Lähde: roedl.com
Sen lisäksi, että kaksipuoliset PV-moduulit tarjoavat mahdollisuuden alentaa tasoitettuja energiakustannuksia (LCOE), ne tarjoavat uusia asennus- ja markkinointimahdollisuuksia. Tämä puolestaan on mukanaan liittyviä etuja, kuten lisätuottoa ja korkeampaa tehotiheyttä. Lisäksi pystysuoraan asennettavat bifacial-moduulit tarjoavat erityisen energiantuotantoprofiilinsa ansiosta sähkön hintaetuja aikoina, jolloin sähköä on markkinoitava ilman EEG-tukea, ja ne voivat auttaa avaamaan uutta käyttötarkoitusta muuten vaikeapääsyisille alueille.
Perustiedot
Periaatteessa bifacial photovoltaic (PV) -moduulit ovat yksinkertaisesti PV-moduuleja, joiden koko takakosketin on korvattu sormenjälkikoskettimella. Tämä tarkoittaa, että myös paneelin takaosa voidaan altistaa auringon säteilylle ja käyttää sähkön tuottamiseen. Se, kuinka paljon auringonsäteilyä paneelin takaosaan vastaanottaa, riippuu ennen kaikkea ympäröivän pinnan heijastavuudesta ja moduulien asennustavasta. Ns. albedo-arvo on mitta siitä, kuinka hyvin pinta heijastaa auringonsäteilyä. Esimerkiksi albedoarvo on n. 10 % korkealla auringonpaisteella syvän veden yläpuolella, 10 % - 30 % niityillä ja jopa 75 % - 95 % juuri sateellisella lumella.1Ympäröivän pinnan albedoarvo on merkittävä tekijä sadonlisäyksen kannalta (katso kuva2).
Toinen tekijä on niin kutsuttu "kaksipuolisuustekijä", joka mittaa kuinka paljon energiaa paneelin takaosa tuottaa verrattuna paneelin etuosaan. Tällä hetkellä bifasiaalisissa moduuleissa bifacialiteettitekijät vaihtelevat tavallisesti 70 % ja 95 % välillä. Esimerkiksi 95 % bifacialiteettikerroin tarkoittaa, että samoissa olosuhteissa takaosa tuottaa vain 95 % etuosan tuottamasta energiasta. Mutta loppujen lopuksi tuottohyöty ratkaisee, ja tässä tapauksessa, jos laitos on sijoitettu suotuisasti ihanteellisissa asennusolosuhteissa (korkea albedoarvo esim. lumi tai kirkas kattopinta, täydellinen suunta, ei varjostusta), mahdolliset arvot tuoton lisäys voi vaihdella välillä 30 % - 50 % pa3Saksassa pitäisi kuitenkin pikemminkin olettaa, että tuottohyöty vaihtelee 5 %:n ja 15 %:n välillä pa riippuen järjestelmän suunnittelusta ja moduulin alla olevasta pinnasta.
Perusnäkökohdat albedon vaikutuksesta tuoton kasvuun
Innovatiiviset järjestelmäsuunnittelut
Bifacial-moduuleissa on erikoista, että takapuolelta saatavan tuottohyödyn lisäksi tämän tyyppiset moduulit tarjoavat myös muita asennusvaihtoehtoja. Varmasti radikaalein muutos perinteisiin paneeleihin verrattuna on pystyasennus. Yleisin on paneelien itä/länsisuuntaus. Tämä sisältää kaksi pääeroa verrattuna perinteiseen asetteluun.
Ensinnäkin pystysuoraan asetteluun liittyy muuttunut tuotantoprofiili. Yhden keskipäivän maksimin sijaan tuotetaan nyt kaksi huippua: yksi aamulla ja yksi iltapäivällä, vaikka keskipäivän jälkeen tuotanto on edelleen suhteellisen korkea. Sen lisäksi, että muutamat vertailukelpoiset voimalaitokset tuottavat 5–10 prosentin tuottohyötyjä, todellinen etu on, että sähköä tuotetaan nyt enemmän yleisesti nousevien spot-markkinahintojen keskellä. Saksassa ja kaikkialla maailmassa on havaittavissa, että yhä useampia voimalaitoksia suunnitellaan tai rakennetaan ilman EEG-tukea.4 Näiden voimalaitosten osalta tulevaisuuden sähköpörssissä noteerattu sähkön hinta on tärkeä kannattavuuteen liittyvät näkökohdat. Kyky välttää aurinkovoimaloiden ns. kannibalisaatioilmiö (eli keskipäivän huippuhinnan lasku jopa negatiivisten hintojen tasolle) voi tulla ratkaisevaksi tekijäksi. Espanjan sähkömarkkinoiden analyysi havainnollistaa selvästi kiistanalaista ei-tuetun sähkön hintojen ongelman luonteesta.5
Perinteinen vs. vertikaalinen asennus: Energian tuotantoprofiili ja spot-markkinahinnat 26.5.2017; Lähde:/Next2Sun
Toinen merkittävä ero on maankäytön muutos. Verrattuna tavanomaisiin paneeleihin pystysuoraan asennettavat bifacial-moduulit vaativat huomattavasti suuremman rivivälin liiallisen itsesuojauksen välttämiseksi. Tämä johtaa toisaalta maankäyttöasteiden laskuun ja toisaalta juuri suurempi riviväli auttaa maan pysymään maatalouskäyttöisenä ainakin tietyin rajoituksin. Maatalouden tuottavuuden ylläpitäminen tarkoittaa viime kädessä mahdollisuutta alentaa maanvuokrakustannuksia verrattuna perinteisiin voimalaitoksiin ja siten kohdata kasvavaa maankulutusongelmaa innovatiivisen yhteistyömallin pohjalta. Koska projektikehittäjät pyrkivät yleensä saavuttamaan suurimman asennetun kapasiteetin optimoidakseen katteita voimalaitoksen myynnin yhteydessä, tämä konsepti on kiinnostavampi energiantoimittajille. Näin ollen kansan epäilyt maankäytöstä voidaan hälventää. Tässä mielenkiintoinen on ajatus yhteistyöstä maatalousosuuskuntien kanssa, jotka omistavat laajoja maa-alueita esimerkiksi Itä-Saksassa.
Toinen pystysuoran asennuksen etu on lumen pinnalle kertymisen aiheuttamien häviöiden minimointi
moduulien pinta. Lisäksi alustavien tutkimusten mukaan saastumisen aiheuttamat menetykset ovat huomattavasti pienemmät (tämä on olennaista aavikkoalueilla).6
Bifacial-moduulien soveltuvuus tietyntyyppisissä voimalaitoksissa ei riipu pelkästään siitä, että paneelin molempia puolia käytetään, vaan myös lasi-lasi-moduulin läpinäkyvyydestä. Siten ne soveltuvat parhaiten asennettavaksi autokatoksiin, meluesteisiin, rakennuselementeiksi, kelluviin aurinkosähköihin7, ja myös edellä mainitussa Agro PV:ssä.
Kustannus- ja tulorakenne
Vertailun vuoksi kustannus- ja tuottorakenteen analyysissä otetaan huomioon optimaalisesti kallistettujen, etelään päin olevien aurinkovoimaloiden perinteinen suunnittelu.
Huomaavainen lukija on jo tässä vaiheessa päätellyt, että bifacial-moduulien asennus vaatii vähemmän moduuleja suuremman ominaistuoton vuoksi. Tämä vähentää asennus-, BoS- ja maanvuokrakustannuksia.
Sen sijaan moduulien hinnat ovat korkeammat, tällä hetkellä noin 10 %, mikä voi kuitenkin pitkällä aikavälillä myös lähentyä. Syynä tähän on, että tuotantoprosessi on hyvin samanlainen kuin perinteisten moduulien3. Tällä hetkellä globaalit tuotantokapasiteetit suuntautuvat lähinnä monofacial-moduuleihin. Näin ollen mittakaavaeduista johtuva hintaa alentava vaikutus ei ole vielä vaikuttanut niin voimakkaasti bifacial-moduuleihin.
On kuitenkin syytä tutkia tapauskohtaisesti, minkä tyyppinen moduuli ja mikä asennustapa yksittäisiin projekteihin valitaan. Jos sähköä myydään EEG-järjestelmän ulkopuolella, on järkevää – LCOE:n määrittämisen lisäksi – laatia pitkän aikavälin sähkön hintaennuste tuotetun sähkön arvon määrittämiseksi.
Pystysuoraan asennettujen bifacial-moduulien erityiset investointikustannukset ovat n. 10 % - 20 % korkeampi ja maanvuokrakustannukset ovat noin kaksinkertaiset suuremmasta maatarpeesta johtuen. Maanvuokrakuluissa kustannussäästöt ovat mahdollisia sen mukaan, soveltuuko tontti maatalouskäyttöön ja onko sen jatkokäyttö mahdollista. Sitä vastoin bifacial-moduulit tarjoavat noin. 5–10 % korkeammat tuotot ja korkeammat tulot sähkön myynnistä korkeampien sähköhintojen aikoina. Lisäksi lasi-lasimoduulien käytön odotetaan pidentävän käyttöikää
elämää.9
Positiivinen ennuste bifacial-markkinaosuudelle
Oletetaan, että bifacial-moduulit kasvavat maailmanlaajuisesti. Ennusteet vaihtelevat 20 prosentin välillä
202610 40 prosenttiin vuonna 2025.11Hintaeron lisäksi hankaluuksia aiheuttaa myös se, että bifacial STC:tä ei ole vielä ratkaistu. Muita ongelmia ovat paneelien takaosan puhdistus ja asennusrakenteen aiheuttamat kuumat kohdat. Positiivista on, että bifacial-moduulien toimitusajat ovat normalisoituneet ja tuottosimulaatiot antavat luotettavia arvoja.
Johtopäätös: Bifacial PV Power Plants uusilla järjestelmäsuunnittelulla ja liiketoimintakoteloilla
Bifacial PV-moduulit tuottavat enemmän energiaa samalle moduulipinnalle paneelin aurinkoaktiivisen takaosan kautta ympäröivän pinnan heijastavuuden vuoksi. Kun asennus- ja BoS-kustannukset ovat samalla tasolla, tämä johtaa korkeampaan tuottoon, joka yleensä ylittää bifacial-moduulien korkeammat kustannukset. Lisäksi bifacial-moduulit on ennalta määrätty käytettäväksi meluesteissä, kelluvissa aurinkovoimaloissa ja pystysuoraan asennettavissa
PV-järjestelmät. Koska pystysuoraan asennetuilla voimalaitoksilla maata voidaan edelleen käyttää maataloustarkoituksiin, tämä eliminoi kiistanalaisen kysymyksen maankulutuksesta12ja siten lisää mahdollisuuksia saada tarvittavat luvat. Samalla tämäntyyppisten voimalaitosten tuotantoprofiili lupaa korkeampaa tuottoa sähköpörssissä, mikä on erityisen houkuttelevaa EEG-tukijärjestelmän ulkopuolella toimivien voimalaitosten osalta. Siksi on periaatteessa suositeltavaa joka tapauksessa harkita bifacial PV-moduuleja ja niiden pystyasennusta tulevissa projekteissa.
________________________________________________________________
1 Dobos, E. (1996) 'Albedo', Engineering (Lontoo), 237(7), s. 21. doi: 10.1081/E-ESS
2 Dupeyrat et ai., 2014; Bifacial PV -saannon albedo-riippuvuuden tutkimukset
3 Guo, S., Walsh, TM ja Peters, M. (2013) "Vertally mounted bifacial photovoltaic modules: A Global analysis", Energy, 61, s. 447–454. doi:10.1016/j.energy.2013.08.040
Yusufoglu, UA, Pletzer, TM, Koduvelikulathu, LJ, Comparotto, C., Kopecek, R. ja Kurz, H. (2015a) 'Analysis of the year performance of bifacial
moduulit ja optimointimenetelmät”, IEEE Journal of Photovoltaics, 5(1), s. 320–328. doi: 10.1109/JPHOTOV.2014.2364406
Shoukry, I. (2015) Bifacial Modules – Simulation and Experiment. Stuttgartin yliopisto
4 https://www.pv-magazine.de/2019/03/04/enbw-plant-photovoltaik-anlagen-mit-400-megawatt-ohne-foerderung-in-deutschland/
5 https://www.pv-magazine.de/2019/03/01/photovoltaik-in-spanien-kurzer-ueberblick-ueber-einspeisetarife-sowie-projektentwicklung-und-finanzierung-von-freiflaechenanlagen/
6 Rabanal-Arabach, J., Mrcarica, M., Schneider, A., Kopecek, R. ja Heckmann, M. (2016) "The Need of Frameless Mounting Structures for Vertical Mounting of Bifacial PV Modules", 32nd EU PVSEC
7 "Floating PV – Schwimmende Photovoltaikanlagen als neuer Trend" (Us.: Ausgabe Februar 2019)
8 Perustuu PV Magazinin webinaariin 25.10.2018; Diat abrufbar osoitteessa: https://16iwyl195vvfgoqu3136p2ly-wpengine.netdna-ssl.com/wp-content/uploads/2018/10/2018-10-25-Bifacial-Webinar-SOLTEC.pdf
9 Seuraava 2su
10 International Technology Roadmap for Photovoltaic (ITRPV), maaliskuu 2019 [Daten für "true bifacial"]
11 https://www.bloomberg.com/news/articles/2018-05-17/watch-out-for-double-sided-solar-panels-otaking-off-in-China
12 https://www.pv-magazine.de/2019/03/04/fdp-politiker-photovoltaik-anlagen-in-unseren-regionen-sind-verbrechen-an-der-menschheit/
