Източник: reglobal.co
Доклад за индекса на PV модула на Центъра за изпитване на възобновяема енергия (RETC) за 2022 г
Това е извлечение от Доклада за индекса на фотоволтаичните модули на Renewable Energy Test Center (RETC) за 2022 г. Тазгодишният доклад за индекса на фотоволтаичните модули изследва три взаимосвързани теми – фотоволтаични модули от n-тип, полеви криминалистики и екстремни метеорологични условия – които демонстрират някои от неизбежните технически рискове свързани с разработването на слънчеви проекти. Тези навременни теми също изясняват стойността на основан на данни подход за управление на риска.
Оценяване на нови N-тип PV модули
Продължителната способност на слънчевата индустрия да намалява разходите, като същевременно подобрява производителността, е основната причина слънчевата енергия да представлява най-големия дял от новия капацитет за производство на електроенергия в САЩ през 2021 г. Тази тенденция е най-добре илюстрирана от непрекъснатите промени в дизайна на модулите и клетъчните технологии. Миналата година, например, RETC проучи ползите и предизвикателствата от разработването и внедряването на широкоформатни модули, които много анализатори очакват да доминират на пазара през следващите години. Тази година RETC следи отблизо друга технологична тенденция, която бързо набира пазарна сила и приемане, възходът на фотоволтаичните клетки от n-тип от следващо поколение с пасивиращи контакти.
Възходът на TOPCon
Много индустриални анализатори и учени по материали вярват, че нововъзникващите дизайни на фотоволтаични клетки от n-тип са следващата логична прогресия в пътната карта на фотоволтаичните технологии. През 2013 г. изследователи от германския институт Fraunhofer за слънчеви енергийни системи представиха метод за производство на високоефективни n-тип силициеви слънчеви клетки с нова структура с тунелен оксиден пасивиран контакт (TOPCon). Благодарение на отличната повърхностна пасивация и ефективния транспорт на носителя, този нов дизайн на клетката постигна високи оценки за напрежение на отворена верига (Voc), коефициент на запълване и ефективност. По-малко от десетилетие по-късно TOPCon е най-нашумелата дума в слънчевата енергия. Най-големите производители на модули в света започват масово производство на фотоволтаични модули с клетки TOPCon. Докато LONGi Solar залага много на p-тип TOPCon, много други водещи модулни компании – като Jinko Solar, Jollywood Solar Technology, JA Solar и Trina Solar – правят значителни инвестиции в модули с n-тип дизайн на клетка TOPCon. Това колективно въртене на пазара се дължи основно на изравняването на кривите на ефективност за p-тип пасивирани емитери и клетки със заден контакт (PERC). Въпреки че те доминират на пазара през последните години, производителите започват да достигат физическите граници на p-тип моно PERC клетки. Преминаването към клетки TOPCon от n-тип ще позволи на модулните компании да повишат ефективността на клетките допълнително в лабораторията и в масовото производство.
Предимства на N-тип клетки
Производителите на слънчева енергия отдавна са разпознали потенциалните предимства на ефективността на фотоволтаичните клетки от n-тип. Например, Sanyo започва да разработва фотоволтаични клетки с n-тип хетеропреходна технология (HJT) през 80-те години. В допълнение, SunPower изгради своите фотоволтаични клетки с вътрешен заден контакт (IBC) върху основа от n-тип силиций с висока чистота. Поради свързаната производствена сложност, високоефективните фотоволтаични модули, базирани на n-тип HJT и IBC клетки, са сравнително скъпи за производство и остават част от пазарната ниша. За сравнение, производството на клетки TOPCon от n-тип е много подобно на процеса PERC. В резултат на това производителите могат да произвеждат тези високоефективни модули TOPCon от следващо поколение на модернизирани производствени линии PERC.
Въпреки че днешните модули TOPCon от n-тип струват малко повече за производство на база на ват, отколкото p-тип mono PERC модули, печалбите в ефективността водят до по-ниска изравнена цена на енергия (LCOE) при широкомащабни полеви внедрявания. Най-хубавото е, че водещите експерти очакват n-type TOPCon да се възползва от ускорена крива на обучение. Основно материално предимство на n-тип TOPCon клетки в сравнение с p-тип mono PERC клетки е по-ниска скорост на разграждане поради намалена чувствителност както към индуцирано от светлина разграждане (LID), така и до разграждане, предизвикано от светлина и повишена температура (LeTID). Допълнителните предимства могат да включват по-висок коефициент на двустранност, както и подобрена производителност при условия на слаба светлина и висока температура.
Рискове от ранно осиновяване
Повечето анализатори очакват модулите с n-тип TOPCon клетки бързо да увеличат пазарния дял въз основа на тези предимства в производителността. Въпреки това, нововъзникващите технологии за фотоволтаични клетки – дори такива, които в крайна сметка се оказват успешни в областта – неизменно носят повече риск от зрелите и доказани технологии. Докато продуктите не бъдат внедрени в мащаб, съществува потенциал за все още неоткрити механизми за разграждане. Днес, например, независими инженери и финансисти считат p-тип mono PERC PV модули за стабилна и нискорискова технология. Тази оценка не винаги е била консенсусно мнение. Ранните версии на моно PERC модули имаха проблеми със стабилността, особено LID и, в редки случаи, LeTID. Тези неочаквани режими на влошаване на моно PERC демонстрират рисковете за производителността, пред които са изправени първите потребители с новите технологии.
Докато n-тип TOPCon PV клетки са доказали устойчивост на LID и LeTID, съществуват някои доказателства за чувствителност към ултравиолетово разграждане. Например, изследователи от Националната ускорителна лаборатория SLAC и Националната лаборатория за възобновяема енергия (NREL) са документирали загуба на мощност отпред и отзад в напреднали технологии за слънчеви клетки след изкуствено ускорено тестване на UV експозиция. Тези данни не сочат към единичен механизъм на разграждане, но предполагат, че различните дизайни на клетките се разграждат по различни пътища.
Съдебномедицински анализ на полевите показатели
Съдебният анализ е подробно разследване, което се стреми да установи основната причина за недостатъчната производителност на фотоволтаичната система. В много случаи повредите на инвертора или неточните оценки на производството са виновни за реалната или предполагаема недостатъчна производителност на системата.
Базова оценка
Един от най-добрите начини за заинтересованите страни по проекта да намалят риска по проекта е да ангажират квалифицирана трета страна за извършване на оценка на изправността на основния модул по време на пускането на проекта в експлоатация. Чрез заснемане на висококачествени измервания преди комерсиални операции, основната криминалистична оценка осигурява както краткосрочни, така и дългосрочни ползи за експлоатационния живот на фотоволтаичната енергийна система. В краткосрочен план оценката на базовото въвеждане в експлоатация подобрява точността на оценките на производителността на системата.
Дневно EL тестване
Тестването с електролуминесценция (EL) използва специална система от камери за документиране на светлинните емисии, които възникват, когато електрически ток преминава през фотоволтаични клетки. EL тестването има дълга история в лабораторията, където се използва за откриване на широк спектър от скрити дефекти на модула. Веднъж преместени в контролирана вътрешна среда, EL тестването е все по-разпространено при полеви криминалистични разследвания. Дневното EL изображение предоставя две различни предимства пред по-ранните подходи. Първо, нашата методология за EL тестване позволява на техниците да тестват модули на място, което ускорява процеса на тестване и елиминира повреда на клетката поради отстраняване и манипулиране на модула. Второ, дневното EL тестване елиминира необходимостта от тестване на модули в тъмната част на нощта, като допълнително подобрява безопасността и производителността.
Резултатите от EL тестване на място са ценни за идентифициране на големи производствени дефекти, повреди при доставка и транспортиране извън обекта, повреди при боравене с материали или инсталация на място или повреди, причинени от тежки метеорологични явления като градушка, вятър или сняг. Тези EL изображения позволяват на заинтересованите страни в проекта да идентифицират увреждане на клетката, което може да доведе до топлинни несъответствия, горещи точки и недостатъчна производителност на бъдещия модул. Когато са адекватно документирани и докладвани, EL изображенията на трети страни могат да помогнат за уреждане на гаранционни и застрахователни претенции. За разлика от въздушните инфрачервени (IR) изображения, които идентифицират само потенциалните места на проблеми с производителността, дневните EL изследвания изясняват основните причини за недостатъчната производителност. Тези констатации са от полза за заинтересованите страни по проекта, като ускоряват разрешаването на проблеми и минимизират производствените загуби.
Прогнозна поддръжка
Съдебната експертиза на полевата производителност на трети страни е особено практична, когато е съчетана със стабилна платформа за мониторинг и протоколи за предсказуема поддръжка. Тъй като фотоволтаичните модули остаряват, експлоатираните активи са изложени на повишен риск от недостатъчна производителност. Микропукнатините на клетки често не оказват влияние върху производителността на модулите, когато модулите са нови, но това не е непременно така с остаряването на системите. След 5 или 10 години в полето някои модули продължават да работят според очакванията, докато други страдат от ускорено разграждане.
Разграничаването между „добри“ модули и „лоши“ модули не е лесен въпрос, особено в системи, внедрени след като Министерството на търговията на САЩ прие своите AD/CVD политики. Големите проекти, които изглежда имат един доставчик на модули, всъщност могат да интегрират модули, произведени с помощта на клетки, произхождащи от дузина различни доставчици. Като се има предвид, че всяка спецификация на материалите (BOM) е уникална, всяка има различен рисков профил.
Намаляване на екстремните метеорологични рискове
Никой не разбира природните опасности, свързани с внедряването на слънчева енергия, по-добре от специалистите по застраховане на възобновяема енергия като GCube Insurance. Според пазарния доклад на компанията за 2021 г. „Градушка или високи води: нарастващият мащаб на загубите от екстремни метеорологични условия и природни катастрофи във възобновяема енергия“, свързаните с времето застрахователни искове са нараснали по честота и тежест, тъй като слънчевите проекти са се увеличили по честота, размер и географско разпространение. Като се има предвид бързият растеж на соларния пазар в световен мащаб, пропорционалното увеличение на слънчевите застрахователни искове не е съвсем неочаквано. Основната причина за искове за слънчева застраховка обаче изненада някои хора от застрахователната индустрия. По-конкретно, от 2015 г. застрахованите загуби, свързани с екстремни метеорологични явления, са приблизително два пъти по-големи от тези, произтичащи от природни бедствия.
Въпреки че екстремните метеорологични събития водят до повече застраховани загуби, отколкото природните бедствия, застрахователните искове, свързани с категорията на тежките метеорологични загуби, не са неизбежни. Заинтересованите страни в проекта могат да предотвратят или смекчат много екстремни метеорологични загуби чрез упражняване на разумна грижа и предвидливост при избора на продукти и проектирането на системата. Освен това специалистите по смекчаване на риска могат да помогнат на инвеститорите в данъчен капитал и застрахователните компании да разберат финансовите рискове, свързани с лошото време.
Сравнително изпитване
Стратегическият избор на продукти е съществена първа стъпка за смекчаване на водещите причини за екстремни загуби от времето. Банкоспособността на RETC и резултатите от изпитването след сертифицирането демонстрират как различни дизайни на фотоволтаични модули или комбинации от модули и стелажи устояват на тези различни видове натоварвания от околната среда. Тези разлики са критични за мисията в контекста на смекчаването на риска от екстремни метеорологични условия.
Примери за предотвратими екстремни климатични опасности включват вятър, градушка и сняг. Въз основа на честотата на исковете, силните ветрове са водеща причина за застраховани загуби в слънчеви активи на полето. Въз основа на сериозността на загубите, широко разгласена градушка в Западен Тексас повреди около 400000 фотоволтаични модула, което доведе до най-големия единичен иск за слънчева застраховка до момента. Снегът е сравнително по-малка опасност като цяло, но представлява значителен риск на определени височини или географски ширини.
Целта на сравнителното и ускореното тестване е да даде възможност на заинтересованите страни в проекта да идентифицират и специфицират най-добрите продукти и системни дизайни за конкретни приложения и среди. Модули, които се представят добре при изпитване на динамично механично натоварване, са много подходящи за разгръщане в среда със силен вятър. Модули, които се представят добре в последователността на теста за издръжливост на градушка (HDT) на RETC, са много подходящи за внедряване в региони, предразположени към градушка. Модулите, които се представят добре при тестове за механично натоварване, са най-подходящи за устойчивост на натоварванията, свързани с лед и сняг. Модули, които не се представят добре в тези два теста, не са "лоши" продукти, особено при правилно приложение. Модулите, закалени срещу вятър и градушка, често водят до по-високи производствени разходи. Условията за инсталация в централната долина на Калифорния, където рядко има силни ветрове, градушка или сняг, може да не оправдаят тези допълнителни разходи.
За да намалят рисковете по веригата на доставки, разработчиците често оценяват и набавят различни модели фотоволтаични модули и доставчици. Чувствителността към екстремни климатични условия ще варира в това портфолио от избрани фотоволтаични модули. Като обръщат внимание на тези разлики, разработчиците могат да насочват модулите, устойчиви на вятър, градушка или сняг, съответно към обекти, предразположени към вятър, градушка или сняг. Този тип селективно разгръщане е сравнително прост и рентабилен начин за намаляване на рисковете от екстремни климатични условия.
Отбранителни стратегии за прибиране
След филтриране и селективно внедряване на модули, базирани на устойчивост на специфични за обекта условия, заинтересованите страни в проекта могат да внедрят адаптивни към времето софтуерни стратегии за контрол, за да намалят допълнително рисковете от екстремни метеорологични условия в големи комунални приложения. Много широкомащабни фотоволтаични системи интегрират интелигентно контролирани едноосни тракери, които използват софтуер, за да следват слънцето, като същевременно избягват самозасенчване. Тъй като застрахователните искове, свързани с времето, се увеличиха, водещите в индустрията производители на тракери внедриха нови реакции за софтуерен контрол, като специфични за заплахи защитни режими на прибиране или разтоварване.
Поради силно локализирания и бързо развиващ се характер на силните ветрове и градушките, сигналите за тежки метеорологични условия често дават малко предварително предупреждение на операторите на централи. Освен това видовете бури, които предизвикват силен вятър и едра градушка, често водят до свалени електропроводи и загуба на променливотоково захранване. Активните софтуерни контроли могат да се справят с тези предизвикателства и да осигурят ефективно намаляване на риска с продуктови характеристики като локално или дистанционно иницииране, бързо време за реакция и резервно захранване на батерията при отказ. Също така е важно да се вземат предвид рисковете от съвпадащи метеорологични условия.
Въпреки че застрахователната индустрия отдавна разчита на вероятностни оценки на риска, за да осигури устойчиво покритие, предизвикателството, породено от соларните проекти, е двойно. Първо, налични са ограничени исторически данни, за да се разберат рисковете от екстремни метеорологични условия, особено като се има предвид скоростта на технологичните промени и разширяването на пазара. Второ, данните за природни катастрофи, на които застрахователите обикновено разчитат, не обхващат „некатегоризираните“ екстремни метеорологични събития.
Качество на модула
Продукти, които изглеждат подобни на хартия, може да се представят много различно в реалния свят. Производственият ангажимент за качество често обяснява тези разлики. Изграждането на все по-голям брой слънчеви проекти с по-висок капацитет на места по целия свят не е без риск. Намаляването на специфичния за обекта риск изисква стратегическо прилагане на продукти и технологии. Универсалният подход за проектиране на продукти и разработване на проекти неизменно увеличава рисковите профили на проекта. Стратегическата продуктова диференциация подобрява устойчивостта на проекта.
Устойчивите на градушка модули и дизайн на системата намаляват рисковете по проекта в региони, предразположени към градушка като Западен Тексас. Дизайнът на продуктите и системите, които са устойчиви на динамични ветрови ефекти, намаляват риска на проекта в места със силен вятър по целия свят. Продуктовите и системните дизайни, които издържат на високи статични механични натоварвания, намаляват рисковете от катастрофални повреди в места с екстремен сняг. Устойчивите на корозия продукти удължават експлоатационния живот в крайбрежните райони.
Лабораториите за изпитване използват калибрирано и сертифицирано оборудване при одитирани и контролирани условия на изпитване. Характеристиките, заснети при тези строги условия, представляват правилната мярка за производителността на фотоволтаичния модул и осигуряват стойност за множество заинтересовани страни в проекта. Въпреки че фабричното тестване според параметрите на стандартните условия на изпитване (STC) е идеално за установяване на рейтинги на табелата с данни на модула, резултатите от фабричните тестове не характеризират типичните работни условия на модула. За да се моделира точно производителността на системата в реалния свят, от съществено значение е да се разбере как работят модулите при условия на ниско излъчване или във връзка с променящите се ъгли на слънцето. Освен това е от решаващо значение да се характеризира производителността на модула при условия на изпитване, които отразяват работните условия, при които PV системите обикновено произвеждат оптимални енергийни добиви. Също така е от решаващо значение да се разбере как краткосрочното излагане на слънце и произтичащото от това влошаване влияят на фотоволтаичните характеристики на място.
По време на изданието за 2022 г. на доклада за индекса на фотоволтаичните модули, RETC отличи 9 различни производители и демонстрира 61 случая на високи постижения в производството. За да идентифицира най-добрите от най-добрите, той прегледа и класира общото разпределение на данните във всичките три дисциплини: качество, производителност и надеждност. Матрицата на общите резултати подчертава шест най-добри изпълнители въз основа на общи високи постижения в производството: JA Solar, JinkoSolar, LONGi Solar, Hanwha Q CELLS, Trina Solar и Yingli Solar.