Zdroj: reglobal.co
Zpráva o indexu fotovoltaických modulů Centra pro testování obnovitelné energie (RETC's) za rok 2022
Toto je výňatek ze zprávy PV Module Index Report 2022 společnosti Renewable Energy Test Center (RETC). Letošní zpráva o indexu PV Module Report zkoumá tři vzájemně související témata – FV moduly typu n, terénní forenzní analýzu a extrémní počasí – která demonstrují některá z nevyhnutelných technických rizik. spojené s rozvojem solárních projektů. Tato aktuální témata také objasňují hodnotu přístupu k řízení rizik založeného na datech.
Hodnocení nových FV modulů typu N
Pokračující schopnost solárního průmyslu snižovat náklady a zároveň zlepšovat výkon je hlavním důvodem, proč solární energie představovala největší podíl nové kapacity výroby elektřiny v USA v roce 2021. Tento trend nejlépe ilustrují neustálé změny v konstrukci modulů a technologiích článků. V loňském roce například společnost RETC prozkoumala výhody a výzvy vývoje a nasazení velkoformátových modulů, o kterých mnoho analytiků očekává, že budou v nadcházejících letech dominovat trhu. V letošním roce RETC bedlivě sleduje další technologický trend, který rychle získává na trhu trakci a přijímání, a to vzestup FV článků nové generace typu n s pasivačními kontakty.
Vzestup TOPConu
Mnoho průmyslových analytiků a materiálových vědců se domnívá, že vznikající návrhy fotovoltaických článků typu n jsou dalším logickým postupem na cestě k technologii fotovoltaiky. V roce 2013 představili vědci z německého Fraunhoferova institutu pro solární energetické systémy metodu výroby vysoce účinných křemíkových solárních článků typu n s novou strukturou tunelového oxidu pasivovaného kontaktu (TOPCon). Díky vynikající povrchové pasivaci a efektivnímu transportu nosiče dosáhl tento nový design článku vysokých známek pro napětí naprázdno (Voc), faktor plnění a účinnost. O méně než deset let později je TOPCon nejžhavějším slovem v solárním průmyslu. Největší výrobci modulů na světě zahajují sériovou výrobu FV modulů s články TOPCon. Zatímco LONGi Solar hodně sází na TOPCon typu p, mnoho dalších předních společností vyrábějících moduly – jako jsou Jinko Solar, Jollywood Solar Technology, JA Solar a Trina Solar – investuje značné částky do modulů s konstrukcí článků TOPCon typu n. Tento společný střed na trhu je způsoben především zplošťujícími se křivkami účinnosti pro moduly s pasivovaným emitorem typu p a zadním kontaktním článkem (PERC). Přestože v posledních letech dominují na trhu, výrobci začínají narážet na fyzikální limity konstrukcí mono článků PERC typu p. Přechod na články TOPCon typu n umožní společnostem vyrábějícím moduly dále zvýšit účinnost článků v laboratoři a v hromadné výrobě.
Výhody buněk typu N
Výrobci solární energie již dlouho uznávají potenciální výhody účinnosti fotovoltaických článků typu n. Například společnost Sanyo začala v 80. letech vyvíjet fotovoltaické články s technologií n-type heterojunction (HJT). SunPower navíc postavil své fotovoltaické články s interdigitovaným zadním kontaktem (IBC) na bázi vysoce čistého křemíku typu n. Vzhledem ke složitosti výroby je výroba vysoce účinných fotovoltaických modulů založených na konstrukcích článků typu n HJT a IBC poměrně nákladná a zůstávají součástí trhu. Pro srovnání, výroba článků TOPCon typu n je velmi podobná procesu PERC. Díky tomu mohou výrobci vyrábět tyto vysoce účinné moduly TOPCon nové generace na modernizovaných výrobních linkách PERC.
Přestože výroba dnešních modulů TOPCon typu n stojí o něco více na watt než mono moduly PERC typu p, zvýšení efektivity vede k nižším nákladům na energii (LCOE) při nasazení ve velkém měřítku. Nejlepší ze všeho je, že přední odborníci očekávají, že n-type TOPCon bude těžit ze zrychlené křivky učení. Primární materiálovou výhodou n-typu TOPCon buněk oproti p-typu mono PERC buněk je nižší rychlost degradace v důsledku snížené náchylnosti jak k degradaci indukované světlem (LID), tak k degradaci indukované světlem a zvýšenou teplotou (LeTID). Další výhody mohou zahrnovat vyšší faktor bifaciality a také zlepšený výkon za podmínek nízkého osvětlení i vysokých teplot.
Rizika předčasné adopce
Většina analytiků očekává, že moduly s články TOPCon typu n rychle zvýší podíl na trhu na základě těchto výkonnostních výhod. Vznikající technologie fotovoltaických článků – dokonce i ty, které se nakonec v této oblasti osvědčí jako úspěšné – s sebou vždy nesou větší riziko než vyspělé a osvědčené technologie. Dokud nebudou produkty nasazeny ve velkém měřítku, existuje potenciál pro dosud neobjevené degradační mechanismy. Dnes například nezávislí inženýři a finančníci považují fotovoltaické moduly typu P mono PERC za stabilní a nízkorizikovou technologii. Toto hodnocení nebylo vždy konsensuálním názorem. Dřívější verze mono modulů PERC měly problémy se stabilitou, zejména LID a ve vzácných případech i LeTID. Tyto neočekávané mono režimy degradace PERC demonstrují výkonnostní rizika, kterým čelí první uživatelé nových technologií.
Zatímco PV články TOPCon typu n jsou odolné vůči LID a LeTID, existují určité důkazy o náchylnosti k degradaci způsobené ultrafialovým zářením. Například výzkumníci z SLAC National Accelerator Laboratory a National Renewable Energy Laboratory (NREL) zdokumentovali ztráty energie na přední a zadní straně u pokročilých technologií solárních článků po uměle zrychleném testování vystavení UV záření. Tato data neukazují na jediný degradační mechanismus, ale naznačují, že různé buněčné konstrukce degradují různými cestami.
Forenzní analýza výkonu v terénu
Forenzní analýza je podrobné vyšetřování, které se snaží zjistit hlavní příčinu nedostatečného výkonu fotovoltaického systému. V mnoha případech jsou příčinou skutečného nebo domnělého nedostatečného výkonu systému poruchy měničů nebo nepřesné odhady výroby.
Základní hodnocení
Jedním z nejlepších způsobů, jak mohou účastníci projektu snížit riziko projektu, je zapojit kvalifikovanou třetí stranu, aby provedla hodnocení stavu základního modulu během uvádění projektu do provozu. Zachycováním vysoce kvalitních měření před komerčním provozem poskytuje základní forenzní posouzení krátkodobé i dlouhodobé výhody během provozní životnosti fotovoltaického energetického systému. Z krátkodobého hlediska zlepšuje posouzení základního uvedení do provozu přesnost odhadů výkonu systému.
Denní EL testování
Elektroluminiscenční (EL) testování využívá speciální kamerový systém k dokumentaci světelných emisí, ke kterým dochází při průchodu elektrického proudu FV články. Testování EL má dlouhou historii v laboratoři, kde se používá k detekci široké škály skrytých vad modulů. Poté, co bylo testování EL odsunuto do kontrolovaného vnitřního prostředí, je stále běžnější v terénních forenzních vyšetřováních. Denní EL zobrazování poskytuje oproti dřívějším přístupům dvě odlišné výhody. Za prvé, naše metodika testování EL umožňuje technikům testovat moduly in situ, což urychluje proces testování a eliminuje poškození buněk v důsledku vyjmutí modulu a manipulace s ním. Za druhé, denní testování EL eliminuje potřebu testovat moduly v temné noci, což dále zvyšuje bezpečnost a propustnost.
Výsledky testování EL v terénu jsou cenné pro identifikaci hlavních výrobních vad, poškození při přepravě a přepravě mimo místo závodu, poškození při manipulaci s materiálem na místě nebo poškození instalace nebo škod způsobených prudkými povětrnostními jevy, jako jsou krupobití, vítr nebo sníh. Tyto snímky EL umožňují účastníkům projektu identifikovat poškození článků, které může vést k tepelným neshodám, horkým místům a budoucímu nedostatečnému výkonu modulu. Pokud jsou snímky EL od třetích stran náležitě zdokumentovány a nahlášeny, mohou pomoci při vyřizování záručních a pojistných nároků. Na rozdíl od leteckých infračervených (IR) snímků, které identifikují pouze potenciální místa problémů s výkonem, denní vyšetřování EL objasňuje základní příčiny nedostatečného výkonu. Tato zjištění jsou přínosem pro účastníky projektu tím, že urychlují řešení problémů a minimalizují výrobní ztráty.
Prediktivní údržba
Externí forenzní analýzy výkonu v terénu jsou obzvláště praktické, pokud jsou spojeny s robustní platformou monitorování a protokoly prediktivní údržby. Jak fotovoltaické moduly stárnou, aktiva v terénu jsou vystavena zvýšenému riziku nedostatečné výkonnosti. Mikropraskání buněk často neovlivňuje výkon modulu, když jsou moduly nové, ale nemusí tomu tak nutně být, protože systémy stárnou. Po 5 nebo 10 letech v terénu některé moduly nadále fungují podle očekávání, zatímco jiné trpí zrychlenou degradací.
Rozlišení mezi „dobrými“ a „špatnými“ moduly není jednoduchá záležitost, zejména v systémech nasazených poté, co Ministerstvo obchodu USA uzákonilo své zásady AD/CVD. Velké projekty, které se zdají mít jediného dodavatele modulů, mohou ve skutečnosti integrovat moduly vyrobené pomocí článků pocházejících od tuctu různých prodejců. Vzhledem k tomu, že každý kusovník (BOM) je jedinečný, má každý jiný rizikový profil.
Zmírnění rizik extrémního počasí
Nikdo nerozumí přírodním nebezpečím spojeným se solárním nasazením lépe než specialisté na pojištění obnovitelných zdrojů energie, jako je GCube Insurance. Podle zprávy společnosti o trhu za rok 2021 „Krupy nebo velká voda: Rostoucí škála extrémního počasí a ztrát způsobených přírodními katastrofami v oblasti obnovitelné energie“ rostla četnost a závažnost pojistných událostí souvisejících s počasím, protože solární projekty rostly co do frekvence, velikosti a geografické rozložení. Vzhledem k rychlému růstu solárního trhu v celosvětovém měřítku není úměrný nárůst pojistných událostí solárního pojištění zcela neočekávaný. Základní příčina pojistných událostí solárního pojištění však některé zasvěcené z pojišťovnictví překvapila. Konkrétně od roku 2015 jsou pojistné škody spojené s extrémními povětrnostními jevy zhruba dvojnásobné oproti škodám způsobeným přírodními katastrofami.
Zatímco extrémní povětrnostní události mají za následek více pojistných škod než přírodní katastrofy, pojistné události spojené s kategorií těžkých povětrnostních ztrát nejsou nevyhnutelné. Účastníci projektu mohou mnoha extrémním ztrátám počasí zabránit nebo je zmírnit tím, že budou při výběru produktů a návrhu systému věnovat rozumnou pozornost a předvídavost. Specialisté na zmírňování rizik navíc mohou pomoci daňovým kapitálovým investorům a pojišťovnám pochopit finanční rizika spojená s nepříznivým počasím.
Srovnávací testování
Strategický výběr produktů je nezbytným prvním krokem ke zmírnění hlavních příčin extrémních ztrát počasí. Bankaschopnost a výsledky mimocertifikačního testování společnosti RETC ukazují, jak různé konstrukce fotovoltaických modulů nebo kombinace modulů a regálů odolávají těmto různým typům zátěže prostředí. Tyto rozdíly jsou kritické v kontextu zmírňování rizika extrémního počasí.
Příklady extrémních povětrnostních nebezpečí, kterým lze předejít, zahrnují vítr, kroupy a sníh. Na základě četnosti škod jsou události silného větru hlavní příčinou pojistných ztrát v solárních aktivech umístěných v poli. Na základě závažnosti ztrát poškodilo široce medializované krupobití v západním Texasu přibližně 400000 fotovoltaických modulů, což vedlo k dosud největší jediné pojistné události na solární pojištění. Sníh je celkově relativně menší nebezpečí, ale představuje značné riziko v určitých nadmořských výškách nebo zeměpisných šířkách.
Cílem srovnávacího a zrychleného testování je umožnit účastníkům projektu identifikovat a specifikovat nejlepší produkty a návrhy systémů pro konkrétní aplikace a prostředí. Moduly, které dobře fungují při testování dynamického mechanického zatížení, se dobře hodí pro nasazení v prostředí se silným větrem. Moduly, které dobře fungují v sekvenci testu odolnosti proti krupobití (HDT) RETC, jsou vhodné pro nasazení v oblastech náchylných k krupobití. Moduly, které si vedou dobře při zkouškách mechanického zatížení, jsou nejvhodnější pro odolnost vůči zatížením spojeným s ledem a sněhem. Moduly, které si v těchto dvou testech nevedou dobře, nejsou „špatné“ produkty, zejména ve správné aplikaci. Moduly tvrzené proti větru a krupobití často vyžadují vyšší výrobní náklady. Podmínky pro instalaci v kalifornském Central Valley, kde se jen zřídka vyskytuje silný vítr, kroupy nebo sníh, nemusí ospravedlnit tyto dodatečné náklady.
Aby vývojáři zmírnili rizika dodavatelského řetězce, často vyhodnocují a získávají různé modely fotovoltaických modulů a dodavatele. Extrémní náchylnost k počasí se bude u tohoto portfolia vybraných fotovoltaických modulů lišit. Když budou vývojáři věnovat pozornost těmto rozdílům, mohou nasměrovat moduly zpevněné větrem, kroupami nebo sněhem na místa náchylná k větru, krupobití nebo sněhu. Tento typ selektivního nasazení je relativně jednoduchý a nákladově efektivní způsob, jak snížit rizika extrémního počasí.
Defenzivní stoow strategie
Po filtrování a selektivním nasazení modulů na základě odolnosti vůči podmínkám specifickým pro dané místo mohou účastníci projektu implementovat strategie softwarového řízení reagující na počasí, aby se dále snížila extrémní rizika počasí ve velkých aplikacích. Mnoho rozsáhlých fotovoltaických systémů integruje inteligentně řízené jednoosé sledovače, které využívají software ke sledování slunce a zároveň se vyhýbají samozastínění. S nárůstem pojistných událostí souvisejících s počasím zavedli přední výrobci sledovacích zařízení nové reakce na ovládání softwaru, jako jsou režimy defenzivního uložení nebo vyřazení zátěže specifické pro hrozby.
Kvůli vysoce lokalizované a rychle se pohybující povaze silných větrných událostí a krupobití, varování před nepříznivým počasím často dávají provozovatelům elektrárny jen malé varování předem. Navíc typy bouří, které produkují silný vítr a velké krupobití, často vedou k výpadkům elektrického vedení a ztrátě střídavého proudu. Aktivní softwarové ovládací prvky mohou tyto výzvy řešit a poskytnout účinné zmírnění rizik pomocí funkcí produktu, jako je místní nebo vzdálená iniciace, rychlá odezva a zálohování baterií zabezpečených proti selhání. Je také důležité vzít v úvahu rizika související s počasím.
Ačkoli se pojišťovnictví dlouho spoléhalo na pravděpodobnostní hodnocení rizik, aby zajistilo krytí udržitelným způsobem, solární projekty představují dvojí výzvu. Za prvé, k pochopení rizik extrémního počasí jsou k dispozici omezené historické údaje, zejména s ohledem na rychlost technologických změn a expanzi trhu. Za druhé, údaje o přírodních katastrofách, na které se pojišťovny obvykle spoléhají, nezachycují „nekategorizované“ extrémní jevy počasí.
Kvalita modulu
Produkty, které vypadají podobně na papíře, mohou v reálném světě fungovat velmi odlišně. Závazek výroby ke kvalitě často odpovídá za tyto rozdíly. Rozmístění rostoucího počtu solárních projektů s vyšší kapacitou na místech po celém světě není bez rizika. Snížení rizika specifického pro lokalitu vyžaduje strategickou aplikaci produktů a technologií. Univerzální přístup k návrhu produktu a vývoji projektů neustále zvyšuje profily rizik projektu. Strategická produktová diferenciace zlepšuje odolnost projektu.
Návrhy modulů a systémů odolných proti krupobití snižují riziko projektu v oblastech náchylných k krupobití, jako je západní Texas. Návrhy produktů a systémů, které odolávají dynamickým účinkům větru, snižují riziko projektu v místech se silným větrem po celém světě. Konstrukce produktů a systémů, které odolávají vysokému statickému mechanickému zatížení, snižují rizika katastrofických poruch v místech s extrémním sněhem. Produkty odolné proti korozi prodlužují provozní životnost v pobřežních oblastech.
Zkušební laboratoře používají kalibrovaná a certifikovaná zařízení za auditovaných a kontrolovaných zkušebních podmínek. Charakteristiky zachycené za těchto přísných podmínek představují správné měřítko výkonu fotovoltaických modulů a poskytují hodnotu mnoha zúčastněným stranám projektu. Zatímco tovární testování podle standardních testovacích podmínek (STC) je ideální pro stanovení jmenovitého štítku modulu, výsledky továrních testů necharakterizují typické provozní podmínky modulu. Pro přesné modelování výkonu systému v reálném světě je nezbytné porozumět tomu, jak se moduly chovají za podmínek nízkého ozáření nebo ve vztahu k měnícím se úhlům slunce. Kromě toho je zásadní charakterizovat výkon modulu za testovacích podmínek, které odrážejí provozní podmínky, za kterých FV systémy typicky produkují optimální energetické výnosy. Je také důležité pochopit, jak krátkodobé vystavení slunci a výsledná degradace ovlivňuje výkon FV na poli.
V celém vydání zprávy o indexu fotovoltaických modulů pro rok 2022 společnost RETC uznala 9 různých výrobců a předvedla 61 příkladů s vysokými úspěchy ve výrobě. Aby identifikoval ty nejlepší z nejlepších, zkontroloval a seřadil celkové rozložení dat ve všech třech disciplínách: kvalita, výkon a spolehlivost. Matice celkových výsledků vyzdvihuje šest nejvýkonnějších na základě celkově vysokých úspěchů ve výrobě: JA Solar, JinkoSolar, LONGi Solar, Hanwha Q CELLS, Trina Solar a Yingli Solar.
