uvedenia do prevádzky zlepšuje presnosť odhadov výkonnosti systému.
Denné testovanie EL
Elektroluminiscenčné (EL) testovanie využíva špeciálny kamerový systém na dokumentáciu svetelných emisií, ktoré vznikajú pri prechode elektrického prúdu cez fotovoltické články. Testovanie EL má dlhú históriu v laboratóriu, kde sa používa na detekciu širokého spektra skrytých chýb modulov. Po odsunutí do kontrolovaného vnútorného prostredia je testovanie EL čoraz bežnejšie v terénnych forenzných vyšetrovaniach. Denné EL zobrazovanie poskytuje oproti skorším prístupom dve odlišné výhody. Po prvé, naša metodika testovania EL umožňuje technikom testovať moduly in situ, čo urýchľuje proces testovania a eliminuje poškodenie buniek v dôsledku odstraňovania modulu a manipulácie s ním. Po druhé, denné testovanie EL eliminuje potrebu testovania modulov v tme, čím sa ďalej zvyšuje bezpečnosť a priepustnosť.
Výsledky testovania EL v teréne sú cenné pri identifikácii veľkých výrobných chýb, poškodení pri preprave a preprave mimo lokality, poškodení pri manipulácii s materiálom alebo pri inštalácii alebo škôd spôsobených prudkými poveternostnými udalosťami, ako sú krupobitie, vietor alebo sneh. Tieto snímky EL umožňujú účastníkom projektu identifikovať poškodenie článkov, ktoré môže viesť k tepelným nezhodám, horúcim miestam a budúcemu nedostatočnému výkonu modulu. Pri adekvátnom zdokumentovaní a nahlásení môžu snímky EL tretích strán pomôcť pri riešení záručných a poistných nárokov. Na rozdiel od leteckých infračervených (IR) snímok, ktoré identifikujú iba potenciálne miesta problémov s výkonom, denné vyšetrovanie EL objasňuje hlavné príčiny nedostatočného výkonu. Tieto zistenia sú prínosom pre účastníkov projektu, pretože urýchľujú riešenie problémov a minimalizujú výrobné straty.
Prediktívna údržba
Forenzné analýzy výkonu v teréne od tretích strán sú obzvlášť praktické v spojení s robustnou monitorovacou platformou a protokolmi prediktívnej údržby. Ako FV moduly starnú, aktíva v teréne sú vystavené zvýšenému riziku nedostatočného výkonu. Mikrotrhanie buniek často neovplyvňuje výkon modulov, keď sú moduly nové, ale nemusí to tak nevyhnutne byť, pretože systémy starnú. Po 5 alebo 10 rokoch v teréne niektoré moduly naďalej fungujú podľa očakávania, zatiaľ čo iné trpia zrýchlenou degradáciou.
Rozlišovanie medzi „dobrými“ modulmi a „zlými“ modulmi nie je jednoduchá záležitosť, najmä v systémoch nasadených po tom, čo Ministerstvo obchodu USA uzákonilo svoje zásady AD/CVD. Veľké projekty, ktoré sa zdajú mať jediného dodávateľa modulov, môžu v skutočnosti integrovať moduly vyrobené s použitím článkov od tucta rôznych predajcov. Vzhľadom na to, že každý kusovník (BOM) je jedinečný, má každý iný rizikový profil.
Zmiernenie extrémnych poveternostných rizík
Nikto nerozumie prírodným rizikám spojeným so solárnym nasadením lepšie ako špecialisti na poistenie obnoviteľnej energie, ako je GCube Insurance. Podľa trhovej správy spoločnosti z roku 2021 „Krúpy alebo veľká voda: Rastúca škála strát extrémneho počasia a prírodných katastrof v oblasti obnoviteľnej energie“ sa počet poistných udalostí súvisiacich s počasím zvýšil čo do frekvencie a závažnosti, keďže solárne projekty sa zväčšovali čo do frekvencie, veľkosti a geografické rozloženie. Vzhľadom na rýchly rast trhu so solárnou energiou na celom svete nie je úmerný nárast poistných udalostí v oblasti solárneho poistenia úplne neočakávaný. Hlavná príčina poistných udalostí v oblasti solárneho poistenia však prekvapila niektorých zasvätencov z poisťovníctva. Konkrétne od roku 2015 sú poistné škody spojené s extrémnymi poveternostnými udalosťami zhruba dvojnásobne väčšie ako škody spôsobené prírodnými katastrofami.
Zatiaľ čo extrémne poveternostné udalosti majú za následok viac poistných strát ako prírodné katastrofy, nie je nevyhnutné vyhnúť sa poistným udalostiam spojeným s kategóriou vážnych strát. Zainteresované strany projektu môžu predchádzať mnohým extrémnym stratám počasia alebo ich zmierniť tým, že pri výbere produktov a návrhu systému budú postupovať s primeranou starostlivosťou a predvídavosťou. Špecialisti na zmierňovanie rizík navyše môžu pomôcť daňovým investorom a poisťovniam pochopiť finančné riziká spojené s nepriaznivým počasím.
Porovnávacie testovanie
Strategický výber produktov je základným prvým krokom na zmiernenie hlavných príčin extrémnych strát počasia. Výsledky testovania RETC a testovania nad rámec certifikácie demonštrujú, ako rôzne konštrukcie fotovoltických modulov alebo kombinácie modulov a regálov odolávajú týmto rôznym typom environmentálnych záťaží. Tieto rozdiely sú kritické v kontexte zmierňovania rizika extrémneho počasia.
Príklady extrémnych hrozieb počasia, ktorým sa dá predísť, zahŕňajú vietor, krupobitie a sneh. Na základe frekvencie škôd sú silné veterné udalosti hlavnou príčinou poistných strát v solárnych zariadeniach. Na základe závažnosti strát poškodilo široko propagované krupobitie v západnom Texase približne 400,{1}} fotovoltaických modulov, čo viedlo k doteraz najväčšej jednotlivej poistnej udalosti v oblasti solárneho poistenia. Sneh je celkovo relatívne menšie nebezpečenstvo, ale predstavuje značné riziko v konkrétnych nadmorských výškach alebo zemepisných šírkach.
Cieľom porovnávacieho a zrýchleného testovania je umožniť účastníkom projektu identifikovať a špecifikovať najlepšie produkty a návrhy systémov pre konkrétne aplikácie a prostredia. Moduly, ktoré dobre fungujú pri testovaní dynamického mechanického zaťaženia, sú vhodné na nasadenie v prostredí s vysokým vetrom. Moduly, ktoré fungujú dobre v sekvencii testu odolnosti proti krupobitiu (HDT) RETC, sú vhodné na nasadenie v oblastiach náchylných na krupobitie. Moduly, ktoré fungujú dobre v testoch mechanického zaťaženia, sú najvhodnejšie na odolávanie zaťaženiam spojeným s ľadom a snehom. Moduly, ktoré v týchto dvoch testoch nefungujú dobre, nie sú „zlými“ produktmi, najmä pri správnom použití. Moduly tvrdené proti vetru a krupobitiu často spôsobujú vyššie výrobné náklady. Podmienky pre inštaláciu v kalifornskom Central Valley, kde sa zriedka vyskytuje silný vietor, krupobitie alebo sneh, nemusia odôvodňovať tieto dodatočné náklady.
Na zmiernenie rizík dodávateľského reťazca vývojári často hodnotia a získavajú rôzne modely fotovoltických modulov a predajcov. Extrémna náchylnosť na počasie sa bude v rámci tohto portfólia vybraných fotovoltaických modulov líšiť. Keď vývojári venujú pozornosť týmto rozdielom, môžu nasmerovať moduly spevnené vetrom, krupobitím alebo snehom na miesta náchylné na vietor, krupobitie alebo sneh. Tento typ selektívneho nasadenia je relatívne jednoduchý a nákladovo efektívny spôsob, ako znížiť extrémne riziká počasia.
Stratégie defenzívneho stou
Po filtrovaní a selektívnom nasadení modulov na základe odolnosti voči podmienkam špecifickým pre danú lokalitu môžu účastníci projektu implementovať stratégie softvérového riadenia reagujúce na počasie, aby sa ďalej znížili extrémne riziká počasia vo veľkých aplikáciách. Mnoho veľkých fotovoltaických systémov integruje inteligentne riadené jednoosové sledovače, ktoré využívajú softvér na sledovanie slnka, pričom sa vyhýbajú samotieneniu. Keď sa poistné nároky súvisiace s počasím zvýšili, poprední výrobcovia sledovačov implementovali nové reakcie na riadenie softvéru, ako napríklad režimy obranného skladu alebo zníženia záťaže špecifické pre hrozby.
Kvôli vysoko lokalizovanej a rýchlo sa pohybujúcej povahe silných vetrov a búrok s krupobitím, výstrahy pred nepriaznivým počasím často dávajú prevádzkovateľom elektrární len malé varovanie vopred. Navyše, typy búrok, ktoré produkujú silný vietor a veľké krupobitie, často vedú k výpadkom elektrického vedenia a strate striedavého prúdu. Aktívne softvérové ovládacie prvky dokážu vyriešiť tieto výzvy a poskytnúť účinné zmiernenie rizík pomocou funkcií produktu, ako je lokálna alebo vzdialená iniciácia, rýchle časy odozvy a zálohovanie batérie pri poruche. Je tiež dôležité zvážiť riziká spojené s náhodným počasím.
Hoci sa poisťovníctvo dlho spolieha na pravdepodobnostné hodnotenia rizík, aby poskytovalo krytie udržateľným spôsobom, solárne projekty predstavujú dvojakú výzvu. Po prvé, na pochopenie extrémnych rizík počasia sú k dispozícii obmedzené historické údaje, najmä vzhľadom na rýchlosť technologických zmien a expanziu trhu. Po druhé, údaje o prírodných katastrofách, na ktoré sa poisťovne zvyčajne spoliehajú, nezachytávajú „nekategorizované“ extrémne poveternostné udalosti.
Kvalita modulu
Produkty, ktoré vyzerajú podobne na papieri, môžu v reálnom svete fungovať veľmi odlišne. Záväzok výroby ku kvalite často zodpovedá za tieto rozdiely. Realizácia rastúceho počtu solárnych projektov s vyššou kapacitou na miestach po celom svete nie je bez rizika. Zmiernenie rizika špecifického pre lokalitu si vyžaduje strategickú aplikáciu produktov a technológií. Univerzálny prístup k dizajnu produktov a vývoju projektov vždy zvyšuje rizikové profily projektu. Strategická produktová diferenciácia zlepšuje odolnosť projektu.
Návrhy modulov a systémov spevnených krupobitím zmierňujú riziko projektu v regiónoch náchylných na krupobitie, ako je západný Texas. Návrhy produktov a systémov, ktoré odolávajú dynamickým účinkom vetra, znižujú riziko projektu v miestach s vysokým vetrom na celom svete. Dizajn produktov a systémov, ktoré odolávajú vysokému statickému mechanickému zaťaženiu, znižuje riziko katastrofických porúch v miestach s extrémnym snehom. Výrobky odolné voči korózii predlžujú prevádzkovú životnosť v pobrežných oblastiach.
Skúšobné laboratóriá používajú kalibrované a certifikované zariadenia za auditovaných a kontrolovaných testovacích podmienok. Charakteristiky zachytené za týchto prísnych podmienok predstavujú správnu mieru výkonu fotovoltických modulov a poskytujú hodnotu viacerým zainteresovaným stranám projektu. Zatiaľ čo testovanie vo výrobnom závode podľa parametrov štandardných testovacích podmienok (STC) je ideálne na stanovenie menovitých hodnôt modulov, výsledky testov vo výrobe necharakterizujú typické prevádzkové podmienky modulu. Na presné modelovanie výkonu systému v reálnom svete je nevyhnutné pochopiť, ako moduly fungujú v podmienkach nízkej intenzity ožiarenia alebo vo vzťahu k meniacim sa slnečným uhlom. Okrem toho je dôležité charakterizovať výkon modulu v testovacích podmienkach, ktoré odrážajú prevádzkové podmienky, za ktorých FV systémy typicky produkujú optimálne energetické výnosy. Je tiež dôležité pochopiť, ako krátkodobé vystavenie slnku a výsledná degradácia ovplyvňuje výkon FV v teréne.
Počas vydania správy o indexe fotovoltaických modulov za rok 2022 spoločnosť RETC uznala 9 rôznych výrobcov a predstavila 61 príkladov vysokých úspechov vo výrobe. Na identifikáciu najlepších z najlepších preskúmala a zoradila celkové rozloženie údajov vo všetkých troch disciplínach: kvalita, výkon a spoľahlivosť. Matica celkových výsledkov zvýrazňuje šesť najvýkonnejších na základe celkovo vysokých úspechov vo výrobe: JA Solar, JinkoSolar, LONGi Solar, Hanwha Q CELLS, Trina Solar a Yingli Solar.