Kilde: reglobal.co
Renewable Energy Test Center's (RETC's) PV-modulindeksrapport 2022
Dette er et uddrag fra Renewable Energy Test Centers (RETC's) PV-modulindeksrapport 2022. Dette års PV-modulindeksrapport udforsker tre indbyrdes forbundne emner - n-type PV-moduler, feltkriminalteknik og ekstremt vejr - der demonstrerer nogle af de uundgåelige tekniske risici i forbindelse med udvikling af solcelleprojekter. Disse aktuelle emner belyser også værdien af en datadrevet tilgang til risikostyring.
Evaluering af nye N-type PV-moduler
Solindustriens fortsatte evne til at reducere omkostningerne og samtidig forbedre ydeevnen er en primær årsag til, at solenergi tegnede sig for den største andel af den nye amerikanske elproduktionskapacitet i 2021. Denne tendens er bedst eksemplificeret ved løbende ændringer af moduldesign og celleteknologier. Sidste år udforskede RETC f.eks. fordelene og udfordringerne ved at udvikle og implementere storformatmoduler, som mange analytikere forventer vil dominere markedet i de kommende år. I år overvåger RETC nøje en anden teknologitrend, der hurtigt vinder indpas og accept på markedet, fremkomsten af næste generations n-type PV-celler med passiverende kontakter.
Fremkomsten af TOPCon
Mange industrianalytikere og materialeforskere mener, at nye n-type PV-celledesign er det næste logiske fremskridt på PV-teknologiens køreplan. I 2013 præsenterede forskere ved Tysklands Fraunhofer-institut for solenergisystemer en metode til fremstilling af højeffektive n-type siliciumsolceller med en ny tunneloxid-passiveret kontaktstruktur (TOPCon). Takket være fremragende overfladepassivering og effektiv bærertransport opnåede dette nye celledesign høje karakterer for åben kredsløbsspænding (Voc), fyldfaktor og effektivitet. Mindre end et årti senere er TOPCon det mest livlige ord inden for solenergi. De største modulproducenter i verden begynder volumenproduktion af PV-moduler med TOPCon-celler. Mens LONGi Solar satser stort på p-type TOPCon, foretager mange andre førende modulvirksomheder – såsom Jinko Solar, Jollywood Solar Technology, JA Solar og Trina Solar – betydelige investeringer i moduler med n-type TOPCon-celledesign. Dette kollektive omdrejningspunkt på markedet skyldes primært udfladning af effektivitetskurver for p-type passiverede emitter- og rear-contact cell (PERC)-moduler. Selvom disse har domineret markedet i de seneste år, begynder producenterne at nå de fysiske grænser for p-type mono PERC-celledesign. Overgang til n-type TOPCon-celler vil give modulvirksomheder mulighed for at øge celleeffektiviteten yderligere i laboratoriet og i masseproduktion.
Fordele ved N-type celler
Solcelleproducenter har længe erkendt de potentielle effektivitetsfordele ved n-type PV-celler. For eksempel begyndte Sanyo at udvikle n-type heterojunction teknologi (HJT) PV-celler i 1980'erne. Derudover har SunPower bygget sine interdigitated back contact (IBC) PV-celler på en base af højrent n-type silicium. På grund af den involverede fremstillingskompleksitet er højeffektive PV-moduler baseret på n-type HJT- og IBC-celledesign relativt dyre at producere og forbliver en nichedel af markedet. Til sammenligning er n-type TOPCon-cellefremstilling meget lig PERC-processen. Som et resultat kan producenter producere disse næste generations højeffektive TOPCon-moduler på opgraderede PERC-produktionslinjer.
Selvom nutidens n-type TOPCon-moduler koster lidt mere at producere på en per-watt-basis end p-type mono PERC-moduler, resulterer effektivitetsgevinsten i en lavere udjævnet energiomkostning (LCOE) i storskala feltimplementering. Det bedste af det hele er, at førende eksperter forventer, at n-type TOPCon vil drage fordel af en accelereret indlæringskurve. En primær materialefordel ved n-type TOPCon-celler i forhold til p-type mono PERC-celler er en lavere nedbrydningshastighed på grund af en nedsat modtagelighed for både lys-induceret nedbrydning (LID) og lys- og forhøjet temperatur-induceret nedbrydning (LeTID). Yderligere fordele kan omfatte en højere bifacialitetsfaktor samt forbedret ydeevne under både svagt lys og høje temperaturforhold.
Risici ved tidlig adoption
De fleste analytikere forventer, at moduler med n-type TOPCon-celler hurtigt vil øge markedsandelen baseret på disse ydeevnefordele. Nye PV-celleteknologier - selv dem, der i sidste ende viser sig at være succesfulde på området - indebærer dog uvægerligt mere risiko end modne og gennemprøvede teknologier. Indtil produkter er implementeret i stor skala, eksisterer der potentiale for endnu uopdagede nedbrydningsmekanismer. I dag betragter uafhængige ingeniører og finansfolk f.eks. p-type mono PERC PV-moduler for at være en stabil og lavrisikoteknologi. Denne vurdering var ikke altid en konsensusudtalelse. Tidlige versioner af mono PERC-moduler havde problemer med stabilitet, især LID og i sjældne tilfælde LeTID. Disse uventede mono PERC-nedbrydningstilstande demonstrerer de ydeevnerisici, som tidlige brugere står over for med nye teknologier.
Mens n-type TOPCon PV-celler har vist sig at være modstandsdygtige over for LID og LeTID, findes der nogle beviser for modtagelighed for ultraviolet-induceret nedbrydning. For eksempel har forskere ved SLAC National Accelerator Laboratory og National Renewable Energy Laboratory (NREL) dokumenteret strømtab på forsiden og bagsiden i avancerede solcelleteknologier efter kunstigt accelereret UV-eksponeringstest. Disse data peger ikke på en enkelt nedbrydningsmekanisme, men antyder, at forskellige celledesigns nedbrydes via forskellige veje.
Retsmedicinsk analyse af feltpræstationer
Retsmedicinsk analyse er en detaljeret undersøgelse, der søger at fastslå årsagen til PV-systemets underydelse. I mange tilfælde er inverterfejl eller unøjagtige produktionsestimater skylden for reel eller opfattet systemunderydelse.
Baseline vurdering
En af de bedste måder for projektinteressenter at reducere projektrisikoen på er at engagere en kvalificeret tredjepart til at udføre en baseline-modulets helbredsvurdering under projektets idriftsættelse. Ved at registrere højkvalitetsmålinger forud for kommercielle operationer giver en baseline retsmedicinsk vurdering både kort- og langsigtede fordele i løbet af et solcelleanlægs levetid. På kort sigt forbedrer en baseline idriftsættelsesvurdering nøjagtigheden af estimater for systemets ydeevne.
EL-test i dagtimerne
Elektroluminescens (EL) test bruger et specielt kamerasystem til at dokumentere de lysemissioner, der opstår, når en elektrisk strøm passerer gennem PV-celler. EL-test har en lang historie i laboratoriet, hvor den bruges til at opdage en lang række skjulte modulfejl. Når først de er blevet henvist til kontrollerede indendørsmiljøer, er EL-testning mere og mere almindelig i kriminaltekniske undersøgelser. EL-billeddannelse i dagtimerne giver to forskellige fordele i forhold til tidligere tilgange. For det første giver vores EL-testmetodologi teknikere mulighed for at teste moduler in situ, hvilket fremskynder testprocessen og eliminerer celleskader på grund af modulfjernelse og -håndtering. For det andet eliminerer EL-testning i dagtimerne behovet for at teste moduler i mørket om natten, hvilket yderligere forbedrer sikkerheden og gennemløbet.
Resultaterne af EL-test i marken er værdifulde til at identificere større fabrikationsfejl, off-site forsendelses- og transportskader, materialehåndtering eller installationsskader på stedet eller skader som følge af alvorlige vejrhændelser såsom hagl, vind eller sne. Disse EL-billeder giver projektinteressenter mulighed for at identificere celleskader, der kan føre til termiske uoverensstemmelser, hot spots og fremtidig modulunderydelse. Når det er tilstrækkeligt dokumenteret og rapporteret, kan tredjeparts EL-billeder hjælpe med at afgøre garanti- og forsikringskrav. I modsætning til luftinfrarøde (IR) billeder, som kun identificerer de potentielle placeringer af ydeevneproblemer, belyser EL-undersøgelser om dagen de grundlæggende årsager til underydelse. Disse resultater gavner projektets interessenter ved at fremskynde problemløsning og minimere produktionstab.
Forudsigende vedligeholdelse
Tredjeparts efterforskning i felten er især praktisk, når den kombineres med en robust overvågningsplatform og forudsigelige vedligeholdelsesprotokoller. Efterhånden som PV-moduler ældes, er der øget risiko for, at aktiver i felten bliver dårligere. Celle mikrokrakning påvirker ofte ikke modulets ydeevne, når modulerne er nye, men det er ikke nødvendigvis tilfældet, når systemerne ældes. Efter 5 eller 10 år i marken fortsætter nogle moduler med at fungere som forventet, mens andre lider af accelereret nedbrydning.
Det er ikke en enkel sag at skelne mellem "gode" moduler og "dårlige" moduler, især i systemer, der blev implementeret efter det amerikanske handelsministerium vedtog sine AD/CVD-politikker. Store projekter, der ser ud til at have en enkelt modulleverandør, kan faktisk integrere moduler fremstillet ved hjælp af celler hentet fra et dusin forskellige leverandører. Da hver stykliste (BOM) er unik, har hver sin risikoprofil.
Afbødning af ekstreme vejrrisici
Ingen forstår de naturlige farer forbundet med solinstallationer bedre end vedvarende energiforsikringsspecialister såsom GCube Insurance. Ifølge virksomhedens 2021-markedsrapport, "Hail or High Water: The Rising Scale of Extreme Weather and Natural Catastrophe Losses in Renewable Energy", er vejrrelaterede forsikringskrav vokset i hyppighed og alvorlighed, efterhånden som solenergiprojekter er steget i frekvens, størrelse og geografisk fordeling. I betragtning af den hurtige vækst på solcellemarkedet globalt, er en tilsvarende stigning i solcelleforsikringskrav ikke helt uventet. Men den grundlæggende årsag til solcelleforsikringskrav har overrasket nogle forsikringsbranchens insidere. Specifikt siden 2015 er forsikrede tab forbundet med ekstreme vejrbegivenheder omtrent dobbelt så store som dem, der stammer fra naturkatastrofer.
Mens ekstreme vejrbegivenheder resulterer i flere forsikrede tab end naturkatastrofer gør, er forsikringskrav forbundet med kategorien alvorlige vejrtab ikke uundgåelige. Projektinteressenter kan forhindre eller afbøde mange ekstreme vejrtab ved at udvise rimelig omhu og forudseenhed i produktvalg og systemdesign. Desuden kan risikoreduktionsspecialister hjælpe skatteaktieinvestorer og forsikringsselskaber med at forstå de finansielle risici forbundet med hårdt vejr.
Sammenlignende test
Strategisk produktvalg er et væsentligt første skridt til at afbøde de førende årsager til ekstreme vejrtab. RETC's testresultater for bankbarhed og udover certificering viser, hvordan forskellige PV-moduldesigns eller kombinationer af moduler og reoler modstår disse forskellige typer af miljøbelastninger. Disse forskelle er missionskritiske i forbindelse med begrænsning af ekstrem vejrrisiko.
Eksempler på ekstreme vejrfarer, der kan forebygges, omfatter vind, hagl og sne. Baseret på skadesfrekvensen er høje vindhændelser en førende årsag til forsikrede tab i solcelleaktiver. Baseret på hvor alvorlige tabene er, beskadigede en meget omtalt haglstorm i det vestlige Texas omkring 400,000 solcellemoduler, hvilket resulterede i det største enkeltstående solcelleforsikringskrav til dato. Sne er generelt en relativt mindre fare, men udgør betydelige risici på bestemte højder eller breddegrader.
Målet med komparativ og accelereret test er at give projektinteressenter mulighed for at identificere og specificere de bedste produkter og systemdesign til specifikke applikationer og miljøer. Moduler, der klarer sig godt under dynamisk mekanisk belastningstest, er velegnede til installation i miljøer med kraftig vind. Moduler, der klarer sig godt i RETC's Hail Durability Test (HDT) sekvens, er velegnede til udrulning i hagludsatte områder. Moduler, der klarer sig godt i mekaniske belastningstests, er bedst egnede til at modstå de belastninger, der er forbundet med is og sne. Moduler, der ikke klarer sig godt i disse to tests, er ikke "dårlige" produkter, især i den korrekte anvendelse. Moduler hærdet mod vind og hagl medfører ofte højere produktionsomkostninger. Betingelserne for en installation i Californiens Central Valley, som sjældent oplever kraftig vind, hagl eller sne, retfærdiggør muligvis ikke disse ekstra omkostninger.
For at afbøde forsyningskæderisici evaluerer og køber udviklere ofte en række forskellige PV-modulmodeller og leverandører. Ekstrem vejrfølsomhed vil variere på tværs af denne portefølje af udvalgte PV-moduler. Ved at være opmærksom på disse forskelle kan udviklere dirigere vind-, hagl- eller snehærdede moduler til henholdsvis vind-, hagl- eller sneudsatte steder. Denne type selektiv implementering er en relativt enkel og omkostningseffektiv måde at reducere ekstreme vejrrisici.
Defensive stuvningsstrategier
Efter filtrering og selektiv implementering af moduler baseret på modstand mod stedspecifikke forhold, kan projektinteressenter implementere vejrfølsomme softwarekontrolstrategier for at reducere ekstreme vejrrisici yderligere i store hjælpeapplikationer. Mange solcelleanlæg i stor skala integrerer intelligent styrede enkeltakse trackere, der bruger software til at følge solen og samtidig undgå selvskygge. Efterhånden som vejrrelaterede forsikringskrav er steget, har brancheførende tracker-producenter implementeret nye softwarekontrol-reaktioner, såsom trusselsspecifikke defensive stuvnings- eller load shed-tilstande.
På grund af den meget lokaliserede og hurtigt bevægende karakter af begivenheder med høj vind og haglbyger, giver alarmer om alvorligt vejr ofte anlægsoperatører lidt forhåndsadvarsel. Desuden resulterer de typer storme, der producerer kraftig vind og store hagl, ofte i nedbrudte elledninger og tab af vekselstrøm. Aktive softwarekontroller kan løse disse udfordringer og give effektiv risikoreduktion med produktfunktioner såsom lokal eller fjerninitiering, hurtige responstider og fejlsikker batteribackup. Det er også vigtigt at overveje sammenfaldende vejrrisici.
Selvom forsikringsbranchen længe har været afhængig af probabilistiske risikovurderinger for at sikre bæredygtig dækning, er udfordringen ved solenergiprojekter todelt. For det første er begrænsede historiske data tilgængelige for at forstå ekstreme vejrrisici, især i betragtning af hastigheden af teknologiske ændringer og markedsudvidelse. For det andet fanger de naturkatastrofedata, som forsikringsselskaberne typisk er afhængige af, ikke "ukategoriserede" ekstreme vejrbegivenheder.
Modul kvalitet
Produkter, der ligner hinanden på papir, kan præstere meget anderledes i den virkelige verden. En produktionsforpligtelse til kvalitet er ofte årsag til disse forskelle. Det er ikke uden risiko at afvikle et stigende antal solcelleprojekter med højere kapacitet på steder over hele kloden. Afbødning af stedspecifik risiko kræver strategisk anvendelse af produkter og teknologier. En ensartet tilgang til produktdesign og projektudvikling øger uvægerligt projektrisikoprofiler. Strategisk produktdifferentiering forbedrer projektets modstandsdygtighed.
Haglhærdede modul- og systemdesign afbøder projektrisikoen i hagludsatte regioner som West Texas. Produkt- og systemdesign, der modstår dynamiske vindeffekter, reducerer projektrisikoen på steder med kraftig vind over hele verden. Produkt- og systemdesign, der modstår høje statiske mekaniske belastninger, mindsker risikoen for katastrofale fejl på steder med ekstrem sne. Korrosionsbestandige produkter forlænger levetiden i kystområder.
Testlaboratorier bruger kalibreret og certificeret udstyr under auditerede og kontrollerede testforhold. Karakteristika fanget under disse strenge forhold repræsenterer det korrekte mål for PV-modulets ydeevne og giver værdi til flere projektinteressenter. Selvom fabrikstestning i henhold til standardtestbetingelser (STC)-parametre er ideelle til at etablere modulnavnepladeklassificeringer, karakteriserer fabrikstestresultater ikke typiske moduldriftsforhold. For nøjagtigt at modellere systemets ydeevne i den virkelige verden er det vigtigt at forstå, hvordan moduler fungerer under forhold med lav stråling eller i forhold til skiftende solvinkler. Desuden er det afgørende at karakterisere modulets ydeevne under testforhold, der afspejler de driftsbetingelser, hvorunder solcelleanlæg typisk producerer optimale energiudbytter. Det er også afgørende at forstå, hvordan kortvarig soleksponering og den deraf følgende nedbrydning påvirker PV-ydelsen i marken.
Igennem 2022-udgaven af PV-modulindeksrapporten har RETC anerkendt 9 forskellige producenter og fremvist 61 tilfælde af høj præstation inden for fremstilling. For at identificere de bedste af de bedste gennemgik og rangerede den de overordnede datafordelinger på tværs af alle tre discipliner: kvalitet, ydeevne og pålidelighed. Den overordnede resultatmatrix fremhæver seks toppræstationer baseret på overordnet høj præstation inden for fremstilling: JA Solar, JinkoSolar, LONGi Solar, Hanwha Q CELLS, Trina Solar og Yingli Solar.