Izvor: reglobal.co
Izvještaj o indeksu fotonaponskih modula Centra za ispitivanje obnovljive energije (RETC-a) 2022.
Ovo je izvod iz Izvještaja o indeksu fotonaponskih modula Centra za obnovljive izvore energije (RETC) za 2022. Ovogodišnji izvještaj o indeksu fotonaponskih modula istražuje tri međusobno povezane teme — fotonaponski moduli n-tipa, terenska forenzika i ekstremne vremenske prilike — koje pokazuju neke od neizbježnih tehničkih rizika povezan sa razvojem solarnih projekata. Ove pravovremene teme takođe razjašnjavaju vrednost pristupa upravljanju rizikom zasnovanog na podacima.
Procjena novih PV modula tipa N
Kontinuirana sposobnost solarne industrije da smanji troškove uz poboljšanje performansi je primarni razlog zašto je solarna energija imala najveći udio u novim kapacitetima za proizvodnju električne energije u SAD-u u 2021. Ovaj trend je najbolji primjer stalnih promjena dizajna modula i tehnologija ćelija. Prošle godine je, na primjer, RETC istraživao prednosti i izazove razvoja i implementacije modula velikog formata, za koje mnogi analitičari očekuju da će dominirati tržištem u narednim godinama. Ove godine, RETC pomno prati još jedan tehnološki trend koji brzo dobija na tržištu i prihvatanje, a to je uspon nove generacije fotonaponskih ćelija n-tipa sa pasivizirajućim kontaktima.
Uspon TOPCon-a
Mnogi industrijski analitičari i znanstvenici o materijalima vjeruju da su novi dizajni fotonaponskih ćelija n-tipa sljedeći logičan napredak u planu PV tehnologije. Godine 2013. istraživači na njemačkom Fraunhofer institutu za solarne energetske sisteme predstavili su metodu proizvodnje visokoefikasnih silikonskih solarnih ćelija n-tipa sa novom strukturom pasiviziranog kontakta sa tunelskim oksidom (TOPCon). Zahvaljujući odličnoj površinskoj pasivizaciji i efikasnom transportu nosača, ovaj novi dizajn ćelije postigao je visoke ocene za napon otvorenog kola (Voc), faktor punjenja i efikasnost. Manje od decenije kasnije, TOPCon je najglasnija riječ u solarnoj. Najveći proizvođači modula u svijetu započinju masovnu proizvodnju fotonaponskih modula sa TOPCon ćelijama. Dok se LONGi Solar u velikoj mjeri kladi na p-tip TOPCon, mnoge druge vodeće kompanije za module—kao što su Jinko Solar, Jollywood Solar Technology, JA Solar i Trina Solar— čine značajna ulaganja u module sa n-tipom TOPCon dizajna ćelija. Ovaj kolektivni zaokret na tržištu prvenstveno je rezultat izravnavanja krivulja efikasnosti za module pasiviziranog emitera p-tipa i stražnje kontaktne ćelije (PERC). Iako su oni dominirali tržištem posljednjih godina, proizvođači počinju dosezati fizičke granice p-tipa mono PERC ćelija. Prelazak na n-tip TOPCon ćelije će omogućiti kompanijama koje se bave modulima da dodatno povećaju efikasnost ćelija u laboratoriji i masovnoj proizvodnji.
Prednosti ćelija N-tipa
Proizvođači solarne energije odavno su prepoznali potencijalnu efikasnost PV ćelija n-tipa. Na primjer, Sanyo je 1980-ih počeo razvijati PV ćelije n-tipa heterojunction tehnologije (HJT). Pored toga, SunPower je izgradio svoje fotonaponske ćelije sa interdigitalnim povratnim kontaktom (IBC) na bazi silicijuma visoke čistoće n-tipa. Zbog složenosti proizvodnje, visokoefikasni fotonaponski moduli bazirani na n-tipu HJT i IBC dizajna ćelija su relativno skupi za proizvodnju i ostaju dio tržišta. Poređenja radi, proizvodnja TOPCon ćelija n-tipa je vrlo slična PERC procesu. Kao rezultat toga, proizvođači mogu proizvesti ove visokoefikasne TOPCon module sljedeće generacije na nadograđenim PERC proizvodnim linijama.
Iako današnji TOPCon moduli n-tipa koštaju nešto više za proizvodnju na bazi po vatu nego mono PERC moduli p-tipa, povećanje efikasnosti rezultira nižim nivoom troška energije (LCOE) u velikim primjenama na terenu. Najbolje od svega, vodeći stručnjaci očekuju da će n-tip TOPCon imati koristi od ubrzane krivulje učenja. Primarna materijalna prednost TOPCon ćelija n-tipa u odnosu na mono PERC ćelije p-tipa je niža stopa degradacije zbog smanjene osjetljivosti na razgradnju izazvanu svjetlom (LID) i razgradnju uzrokovanu svjetlom i povišenom temperaturom (LeTID). Dodatne prednosti mogu uključivati veći faktor bifacijalnosti, kao i poboljšane performanse i pri slabom osvjetljenju i pri visokim temperaturama.
Rizici ranog usvajanja
Većina analitičara očekuje da će moduli sa n-tipom TOPCon ćelija brzo povećati tržišni udio na osnovu ovih prednosti performansi. Međutim, nove tehnologije fotonaponskih ćelija – čak i one koje se na kraju pokažu uspješnim na terenu – uvijek nose veći rizik od zrelih i dokazanih tehnologija. Dok se proizvodi ne razmjeste, postoji potencijal za još neotkrivene mehanizme degradacije. Danas, na primjer, nezavisni inženjeri i finansijeri smatraju mono PERC PV module p-tipa stabilnom i niskorizičnom tehnologijom. Ova procjena nije uvijek bila konsenzusno mišljenje. Rane verzije mono PERC modula imale su problema sa stabilnošću, posebno LID i, u rijetkim slučajevima, LeTID. Ovi neočekivani načini degradacije mono PERC demonstriraju rizike performansi sa kojima se suočavaju rani korisnici novih tehnologija.
Dok su se TOPCon PV ćelije n-tipa pokazale otporne na LID i LeTID, postoje neki dokazi o osjetljivosti na degradaciju izazvanu ultraljubičastim zračenjem. Na primjer, istraživači iz SLAC National Accelerator Laboratory i National Renewable Energy Laboratory (NREL) dokumentirali su gubitak snage s prednje i stražnje strane u naprednim tehnologijama solarnih ćelija nakon umjetno ubrzanog testiranja izlaganja UV zračenju. Ovi podaci ne ukazuju na jedan mehanizam degradacije, ali sugeriraju da se različiti dizajni ćelija razgrađuju različitim putevima.
Forenzička analiza performansi na terenu
Forenzička analiza je detaljna istraga koja nastoji da utvrdi osnovni uzrok neuspeha fotonaponskog sistema. U mnogim slučajevima, kvarovi pretvarača ili netačne procjene proizvodnje su krivi za stvarne ili uočene slabe performanse sistema.
Osnovna procjena
Jedan od najboljih načina da zainteresovane strane u projektu smanje rizik projekta je da angažuju kvalifikovanu treću stranu da sprovede procenu zdravlja osnovnog modula tokom puštanja u rad projekta. Snimanjem visokokvalitetnih mjerenja prije komercijalnih operacija, osnovna forenzička procjena pruža kratkoročne i dugoročne koristi tokom radnog vijeka fotonaponskog energetskog sistema. Kratkoročno, osnovna procjena puštanja u rad poboljšava tačnost procjena performansi sistema.
Dnevno EL testiranje
Ispitivanje elektroluminiscencije (EL) koristi poseban sistem kamera za dokumentovanje emisija svjetlosti koje nastaju kada električna struja prođe kroz fotonaponske ćelije. EL testiranje ima dugu povijest u laboratoriji, gdje se koristi za otkrivanje širokog spektra skrivenih defekata modula. Jednom prebačeno u kontrolisano zatvoreno okruženje, EL testiranje je sve češće u terenskim forenzičkim istragama. Dnevno EL snimanje pruža dvije različite prednosti u odnosu na ranije pristupe. Prvo, naša metodologija EL testiranja omogućava tehničarima da testiraju module na licu mesta, što ubrzava proces testiranja i eliminiše oštećenje ćelija usled uklanjanja modula i rukovanja. Drugo, dnevno EL testiranje eliminira potrebu za testiranjem modula u mraku noći, dodatno poboljšavajući sigurnost i propusnost.
Rezultati EL testiranja na terenu su vrijedni za identifikaciju većih grešaka u proizvodnji, oštećenja pri transportu i transportu van lokacije, oštećenja prilikom rukovanja materijalom ili instalacijom na licu mjesta, ili oštećenja koja su rezultat jakih vremenskih pojava kao što su tuča, vjetar ili snijeg. Ove EL slike omogućavaju zainteresovanim stranama u projektu da identifikuju oštećenja ćelija koja mogu dovesti do termičkih neusaglašenosti, vrućih tačaka i budućih slabih performansi modula. Kada su adekvatno dokumentirane i prijavljene, EL slike trećih strana mogu pomoći u rješavanju zahtjeva za garanciju i osiguranje. Za razliku od zračnih infracrvenih (IR) slika, koje identifikuju samo potencijalne lokacije problema s performansama, dnevne EL istrage razjašnjavaju osnovne uzroke slabih performansi. Ovi nalazi koriste dionicima projekta ubrzavanjem rješavanja problema i minimiziranjem gubitaka u proizvodnji.
Prediktivno održavanje
Forenzika performansi na terenu trećih strana je posebno praktična kada je povezana sa robusnom platformom za praćenje i protokolima za predviđanje održavanja. Kako fotonaponski moduli stare, imovina na terenu je pod povećanim rizikom od nedovoljnog učinka. Mikropucanje ćelija često ne utiče na performanse modula kada su moduli novi, ali to nije nužno slučaj kako sistem stari. Nakon 5 ili 10 godina na terenu, neki moduli nastavljaju da rade kako se očekuje, dok drugi pate od ubrzane degradacije.
Razlikovanje između "dobrih" modula i "loših" modula nije jednostavna stvar, posebno u sistemima koji su raspoređeni nakon što je Ministarstvo trgovine SAD usvojilo svoje AD/CVD politike. Veliki projekti za koje se čini da imaju jednog dobavljača modula mogu zapravo integrirati module proizvedene korištenjem ćelija koje su nabavljene od desetak različitih dobavljača. S obzirom na to da je svaka lista materijala (BOM) jedinstvena, svaka ima drugačiji profil rizika.
Ublažavanje ekstremnih vremenskih rizika
Niko ne razumije prirodne opasnosti povezane sa solarnim korištenjem bolje od stručnjaka za osiguranje obnovljivih izvora energije kao što je GCube Insurance. Prema tržišnom izvještaju kompanije za 2021. godinu, "Grad ili visoka voda: rastuća skala ekstremnih vremenskih prilika i gubitaka od prirodnih katastrofa u obnovljivoj energiji", potraživanja osiguranja vezana za vremenske prilike porasla su u učestalosti i ozbiljnosti kako su solarni projekti povećavali učestalost, veličinu i geografska distribucija. S obzirom na brzi rast solarnog tržišta na globalnom nivou, srazmjeran porast šteta od solarnog osiguranja nije sasvim neočekivan. Međutim, osnovni uzrok potraživanja od solarnog osiguranja iznenadio je neke insajdere u industriji osiguranja. Naime, od 2015. godine, osigurani gubici povezani s ekstremnim vremenskim nepogodama su otprilike dvostruko veći od onih koji proizlaze iz prirodnih katastrofa.
Dok ekstremni vremenski događaji dovode do većeg broja osiguranih gubitaka nego prirodne katastrofe, potraživanja u vezi sa kategorijom teških vremenskih gubitaka nisu neizbježna. Zainteresovane strane u projektu mogu spriječiti ili ublažiti mnoge ekstremne vremenske gubitke primjenom razumne pažnje i predviđanja u odabiru proizvoda i dizajnu sistema. Štaviše, stručnjaci za smanjenje rizika mogu pomoći ulagačima u porezni kapital i osiguravajućim društvima da shvate finansijske rizike povezane sa teškim vremenskim prilikama.
Uporedno testiranje
Strateški odabir proizvoda bitan je prvi korak za ublažavanje vodećih uzroka ekstremnih vremenskih gubitaka. RETC-ova sposobnost bankarstva i rezultati testiranja izvan certifikacije pokazuju kako različiti dizajni fotonaponskih modula ili kombinacije modula i regala odolijevaju ovim različitim vrstama stresa okoline. Ove razlike su ključne za misiju u kontekstu ublažavanja ekstremnih vremenskih rizika.
Primjeri ekstremnih vremenskih opasnosti koje se mogu spriječiti uključuju vjetar, grad i snijeg. Na osnovu učestalosti šteta, jaki vjetrovi su vodeći uzrok osiguranih gubitaka u solarnoj imovini. Na osnovu ozbiljnosti gubitaka, oluja s gradom u zapadnom Teksasu koja se širi javnosti oštetila je oko 400,000 fotonaponskih modula, što je rezultiralo najvećim pojedinačnim zahtjevom za solarno osiguranje do sada. Snijeg je generalno relativno manji rizik, ali predstavlja značajne rizike na određenim nadmorskim visinama ili geografskim širinama.
Cilj uporednog i ubrzanog testiranja je osnažiti dionike projekta da identifikuju i specificiraju najbolje proizvode i sistemske dizajne za specifične aplikacije i okruženja. Moduli koji dobro rade pod dinamičkim mehaničkim ispitivanjem opterećenja su pogodni za primenu u okruženjima sa jakim vetrom. Moduli koji dobro rade u RETC-ovom sekvenci testa otpornosti na tuču (HDT) su veoma pogodni za primenu u regionima sklonim tuči. Moduli koji dobro rade u testovima mehaničkog opterećenja su najprikladniji za otpornost na opterećenja povezana s ledom i snijegom. Moduli koji ne rade dobro u ova dva testa nisu "loši" proizvodi, posebno u pravilnoj primjeni. Moduli ojačani protiv vjetra i grada često zahtijevaju veće troškove proizvodnje. Uslovi za instalaciju u kalifornijskoj Centralnoj dolini, koja rijetko ima jake vjetrove, grad ili snijeg, možda neće opravdati ove dodatne troškove.
Da bi ublažili rizike u lancu nabavke, programeri često procjenjuju i nabave različite modele i dobavljače fotonaponskih modula. Ekstremna osjetljivost na vremenske prilike varirat će u ovom portfelju odabranih fotonaponskih modula. Obraćajući pažnju na ove razlike, programeri mogu usmjeriti module otvrdnute vjetrom, gradom ili snijegom, odnosno na lokacije sklone vjetru, gradu ili snijegu. Ova vrsta selektivne implementacije je relativno jednostavan i isplativ način za smanjenje ekstremnih vremenskih rizika.
Odbrambene strategije
Nakon filtriranja i selektivnog postavljanja modula zasnovanih na otpornosti na uslove specifične za lokaciju, zainteresovane strane u projektu mogu implementirati strategije softverske kontrole prilagođene vremenskim prilikama kako bi dalje smanjile ekstremne vremenske rizike u velikim komunalnim aplikacijama. Mnogi veliki fotonaponski sistemi integrišu inteligentno kontrolisane jednoosne tragače koji koriste softver da prate sunce, a izbegavaju samozasjenjenje. Kako su potraživanja vezana za osiguranje u vezi sa vremenskim prilikama porasla, vodeći proizvođači uređaja za praćenje u industriji implementirali su nove odgovore softvera za kontrolu, kao što su načini odbrambenog slaganja ili spuštanja tereta specifičnih za prijetnje.
Zbog izrazito lokalizirane i brze prirode jakih vjetrova i oluja s gradom, upozorenja o teškim vremenskim prilikama često daju operaterima postrojenja malo upozorenja unaprijed. Štaviše, vrste oluja koje proizvode jake vjetrove i veliki grad često dovode do srušenih dalekovoda i gubitka naizmjenične struje. Aktivne softverske kontrole mogu se pozabaviti ovim izazovima i obezbijediti efektivno smanjenje rizika uz funkcije proizvoda kao što su lokalno ili daljinsko pokretanje, brzo vrijeme odziva i sigurnosna rezervna baterija baterije. Također je važno uzeti u obzir slučajne vremenske rizike.
Iako se industrija osiguranja dugo oslanjala na probabilističke procjene rizika kako bi osigurala održivo pokriće, izazov koji postavljaju solarni projekti je dvostruk. Prvo, dostupni su ograničeni istorijski podaci za razumijevanje ekstremnih vremenskih rizika, posebno s obzirom na stopu tehnoloških promjena i širenja tržišta. Drugo, podaci o prirodnim katastrofama na koje se osiguravatelji obično oslanjaju ne obuhvataju "nekategorizirane" ekstremne vremenske prilike.
Kvalitet modula
Proizvodi koji izgledaju slično na papiru mogu se vrlo različito ponašati u stvarnom svijetu. Predanost proizvodnje kvaliteti često objašnjava ove razlike. Postavljanje sve većeg broja solarnih projekata većeg kapaciteta na lokacijama širom svijeta nije bez rizika. Ublažavanje rizika specifičnog za lokaciju zahtijeva stratešku primjenu proizvoda i tehnologija. Jedinstveni pristup dizajnu proizvoda i razvoju projekta neizbježno povećava profile rizika projekta. Strateška diferencijacija proizvoda poboljšava otpornost projekta.
Dizajn modula i sistema otpornih na tuču ublažavaju rizik projekta u regijama sklonim tuči kao što je Zapadni Teksas. Dizajn proizvoda i sistema koji su otporni na dinamičke efekte vjetra smanjuju rizik projekta na lokacijama s jakim vjetrom širom svijeta. Dizajn proizvoda i sistema koji su otporni na velika statička mehanička opterećenja smanjuju rizik od katastrofalnih kvarova na ekstremnim snježnim lokacijama. Proizvodi otporni na koroziju produžavaju radni vijek u obalnim područjima.
Laboratorije za ispitivanje koriste kalibriranu i sertifikovanu opremu pod revidiranim i kontrolisanim uslovima ispitivanja. Karakteristike snimljene pod ovim rigoroznim uslovima predstavljaju odgovarajuću meru performansi fotonaponskih modula i pružaju vrednost višestrukim zainteresovanim stranama u projektu. Dok je tvorničko testiranje u skladu sa parametrima standardnih uvjeta ispitivanja (STC) idealno za utvrđivanje ocjena na pločici s natpisom modula, rezultati tvorničkog testiranja ne karakteriziraju tipične radne uvjete modula. Da biste precizno modelirali performanse sistema u stvarnom svijetu, bitno je razumjeti kako moduli rade u uslovima niskog zračenja ili u odnosu na promjenjive uglove sunca. Štaviše, ključno je okarakterisati performanse modula pod uslovima testiranja koji odražavaju radne uslove pod kojima fotonaponski sistemi tipično proizvode optimalne energetske prinose. Takođe je ključno razumjeti kako kratkoročno izlaganje suncu i rezultirajuća degradacija utiču na PV performanse na terenu.
Kroz Izvještaj o indeksu fotonaponskih modula za 2022., RETC je prepoznao 9 različitih proizvođača i prikazao 61 primjer visokih dostignuća u proizvodnji. Da bi identifikovao najbolje od najboljih, pregledao je i rangirao ukupnu distribuciju podataka u sve tri discipline: kvalitet, performanse i pouzdanost. Matrica ukupnih rezultata ističe šest najboljih na osnovu ukupnih visokih dostignuća u proizvodnji: JA Solar, JinkoSolar, LONGi Solar, Hanwha Q CELLS, Trina Solar i Yingli Solar.
