Kilde: reglobal.co
Renewable Energy Test Center (RETCs) PV Module Index Report 2022
Dette er et utdrag fra Renewable Energy Test Centers (RETCs) PV Module Index Report 2022. Årets PV Module Index Report, utforsker tre sammenhengende emner – n-type PV-moduler, feltetterforskning og ekstremvær – som viser noen av de uunngåelige tekniske risikoene knyttet til solenergiprosjektutvikling. Disse aktuelle temaene belyser også verdien av en datadrevet tilnærming til risikostyring.
Evaluering av nye N-type PV-moduler
Solindustriens fortsatte evne til å redusere kostnadene samtidig som ytelsen forbedres er en hovedårsak til at solenergi sto for den største andelen av ny elektrisitetsproduksjonskapasitet i USA i 2021. Denne trenden eksemplifiseres best ved kontinuerlige endringer i moduldesign og celleteknologi. I fjor utforsket RETC for eksempel fordelene og utfordringene ved å utvikle og distribuere storformatmoduler, som mange analytikere forventer vil dominere markedet i årene som kommer. I år følger RETC nøye med på en annen teknologitrend som raskt får markedsfeste og aksept, fremveksten av neste generasjons n-type PV-celler med passiverende kontakter.
Fremveksten av TOPCon
Mange industrianalytikere og materialforskere mener nye n-type PV-celledesign er den neste logiske progresjonen på PV-teknologiens veikart. I 2013 presenterte forskere ved Tysklands Fraunhofer-institutt for solenergisystemer en metode for å produsere høyeffektive n-type silisiumsolceller med en ny tunneloksid-passivert kontaktstruktur (TOPCon). Takket være utmerket overflatepassivering og effektiv bærertransport oppnådde denne nye celledesignen høye karakterer for åpen kretsspenning (Voc), fyllfaktor og effektivitet. Mindre enn et tiår senere er TOPCon det mest livlige ordet innen solenergi. De største modulprodusentene i verden begynner volumproduksjon av PV-moduler med TOPCon-celler. Mens LONGi Solar satser stort på p-type TOPCon, gjør mange andre ledende modulselskaper – som Jinko Solar, Jollywood Solar Technology, JA Solar og Trina Solar – betydelige investeringer i moduler med n-type TOPCon-celledesign. Dette kollektive dreiepunktet i markedet skyldes først og fremst utflatende effektivitetskurver for p-type passiverte emitter- og bakkontaktcelle (PERC)-moduler. Selv om disse har dominert markedet de siste årene, begynner produsentene å nå de fysiske grensene for p-type mono PERC-celledesign. Overgang til n-type TOPCon-celler vil tillate modulselskaper å øke celleeffektiviteten ytterligere i laboratoriet og i masseproduksjon.
Fordeler med N-type celler
Solcelleprodusenter har lenge erkjent de potensielle effektivitetsfordelene ved n-type PV-celler. For eksempel begynte Sanyo å utvikle n-type heterojunction teknologi (HJT) PV-celler på 1980-tallet. I tillegg har SunPower bygget sine interdigitated back contact (IBC) PV-celler på en base av n-type silisium med høy renhet. På grunn av kompleksiteten i produksjonen er høyeffektive PV-moduler basert på n-type HJT- og IBC-celledesign relativt dyre å produsere og forblir en nisjedel av markedet. Til sammenligning er n-type TOPCon-celleproduksjon veldig lik PERC-prosessen. Som et resultat kan produsenter produsere disse neste generasjons høyeffektive TOPCon-modulene på oppgraderte PERC-produksjonslinjer.
Selv om dagens n-type TOPCon-moduler koster litt mer å produsere per watt enn p-type mono PERC-moduler, resulterer effektivitetsgevinsten i lavere utjevnede energikostnader (LCOE) i storskala feltdistribusjoner. Best av alt, ledende eksperter forventer at n-type TOPCon vil dra nytte av en akselerert læringskurve. En primær materiell fordel med n-type TOPCon-celler i forhold til p-type mono PERC-celler er en lavere nedbrytningshastighet på grunn av en redusert mottakelighet for både lysindusert nedbrytning (LID) og lys- og forhøyet temperaturindusert nedbrytning (LeTID). Ytterligere fordeler kan inkludere en høyere bifasialitetsfaktor, samt forbedret ytelse under både lite lys og høye temperaturer.
Risiko for tidlig adopsjon
De fleste analytikere forventer at moduler med n-type TOPCon-celler raskt vil øke markedsandelen basert på disse ytelsesfordelene. Imidlertid bærer fremvoksende PV-celleteknologier - selv de som til slutt viser seg vellykkede på feltet - alltid mer risiko enn modne og velprøvde teknologier. Inntil produktene er distribuert i stor skala, eksisterer potensialet for ennå uoppdagede nedbrytningsmekanismer. I dag, for eksempel, anser uavhengige ingeniører og finansmenn p-type mono PERC PV-moduler som en stabil og lavrisikoteknologi. Denne vurderingen var ikke alltid en konsensusoppfatning. Tidlige versjoner av mono PERC-moduler hadde problemer med stabilitet, spesielt LID og, i sjeldne tilfeller, LeTID. Disse uventede mono PERC-degraderingsmodusene demonstrerer ytelsesrisikoen som tidlige brukere står overfor med ny teknologi.
Mens n-type TOPCon PV-celler har vist seg motstandsdyktige mot LID og LeTID, finnes det noen bevis for mottakelighet for ultrafiolett-indusert nedbrytning. For eksempel har forskere ved SLAC National Accelerator Laboratory og National Renewable Energy Laboratory (NREL) dokumentert strømtap foran og bak i avanserte solcelleteknologier etter kunstig akselerert UV-eksponeringstesting. Disse dataene peker ikke på en enkelt nedbrytningsmekanisme, men antyder at forskjellige celledesign brytes ned via forskjellige veier.
Rettsmedisinsk analyse av feltytelse
Rettsmedisinsk analyse er en detaljert undersøkelse som søker å fastslå årsaken til underytelse av PV-systemet. I mange tilfeller er inverterfeil eller unøyaktige produksjonsestimater skylden for reell eller oppfattet systemunderytelse.
Grunnlagsvurdering
En av de beste måtene for prosjektinteressenter å redusere prosjektrisiko på er å engasjere en kvalifisert tredjepart til å utføre en helsevurdering av grunnleggende modul under igangkjøring av prosjektet. Ved å fange opp målinger av høy kvalitet før kommersiell drift, gir en grunnleggende rettsmedisinsk vurdering både kortsiktige og langsiktige fordeler over levetiden til et PV-kraftsystem. På kort sikt forbedrer en grunnleggende idriftsettelsesvurdering nøyaktigheten av estimater for systemytelse.
EL-testing på dagtid
Elektroluminescens (EL)-testing bruker et spesielt kamerasystem for å dokumentere lysutslippene som oppstår når en elektrisk strøm passerer gjennom PV-celler. EL-testing har en lang historie i laboratoriet, hvor den brukes til å oppdage et bredt spekter av skjulte modulfeil. Når de først ble henvist til kontrollerte innendørsmiljøer, er EL-testing stadig mer vanlig i feltkriminaltekniske undersøkelser. EL-avbildning på dagtid gir to distinkte fordeler i forhold til tidligere tilnærminger. For det første lar vår EL-testmetodikk teknikere teste moduler in situ, noe som fremskynder testprosessen og eliminerer celleskade på grunn av fjerning og håndtering av moduler. For det andre eliminerer EL-testing på dagtid behovet for å teste moduler i mørket om natten, noe som forbedrer sikkerheten og gjennomstrømningen ytterligere.
Resultatene av EL-testing i felt er verdifulle for å identifisere store produksjonsfeil, frakt- og transportskader utenfor stedet, skader på materialhåndtering eller installasjon på stedet, eller skader som følge av alvorlige værhendelser som hagl, vind eller snø. Disse EL-bildene lar prosjektinteressenter identifisere celleskader som kan føre til termiske avvik, hot spots og fremtidig modulunderytelse. Når det er tilstrekkelig dokumentert og rapportert, kan tredjeparts EL-bilder bidra til å avgjøre garanti- og forsikringskrav. I motsetning til infrarøde luftbilder (IR), som bare identifiserer de potensielle plasseringene av ytelsesproblemer, belyser EL-undersøkelser på dagtid årsakene til underytelse. Disse funnene er til fordel for prosjektinteressenter ved å fremskynde problemløsning og minimere produksjonstap.
Prediktivt vedlikehold
Tredjeparts feltytelsesetterforskning er spesielt praktisk når det kombineres med en robust overvåkingsplattform og prediktive vedlikeholdsprotokoller. Ettersom PV-moduler eldes, har feltaktiva økt risiko for underytelse. Cellemikrocracking påvirker ofte ikke modulens ytelse når moduler er nye, men det er ikke nødvendigvis tilfelle når systemene eldes. Etter 5 eller 10 år i felten fortsetter noen moduler å fungere som forventet, mens andre lider av akselerert nedbrytning.
Å skille mellom "gode" moduler og "dårlige" moduler er ikke en enkel sak, spesielt i systemer som ble distribuert etter at det amerikanske handelsdepartementet vedtok sin AD/CVD-policy. Store prosjekter som ser ut til å ha en enkelt modulleverandør kan faktisk integrere moduler produsert ved hjelp av celler hentet fra et dusin forskjellige leverandører. Gitt at hver stykkliste (BOM) er unik, har hver sin risikoprofil.
Redusere ekstrem værrisiko
Ingen forstår de naturlige farene forbundet med utplassering av solenergi bedre enn forsikringsspesialister for fornybar energi som GCube Insurance. I følge selskapets markedsrapport for 2021, "Hail or High Water: The Rising Scale of Extreme Weather and Natural Catastrophe Losses in Renewable Energy", har værrelaterte forsikringskrav vokst i frekvens og alvorlighetsgrad ettersom solenergiprosjekter har økt i frekvens, størrelse og geografisk fordeling. Gitt den raske veksten av solenergimarkedet globalt, er en tilsvarende økning i solcelleforsikringskrav ikke helt uventet. Grunnårsaken til solcelleforsikringskrav har imidlertid overrasket noen innsidere i forsikringsbransjen. Spesielt siden 2015 er forsikrede tap knyttet til ekstreme værhendelser omtrent dobbelt så stor som de som stammer fra naturkatastrofer.
Mens ekstreme værhendelser resulterer i flere forsikrede tap enn naturkatastrofer gjør, er forsikringskrav knyttet til kategorien alvorlig værtap ikke uunngåelige. Prosjektinteressenter kan forhindre eller redusere mange ekstreme værtap ved å utvise rimelig forsiktighet og fremsyn i produktvalg og systemdesign. Videre kan risikoreduserende spesialister hjelpe skatteaksjeinvestorer og forsikringsselskaper med å forstå den økonomiske risikoen forbundet med hardt vær.
Sammenlignende testing
Strategisk produktvalg er et viktig første skritt for å redusere de viktigste årsakene til ekstreme værtap. RETCs testresultater for bankbarhet og utover-sertifisering viser hvordan ulike PV-moduldesign eller kombinasjoner av moduler og reoler motstår disse forskjellige typer miljøpåkjenninger. Disse forskjellene er kritiske i forbindelse med ekstrem værrisikoreduksjon.
Eksempler på ekstremvær som kan forebygges inkluderer vind, hagl og snø. Basert på skadefrekvensen er høye vindhendelser en ledende årsak til forsikrede tap i felte solenergianlegg. Basert på hvor alvorlig tapene er, skadet en mye publisert haglstorm i Vest-Texas rundt 400000 solcellemoduler, noe som resulterte i det største enkeltstående solcelleforsikringskravet til dags dato. Snø er en relativt mindre fare totalt sett, men utgjør betydelig risiko ved spesifikke høyder eller breddegrader.
Målet med komparativ og akselerert testing er å gi prosjektinteressenter i stand til å identifisere og spesifisere de beste produktene og systemdesignene for spesifikke applikasjoner og miljøer. Moduler som yter godt under dynamisk mekanisk belastningstesting er godt egnet for utplassering i miljøer med sterk vind. Moduler som gir gode resultater i RETCs Hail Durability Test (HDT)-sekvens er godt egnet for utplassering i hagl-utsatte områder. Moduler som yter godt i mekaniske belastningstester er best egnet for å motstå belastningene forbundet med is og snø. Moduler som ikke fungerer godt i disse to testene er ikke "dårlige" produkter, spesielt i riktig applikasjon. Moduler herdet mot vind og hagl medfører ofte høyere produksjonskostnader. Betingelsene for en installasjon i Californias Central Valley, som sjelden opplever sterk vind, hagl eller snø, rettferdiggjør kanskje ikke disse ekstra kostnadene.
For å redusere risikoen i forsyningskjeden, evaluerer og henter utviklere ofte en rekke PV-modulmodeller og -leverandører. Ekstrem værfølsomhet vil variere på tvers av denne porteføljen av utvalgte PV-moduler. Ved å ta hensyn til disse forskjellene kan utviklere rette vind-, hagl- eller snøherdede moduler til henholdsvis vind-, hagl- eller snøutsatte steder. Denne typen selektiv utplassering er en relativt enkel og kostnadseffektiv måte å redusere ekstremværrisiko.
Defensive oppbevaringsstrategier
Etter å ha filtrert og selektivt distribuert moduler basert på motstand mot stedsspesifikke forhold, kan prosjektinteressenter implementere værresponsive programvarekontrollstrategier for å redusere ekstremværrisiko ytterligere i store verktøyapplikasjoner. Mange storskala PV-systemer integrerer intelligent kontrollerte enkeltakse trackere som bruker programvare for å følge solen mens de unngår selvskygge. Etter hvert som værrelaterte forsikringskrav har økt, har bransjeledende sporingsprodusenter implementert nye programvarekontrollresponser, for eksempel trusselspesifikke defensive oppbevarings- eller load shed-moduser.
På grunn av den svært lokaliserte og raskt bevegelige naturen til høye vindhendelser og haglbyger, gir alvorlige værvarsler ofte anleggsoperatører lite forhåndsvarsling. Dessuten resulterer de typene stormer som produserer kraftig vind og store hagl ofte i nedslåtte kraftledninger og tap av vekselstrøm. Aktive programvarekontroller kan håndtere disse utfordringene og gi effektiv risikoreduksjon med produktfunksjoner som lokal eller ekstern initiering, raske responstider og feilsikker batteribackup. Det er også viktig å vurdere sammenfallende værrisiko.
Selv om forsikringsbransjen lenge har vært avhengig av sannsynlige risikovurderinger for å gi bærekraftig dekning, er utfordringen med solenergiprosjekter todelt. For det første er begrensede historiske data tilgjengelig for å forstå ekstreme værrisikoer, spesielt med tanke på hastigheten på teknologiske endringer og markedsekspansjon. For det andre fanger ikke naturkatastrofedataene som forsikringsselskapene vanligvis stoler på, «ukategoriserte» ekstremværhendelser.
Modulkvalitet
Produkter som ser like ut på papir, kan yte seg veldig annerledes i den virkelige verden. En produksjonsforpliktelse til kvalitet står ofte for disse forskjellene. Det er ikke uten risiko å drive med økende antall solenergiprosjekter med høyere kapasitet på steder rundt om i verden. Å redusere stedsspesifikk risiko krever strategisk anvendelse av produkter og teknologier. En helhetlig tilnærming til produktdesign og prosjektutvikling øker alltid prosjektrisikoprofiler. Strategisk produktdifferensiering forbedrer prosjektets motstandskraft.
Haglherdede modul- og systemdesign reduserer prosjektrisiko i haglutsatte regioner som Vest-Texas. Produkt- og systemdesign som motstår dynamiske vindeffekter reduserer prosjektrisikoen på steder med sterk vind over hele verden. Produkt- og systemdesign som motstår høye statiske mekaniske belastninger reduserer risikoen for katastrofale feil på steder med ekstrem snø. Korrosjonsbestandige produkter forlenger levetiden i kystområder.
Testlaboratorier bruker kalibrert og sertifisert utstyr under reviderte og kontrollerte testforhold. Egenskaper fanget under disse strenge forholdene representerer det riktige målet på PV-modulytelse og gir verdi til flere prosjektinteressenter. Selv om fabrikktesting i henhold til standard testbetingelser (STC) parametere er ideell for å etablere modulnavneplateklassifiseringer, karakteriserer ikke fabrikktestresultater typiske moduldriftsforhold. For å nøyaktig modellere systemytelsen i den virkelige verden, er det viktig å forstå hvordan moduler yter under forhold med lav innstråling eller i forhold til skiftende solvinkler. Dessuten er det avgjørende å karakterisere modulens ytelse under testforhold som gjenspeiler driftsforholdene som PV-systemer vanligvis produserer optimal energiutbytte under. Det er også viktig å forstå hvordan kortvarig soleksponering og den resulterende nedbrytningen påvirker PV-ytelsen i felten.
Gjennom 2022-utgaven av PV Module Index Report har RETC anerkjent 9 forskjellige produsenter og vist frem 61 tilfeller av høye prestasjoner i produksjon. For å identifisere det beste av det beste, gjennomgikk og rangerte den de generelle datadistribusjonene på tvers av alle tre disipliner: kvalitet, ytelse og pålitelighet. Den samlede resultatmatrisen fremhever seks topputøvere basert på generell høy prestasjon innen produksjon: JA Solar, JinkoSolar, LONGi Solar, Hanwha Q CELLS, Trina Solar og Yingli Solar.
