Lähde: reglobal.co
Renewable Energy Test Centerin (RETC:n) PV-moduuliindeksiraportti 2022
Tämä on ote Renewable Energy Test Centerin (RETC:n) PV-moduuliindeksiraportista 2022. Tämän vuoden PV-moduuliindeksiraportissa tarkastellaan kolmea toisiinsa liittyvää aihetta – n-tyypin aurinkosähkömoduuleita, kenttärikostutkimusta ja äärimmäisiä sääolosuhteita –, jotka osoittavat joitain väistämättömistä teknisistä riskeistä. liittyy aurinkoenergiaprojektien kehittämiseen. Nämä ajankohtaiset aiheet myös valaisevat tietolähtöisen lähestymistavan arvon riskienhallinnassa.
Uusien N-tyypin PV-moduulien arviointi
Aurinkoenergiateollisuuden jatkuva kyky alentaa kustannuksia ja parantaa suorituskykyä on ensisijainen syy, miksi aurinko muodosti suurimman osan Yhdysvaltain uudesta sähköntuotantokapasiteetista vuonna 2021. Tätä kehitystä kuvaavat parhaiten jatkuvat muutokset moduulirakenteissa ja kennotekniikoissa. Esimerkiksi viime vuonna RETC selvitti suurikokoisten moduulien kehittämisen ja käyttöönoton etuja ja haasteita, joiden monet analyytikot odottavat hallitsevan markkinoita tulevina vuosina. Tänä vuonna RETC seuraa tiiviisti toista teknologiatrendiä, joka on nopeasti saamassa markkinoille vetoa ja hyväksyntää, seuraavan sukupolven n-tyypin PV-kennojen nousua passivoivilla koskettimilla.
TOPConin nousu
Monet teollisuuden analyytikot ja materiaalitutkijat uskovat, että nousevat n-tyypin PV-kennojen mallit ovat seuraava looginen edistysaskel PV-teknologian tiekartalla. Saksalaisen Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems -instituutin tutkijat esittelivät vuonna 2013 menetelmän tuottaa tehokkaita n-tyypin piiaurinkokennoja, joissa on uusi tunnelioksidipassivoitunut kontaktirakenne (TOPCon). Erinomaisen pinnan passivoinnin ja tehokkaan kantoaallonsiirron ansiosta tämä uusi kennorakenne saavutti korkeat arvosanat avoimen piirin jännitteelle (Voc), täyttökertoimelle ja tehokkuudelle. Alle kymmenen vuotta myöhemmin TOPCon on aurinkoisin sana. Maailman suurimmat moduulivalmistajat aloittavat PV-moduulien volyymituotannon TOPCon-kennoilla. Vaikka LONGi Solar panostaa paljon p-tyypin TOPConiin, monet muut johtavat moduuliyritykset, kuten Jinko Solar, Jollywood Solar Technology, JA Solar ja Trina Solar, tekevät huomattavia investointeja moduuleihin, joissa on n-tyypin TOPCon-kennosuunnittelu. Tämä markkinoiden yhteinen käänne johtuu ensisijaisesti p-tyypin passivoidun emitteri- ja PERC-moduulien tehokkuuskäyrien litistymisestä. Vaikka nämä ovat dominoineet markkinoita viime vuosina, valmistajat alkavat saavuttaa p-tyypin mono PERC -kennojen fyysiset rajat. Siirtyminen n-tyypin TOPCon-kennoihin antaa moduuliyhtiöille mahdollisuuden tehostaa kennojen tehokkuutta entisestään laboratoriossa ja massatuotannossa.
N-tyypin solujen edut
Aurinkoenergian valmistajat ovat jo pitkään tunnustaneet n-tyypin aurinkokennojen mahdolliset tehokkuusedut. Esimerkiksi Sanyo aloitti n-tyypin heterojunction-teknologian (HJT) PV-kennojen kehittämisen 1980-luvulla. Lisäksi SunPower on rakentanut interdigitated back contact (IBC) PV-kennonsa erittäin puhtaan n-tyypin piin pohjalle. Valmistuksen monimutkaisuuden vuoksi n-tyypin HJT- ja IBC-kennoihin perustuvat korkeatehoiset aurinkosähkömoduulit ovat suhteellisen kalliita valmistaa ja ne ovat edelleen markkinarako. Vertailun vuoksi n-tyypin TOPCon-kennojen valmistus on hyvin samanlaista kuin PERC-prosessi. Tämän seurauksena valmistajat voivat tuottaa näitä seuraavan sukupolven erittäin tehokkaita TOPCon-moduuleja päivitetyillä PERC-tuotantolinjoilla.
Vaikka nykypäivän n-tyypin TOPCon-moduulit maksavat hieman enemmän tuottaa wattia kohden kuin p-tyypin mono PERC-moduulit, tehokkuuden lisäykset johtavat alhaisempiin tasoitettuihin energiakustannuksiin (LCOE) laajamittaisissa kenttäkäytöissä. Mikä parasta, johtavat asiantuntijat odottavat n-tyypin TOPConin hyötyvän nopeutetusta oppimiskäyrästä. N-tyypin TOPCon-solujen ensisijainen materiaalietu p-tyypin mono PERC-soluihin verrattuna on alhaisempi hajoamisnopeus, joka johtuu sekä valon aiheuttamasta hajoamisesta (LID) että valon ja kohonneen lämpötilan aiheuttamasta hajoamisesta (LeTID). Muita etuja voivat olla korkeampi bifacialiteettikerroin sekä parempi suorituskyky sekä heikossa valossa että korkeissa lämpötiloissa.
Varhaisen käyttöönoton riskit
Useimmat analyytikot odottavat, että n-tyypin TOPCon-kennoilla varustetut moduulit lisäävät nopeasti markkinaosuuttaan näiden suorituskykyetujen perusteella. Nousevat aurinkokennoteknologiat – jopa ne, jotka lopulta osoittautuvat menestyneiksi alalla – sisältävät kuitenkin aina enemmän riskejä kuin kypsät ja todistetut tekniikat. Ennen kuin tuotteet otetaan käyttöön laajassa mittakaavassa, on olemassa potentiaalia vielä tuntemattomille hajoamismekanismeille. Nykyään esimerkiksi riippumattomat insinöörit ja rahoittajat pitävät p-tyypin mono PERC PV -moduuleja vakaana ja vähäriskisenä teknologiana. Tämä arvio ei aina ollut yksimielinen mielipide. Mono PERC-moduulien varhaisissa versioissa oli ongelmia vakauden kanssa, erityisesti LID:ssä ja harvoissa tapauksissa LeTID:ssä. Nämä odottamattomat mono-PERC-heikkenemistilat osoittavat suorituskykyriskit, joita varhaiset omaksujat kohtaavat uusien teknologioiden yhteydessä.
Vaikka n-tyypin TOPCon PV -solut ovat osoittautuneet kestäviksi LID:lle ja LeTID:lle, on olemassa todisteita alttiudesta ultraviolettisäteilyn aiheuttamalle hajoamiselle. Esimerkiksi SLAC National Accelerator Laboratoryn ja National Renewable Energy Laboratoryn (NREL) tutkijat ovat dokumentoineet edistyneiden aurinkokennotekniikoiden etu- ja takapuolen tehohäviöitä keinotekoisesti kiihdytetyn UV-altistustestauksen jälkeen. Nämä tiedot eivät viittaa yhteen hajoamismekanismiin, mutta viittaavat siihen, että erilaiset solumallit hajoavat eri reittien kautta.
Kentän suorituskyvyn rikostekninen analyysi
Oikeuslääketieteellinen analyysi on yksityiskohtainen tutkimus, jolla pyritään selvittämään aurinkosähköjärjestelmän alitoiminnan perimmäinen syy. Monissa tapauksissa vaihtosuuntaajan viat tai epätarkat tuotantoarviot ovat syyllisiä järjestelmän todelliseen tai oletettuun suorituskykyyn.
Perustason arviointi
Yksi parhaista tavoista, joilla hankkeen sidosryhmät voivat vähentää projektin riskejä, on ottaa pätevä kolmas osapuoli suorittamaan perusmoduulin terveysarviointi projektin käyttöönoton aikana. Ottamalla korkealaatuisia mittauksia ennen kaupallista toimintaa, oikeuslääketieteen perusarviointi tarjoaa sekä lyhyen että pitkän aikavälin etuja aurinkosähköjärjestelmän käyttöiän aikana. Lyhyellä aikavälillä perustason käyttöönottoarviointi parantaa järjestelmän suorituskykyarvioiden tarkkuutta.
Päivän EL-testaus
Elektroluminesenssitestaus (EL) käyttää erityistä kamerajärjestelmää dokumentoimaan valopäästöt, joita syntyy, kun sähkövirta kulkee PV-kennojen läpi. EL-testauksella on pitkä historia laboratoriossa, jossa sitä käytetään laajan valikoiman piilotettujen moduulivikojen havaitsemiseen. Kun EL-testaus on siirretty valvottuihin sisäympäristöihin, se on yhä yleisempää kenttärikosteknisessä tutkimuksessa. Päivänaikainen EL-kuvaus tarjoaa kaksi erillistä etua aikaisempiin lähestymistapoihin verrattuna. Ensinnäkin EL-testausmetodologiamme mahdollistaa moduulien testaamisen paikan päällä, mikä nopeuttaa testausprosessia ja eliminoi moduulien poistamisesta ja käsittelystä johtuvat soluvauriot. Toiseksi päiväaikainen EL-testaus eliminoi tarpeen testata moduuleja yön pimeässä, mikä parantaa entisestään turvallisuutta ja suorituskykyä.
Paikan päällä suoritetun EL-testauksen tulokset ovat arvokkaita havaittaessa merkittäviä valmistusvirheitä, ulkopuolisia kuljetus- ja kuljetusvaurioita, paikan päällä tapahtuvia materiaalinkäsittely- tai asennusvaurioita tai ankarista sääolosuhteista, kuten rakeista, tuulesta tai lumesta, aiheutuvia vaurioita. Näiden EL-kuvien avulla projektin sidosryhmät voivat tunnistaa soluvauriot, jotka voivat johtaa lämpöpoikkeamiin, kuumiin pisteisiin ja tulevaisuuden moduulien alitoimintaan. Kun kolmannen osapuolen EL-kuvat on asianmukaisesti dokumentoitu ja raportoitu, ne voivat auttaa ratkaisemaan takuu- ja vakuutuskorvauksia. Toisin kuin antenni-infrapunakuvat (IR), jotka tunnistavat vain suorituskykyongelmien mahdolliset sijainnit, päiväsaikaan tehdyt EL-tutkimukset selvittävät alitoiminnan perimmäisiä syitä. Nämä havainnot hyödyttävät hankkeen sidosryhmiä nopeuttamalla ongelmanratkaisua ja minimoimalla tuotantohäviöitä.
Ennakoiva huolto
Kolmannen osapuolen kenttäsuorituskyvyn rikostekniset tiedot ovat erityisen käytännöllisiä yhdistettyinä vankkaan valvontaalustaan ja ennakoiviin ylläpitoprotokolliin. Kun aurinkosähkömoduulit vanhenevat, kentällä varustetuilla omaisuuserillä on lisääntynyt alitoiminnan riski. Solun mikrokrakkaus ei useinkaan vaikuta moduulien suorituskykyyn, kun moduulit ovat uusia, mutta näin ei välttämättä ole järjestelmien ikääntyessä. 5 tai 10 vuoden kentällä työskentelyn jälkeen jotkin moduulit toimivat odotetusti, kun taas toiset kärsivät nopeutuneesta hajoamisesta.
"Hyvien" moduulien ja "huonojen" moduulien erottaminen ei ole yksinkertaista, etenkään järjestelmissä, jotka on otettu käyttöön sen jälkeen, kun Yhdysvaltain kauppaministeriö on säätänyt AD/CVD-käytäntönsä. Suuret projektit, joissa näyttää olevan yksi moduulitoimittaja, voivat itse asiassa integroida moduuleja, jotka on valmistettu kymmeniltä eri toimittajilta hankituista soluista. Koska jokainen materiaaliluettelo (BOM) on ainutlaatuinen, jokaisella on erilainen riskiprofiili.
Vähentää äärimmäisiä sääriskejä
Kukaan ei ymmärrä aurinkoenergian käyttöön liittyviä luonnollisia vaaroja paremmin kuin uusiutuvan energian vakuutusasiantuntijat, kuten GCube Insurance. Yhtiön vuoden 2021 markkinaraportin "Hail or High Water: The Rising Scale of Extreme Weather and Natural Catastrophe Losses in Renewable Energy" mukaan säähän liittyvät vakuutuskorvaukset ovat lisääntyneet ja vakavia, kun aurinkoprojektien tiheys, koko ja määrä ovat lisääntyneet. maantieteellinen jakautuminen. Kun otetaan huomioon aurinkomarkkinoiden nopea kasvu maailmanlaajuisesti, aurinkovakuutuskorvausten vastaava kasvu ei ole täysin odottamatonta. Aurinkovakuutuskorvausten perimmäinen syy on kuitenkin yllättänyt joitakin vakuutusalan sisäpiiriläisiä. Erityisesti vuodesta 2015 lähtien äärimmäisiin sääilmiöihin liittyvät vakuutusvahingot ovat noin kaksi kertaa suuremmat kuin luonnonkatastrofien aiheuttamat vahingot.
Vaikka äärimmäiset säätapahtumat aiheuttavat enemmän vakuutusvahinkoja kuin luonnonkatastrofit, vakavaan säävahinkoon liittyvät vakuutuskorvaukset eivät ole väistämättömiä. Hankkeen sidosryhmät voivat estää tai lieventää monia äärimmäisiä säähäviöitä noudattamalla kohtuullista huolellisuutta ja ennakointia tuotteiden valinnassa ja järjestelmäsuunnittelussa. Lisäksi riskienhallintaasiantuntijat voivat auttaa verosijoittajia ja vakuutusyhtiöitä ymmärtämään ankariin sääolosuhteisiin liittyviä taloudellisia riskejä.
Vertaileva testaus
Strateginen tuotevalinta on olennainen ensimmäinen askel äärimmäisten säähäviöiden johtavien syiden lieventämisessä. RETC:n pankkikelpoisuus ja sertifioinnin ulkopuoliset testitulokset osoittavat, kuinka erilaiset aurinkosähkömoduulimallit tai moduulien ja hyllyjen yhdistelmät kestävät näitä erilaisia ympäristörasituksia. Nämä erot ovat kriittisiä äärimmäisten sääriskien lieventämisen yhteydessä.
Esimerkkejä estettävissä olevista äärimmäisistä säävaaroista ovat tuuli, rakeet ja lumi. Vahinkokorvausten esiintymistiheyden perusteella voimakas tuulitapahtumat ovat suurin syy kentällä olevissa aurinkosähköomaisuuksissa vakuutusvahinkoihin. Vahinkojen vakavuuteen perustuen laajalti julkisuutta saanut raekuuro Länsi-Texasissa vaurioitti noin 400 000 aurinkosähkömoduulia, mikä johti tähän mennessä suurimman yksittäisen aurinkovakuutushakemuksen saamiseen. Lumi on yleisesti ottaen suhteellisen pienempi vaara, mutta se sisältää merkittäviä riskejä tietyillä korkeuksilla tai leveysasteilla.
Vertailevan ja nopeutetun testauksen tavoitteena on valtuuttaa projektin sidosryhmät tunnistamaan ja määrittelemään parhaat tuotteet ja järjestelmämallit tiettyihin sovelluksiin ja ympäristöihin. Moduulit, jotka toimivat hyvin dynaamisen mekaanisen kuormituksen testauksessa, soveltuvat hyvin käyttöön kovan tuulen ympäristöissä. Moduulit, jotka suoriutuvat hyvin RETC:n rakeiden kestävyystestissä (HDT) soveltuvat hyvin käytettäväksi rakeille alttiilla alueilla. Mekaanisissa kuormitustesteissä hyvin suoriutuvat moduulit soveltuvat parhaiten kestämään jään ja lumen aiheuttamia kuormituksia. Moduulit, jotka eivät toimi hyvin näissä kahdessa testissä, eivät ole "huonoja" tuotteita, etenkään asianmukaisessa sovelluksessa. Tuulta ja rakeita vastaan karkaistujen moduulien valmistuskustannukset ovat usein korkeammat. Kalifornian Central Valleyn asennuksen olosuhteet, joissa on harvoin kovaa tuulta, rakeita tai lunta, eivät välttämättä oikeuta näitä lisäkustannuksia.
Toimitusketjun riskien vähentämiseksi kehittäjät arvioivat ja hankkivat usein erilaisia aurinkosähkömoduulimalleja ja -toimittajia. Äärimmäinen sääherkkyys vaihtelee tässä valittujen aurinkosähkömoduulien valikoimassa. Huomioimalla nämä erot kehittäjät voivat ohjata tuulelta, rakeelta tai lumelta karkaistuja moduuleja tuulen, rakeiden tai lumen alttiisiin paikkoihin. Tämäntyyppinen valikoiva käyttöönotto on suhteellisen yksinkertainen ja kustannustehokas tapa vähentää äärimmäisiä sääriskejä.
Puolustava varastointistrategiat
Kun moduulit on suodatettu ja otettu käyttöön valikoivasti paikkakohtaisten olosuhteiden kestävyyden perusteella, projektin sidosryhmät voivat ottaa käyttöön sääolosuhteisiin reagoivia ohjelmistohallintastrategioita vähentääkseen äärimmäisiä sääriskejä entisestään suurissa laitossovelluksissa. Monet suuret aurinkosähköjärjestelmät integroivat älykkäästi ohjattuja yksiakselisia seurantalaitteita, jotka käyttävät ohjelmistoa auringon seuraamiseen välttäen samalla varjostusta. Kun säähän liittyvät vakuutuskorvaukset ovat lisääntyneet, alan johtavat seurantalaitteiden valmistajat ovat ottaneet käyttöön uusia ohjelmistonhallintareaktioita, kuten uhkakohtaisia suojaus- tai kuormavarastointitiloja.
Koska voimakkaat tuulitapahtumat ja rakeet ovat erittäin paikallisia ja nopeasti liikkuvia, ankarat säähälytykset antavat laitosten käyttäjille usein vain vähän ennakkovaroitusta. Lisäksi voimakkaita tuulia ja suuria rakeita tuottavat myrskytyypit johtavat usein voimalinjojen kaatumiseen ja vaihtovirtasähkön katoamiseen. Aktiiviset ohjelmistoohjaukset voivat vastata näihin haasteisiin ja tarjota tehokasta riskinhallintaa tuotteen ominaisuuksien, kuten paikallisen tai etäkäynnistyksen, nopean vasteajan ja vikaturvallisen akun varmuuskopioinnin avulla. On myös tärkeää ottaa huomioon satunnaiset sääriskit.
Vaikka vakuutusala on pitkään luottanut todennäköisyyspohjaisiin riskiarviointeihin tarjotakseen kattavuuden kestävästi, aurinkohankkeiden haaste on kaksijakoinen. Ensinnäkin saatavilla on rajoitetusti historiallista tietoa äärimmäisten sääriskien ymmärtämiseksi, erityisesti kun otetaan huomioon teknologisen muutoksen nopeus ja markkinoiden laajentuminen. Toiseksi luonnonkatastrofitiedot, joihin vakuutuksenantajat tyypillisesti luottavat, eivät kuvaa "luokittelemattomia" äärimmäisiä sääilmiöitä.
Moduulin laatu
Paperilla samanlaisilta näyttävät tuotteet voivat toimia hyvin eri tavalla todellisessa maailmassa. Valmistuksen sitoutuminen laatuun selittää usein nämä erot. Yhä useamman tehokkaamman aurinkoenergiaprojektin toteuttaminen eri puolilla maailmaa ei ole riskitöntä. Paikkakohtaisen riskin vähentäminen edellyttää tuotteiden ja teknologioiden strategista soveltamista. Yksikokoinen lähestymistapa tuotesuunnitteluun ja projektikehitykseen lisää poikkeuksetta projektien riskiprofiileja. Strateginen tuotteiden eriyttäminen parantaa projektien kestävyyttä.
Raekarkaistut moduuli- ja järjestelmäsuunnittelut vähentävät projektiriskiä rakeiden aiheuttamilla alueilla, kuten Länsi-Texasissa. Dynaamisia tuulivaikutuksia vastustavat tuote- ja järjestelmämallit vähentävät projektiriskiä paikoissa, joissa tuuli on kovaa maailmanlaajuisesti. Suurta staattista mekaanista kuormitusta kestävät tuote- ja järjestelmäsuunnittelut vähentävät katastrofaalisia vikariskejä äärimmäisissä lumisateessa. Korroosionkestävät tuotteet pidentävät käyttöikää rannikkoalueilla.
Testauslaboratoriot käyttävät kalibroituja ja sertifioituja laitteita auditoiduissa ja valvotuissa testausolosuhteissa. Näissä tiukoissa olosuhteissa havaitut ominaisuudet edustavat PV-moduulin suorituskyvyn oikeaa mittaa ja tarjoavat arvoa useille projektin sidosryhmille. Vaikka tehdastestaus standarditestiolosuhteiden (STC) parametrien mukaan on ihanteellinen moduulien tyyppikilven arvojen määrittämiseen, tehdastestitulokset eivät kuvaa tyypillisiä moduulin käyttöolosuhteita. Jotta järjestelmän suorituskykyä voidaan mallintaa tarkasti todellisessa maailmassa, on tärkeää ymmärtää, kuinka moduulit toimivat matalan säteilyn olosuhteissa tai suhteessa muuttuviin auringon kulmiin. Lisäksi on ratkaisevan tärkeää karakterisoida moduulin suorituskyky testiolosuhteissa, jotka kuvastavat käyttöolosuhteita, joissa aurinkosähköjärjestelmät tyypillisesti tuottavat optimaalisen energian. On myös tärkeää ymmärtää, kuinka lyhytaikainen auringonotto ja siitä johtuva heikkeneminen vaikuttavat kenttäsähkön suorituskykyyn.
Vuoden 2022 PV Module Index Report -raportin aikana RETC on tunnustanut 9 eri valmistajaa ja esitellyt 61 esimerkkiä korkeasta saavutuksesta valmistuksessa. Tunnistaakseen parhaista parhaat, se tarkasteli ja luokitteli yleiset tietojen jakautumat kaikilla kolmella tieteenalalla: laatu, suorituskyky ja luotettavuus. Overall Results Matrix nostaa esiin kuusi huippusuorittajaa, jotka perustuvat yleiseen korkeaan tuotantoon: JA Solar, JinkoSolar, LONGi Solar, Hanwha Q CELLS, Trina Solar ja Yingli Solar.
