Джерело: reglobal.co
Звіт про індекс фотоелектричних модулів Центру тестування відновлюваної енергії (RETC) за 2022 рік
Це витяг із звіту про індекс фотоелектричних модулів Renewable Energy Test Center (RETC) за 2022 рік. Цьогорічний звіт про індекс фотоелектричних модулів досліджує три взаємопов’язані теми — фотоелектричні модулі n-типу, польову криміналістику та екстремальні погодні умови — які демонструють деякі з неминучих технічних ризиків. пов'язані з розробкою сонячних проектів. Ці актуальні теми також пояснюють цінність підходу до управління ризиками, що базується на даних.
Оцінка нових фотоелектричних модулів типу N
Тривала здатність сонячної промисловості знижувати витрати при одночасному підвищенні ефективності є основною причиною того, що сонячна енергетика становила найбільшу частку нових потужностей для виробництва електроенергії в США в 2021 році. Найкращим прикладом цієї тенденції є постійні зміни в дизайні модулів і технологіях елементів. Минулого року, наприклад, RETC досліджував переваги та проблеми розробки та розгортання модулів великого формату, які, на думку багатьох аналітиків, будуть домінувати на ринку в найближчі роки. Цього року RETC уважно стежить за іншою технологічною тенденцією, яка швидко набирає популярності на ринку, — появою наступного покоління фотоелектричних елементів n-типу з пасивуючими контактами.
Підйом TOPCon
Багато галузевих аналітиків і вчених-матеріалів вважають, що нові конструкції фотоелектричних елементів n-типу є наступним логічним кроком у дорожній карті фотоелектричних технологій. У 2013 році дослідники з німецького Інституту систем сонячної енергії Фраунгофера представили метод виробництва високоефективних кремнієвих сонячних елементів n-типу з новою структурою тунельного оксидного пасивованого контакту (TOPCon). Завдяки чудовій пасивації поверхні та ефективному транспорту носія ця нова конструкція елемента досягла високих показників напруги холостого ходу (Voc), коефіцієнта заповнення та ефективності. Менш ніж через десять років TOPCon стало найгучнішим словом у сонячній енергетиці. Найбільші виробники модулів у світі починають серійне виробництво фотоелектричних модулів з елементами TOPCon. У той час як LONGi Solar робить велику ставку на p-type TOPCon, багато інших провідних компаній-модулів, таких як Jinko Solar, Jollywood Solar Technology, JA Solar і Trina Solar, роблять значні інвестиції в модулі з комірками TOPCon n-типу. Цей спільний поворот на ринку в першу чергу пов’язаний із згладжуванням кривих ефективності для модулів пасивованого емітера p-типу та комірки з заднім контактом (PERC). Незважаючи на те, що останніми роками вони домінували на ринку, виробники починають досягати фізичних меж конструкцій монокомірок PERC р-типу. Перехід до клітин TOPCon n-типу дозволить компаніям, які займаються виробництвом модулів, ще більше підвищити ефективність клітин у лабораторії та в масовому виробництві.
Переваги клітин N-типу
Виробники сонячних батарей давно визнали потенційні переваги ефективності фотоелектричних елементів n-типу. Наприклад, у 1980-х роках компанія Sanyo почала розробку фотоелектричних елементів з гетеропереходами (HJT) n-типу. Крім того, компанія SunPower побудувала фотоелектричні елементи із зворотним контактом (IBC) на основі високочистого кремнію n-типу. Через складність виробництва високоефективні фотоелектричні модулі на основі конструкцій комірок n-типу HJT та IBC є відносно дорогими у виробництві та залишаються нішевою частиною ринку. Для порівняння, виробництво клітин TOPCon n-типу дуже схоже на процес PERC. У результаті виробники можуть виробляти ці високоефективні модулі TOPCon нового покоління на оновлених виробничих лініях PERC.
Хоча сучасні модулі TOPCon n-типу коштують дещо дорожче за ватт, ніж мономодулі PERC p-типу, підвищення ефективності призводить до нижчої рівняної вартості енергії (LCOE) у великомасштабних польових розгортаннях. Найкраще те, що провідні експерти очікують, що TOPCon n-типу виграє від прискореного навчання. Основною матеріальною перевагою клітин TOPCon n-типу порівняно з моно клітинами PERC p-типу є нижча швидкість деградації через знижену сприйнятливість як до деградації, спричиненої світлом (LID), так і до деградації, спричиненої світлом і підвищеною температурою (LeTID). Додаткові переваги можуть включати вищий коефіцієнт двосторонності, а також покращену продуктивність як за умов низького освітлення, так і за високих температур.
Ризики раннього усиновлення
Більшість аналітиків очікують, що модулі з осередками TOPCon n-типу швидко збільшать частку ринку завдяки цим перевагам продуктивності. Однак нові технології фотоелектричних елементів — навіть ті, які зрештою виявилися успішними в цій галузі — незмінно несуть більший ризик, ніж зрілі та перевірені технології. Поки продукти не будуть розгорнуті в масштабах, існує потенціал для ще не відкритих механізмів деградації. Сьогодні, наприклад, незалежні інженери та фінансисти вважають моноелектричні фотоелектричні модулі p-типу PERC стабільною технологією з низьким ризиком. Ця оцінка не завжди була консенсусною думкою. Ранні версії мономодулів PERC мали проблеми зі стабільністю, особливо LID і, у рідкісних випадках, LeTID. Ці несподівані режими зниження моно PERC демонструють ризики продуктивності, з якими стикаються перші користувачі нових технологій.
Хоча PV-елементи n-типу TOPCon виявилися стійкими до LID і LeTID, існують деякі докази сприйнятливості до деградації, спричиненої ультрафіолетом. Наприклад, дослідники з Національної прискорювальної лабораторії SLAC і Національної лабораторії відновлюваної енергії (NREL) задокументували втрату потужності на передній і задній сторонах передових технологій сонячних елементів після штучно прискореного випробування ультрафіолетовим випромінюванням. Ці дані не вказують на єдиний механізм деградації, але припускають, що різні конструкції клітин деградують різними шляхами.
Криміналістичний аналіз продуктивності поля
Криміналістичний аналіз — це детальне дослідження, спрямоване на встановлення першопричини неефективності фотоелектричної системи. У багатьох випадках збої інвертора або неточні оцінки продуктивності є причиною реальної чи уявної недостатньої продуктивності системи.
Базове оцінювання
Одним із найкращих способів для учасників проекту зменшити ризик проекту є залучення кваліфікованої третьої сторони для проведення оцінки стану базового модуля під час введення проекту в експлуатацію. Здійснюючи високоякісні вимірювання перед комерційною експлуатацією, базова криміналістична оцінка забезпечує як короткострокові, так і довгострокові переваги протягом усього терміну служби фотоелектричної системи. У короткостроковій перспективі базова оцінка введення в експлуатацію підвищує точність оцінок продуктивності системи.
Денне тестування EL
Тестування електролюмінесценції (EL) використовує спеціальну систему камер для документування випромінювання світла, яке виникає, коли електричний струм проходить через фотоелектричні елементи. Тестування EL має довгу історію в лабораторії, де воно використовується для виявлення широкого діапазону прихованих дефектів модуля. Тестування електромагнітних променів, яке було віднесено до контрольованого внутрішнього середовища, стає все більш поширеним у польових судово-медичних дослідженнях. Денне ЕЛ-зображення забезпечує дві чіткі переваги порівняно з попередніми підходами. По-перше, наша методологія тестування EL дозволяє технікам тестувати модулі на місці, що прискорює процес тестування та виключає пошкодження клітин через видалення модулів і поводження з ними. По-друге, денне EL-тестування позбавляє від необхідності тестувати модулі в темний час доби, що ще більше підвищує безпеку та пропускну здатність.
Результати польових випробувань EL є цінними для виявлення серйозних виробничих дефектів, пошкоджень, пошкоджених транспортуванням і транспортуванням за межами об’єкта, пошкоджень під час обробки матеріалів або встановлення на місці, або пошкоджень, спричинених суворими погодними явищами, такими як град, вітер або сніг. Ці EL-зображення дозволяють зацікавленим сторонам проекту визначити пошкодження клітин, які можуть призвести до теплових невідповідностей, гарячих точок і майбутньої недостатньої продуктивності модуля. Якщо належним чином задокументовано та повідомлено, сторонні зображення EL можуть допомогти врегулювати гарантійні та страхові претензії. На відміну від повітряних інфрачервоних (ІЧ) зображень, які визначають лише потенційні місця проблем з продуктивністю, денні дослідження EL з’ясовують основні причини низької продуктивності. Ці висновки приносять користь зацікавленим сторонам проекту, прискорюючи вирішення проблем і мінімізуючи втрати виробництва.
Прогнозне обслуговування
Криміналістика польових характеристик сторонніх розробників особливо практична в поєднанні з надійною платформою моніторингу та протоколами прогнозованого обслуговування. Оскільки фотоелектричні модулі старіють, польові активи піддаються підвищеному ризику неефективності. Мікротріщини комірок часто не впливають на продуктивність модуля, якщо модулі нові, але це не обов’язково так, оскільки системи старіють. Після 5 або 10 років експлуатації деякі модулі продовжують працювати належним чином, тоді як інші страждають від прискореної деградації.
Відрізнити «хороші» модулі від «поганих» модулів непросто, особливо в системах, розгорнутих після того, як Міністерство торгівлі США прийняло свою політику AD/CVD. Великі проекти, які, здається, мають одного постачальника модулів, насправді можуть інтегрувати модулі, виготовлені з використанням елементів, отриманих від дюжини різних постачальників. Враховуючи, що кожна специфікація матеріалів (BOM) є унікальною, кожна з них має різний профіль ризику.
Зменшення ризиків екстремальних погодних умов
Ніхто не розуміє природні небезпеки, пов’язані з розгортанням сонячних батарей, краще, ніж спеціалісти зі страхування відновлюваної енергії, такі як GCube Insurance. Відповідно до ринкового звіту компанії за 2021 рік «Град або висока вода: зростаючий масштаб втрат від екстремальних погодних умов і природних катастроф у відновлюваній енергетиці», страхові вимоги, пов’язані з погодними умовами, зросли за частотою та серйозністю, оскільки сонячні проекти зросли в частоті, розмірі та географічний розподіл. Враховуючи швидке зростання світового ринку сонячної енергії, відповідне зростання страхових відшкодувань сонячної енергії не є несподіваним. Однак основна причина страхових відшкодувань від сонячної енергії здивувала деяких інсайдерів страхової галузі. Зокрема, з 2015 року застраховані збитки, пов’язані з екстремальними погодними явищами, приблизно вдвічі перевищують величину збитків, спричинених природними катастрофами.
Незважаючи на те, що екстремальні погодні явища призводять до більших страхових збитків, ніж природні катаклізми, страхові вимоги, пов’язані з категорією збитків від суворої погоди, не є неминучими. Зацікавлені сторони проекту можуть запобігти або пом’якшити багато екстремальних погодних втрат, виявляючи розумну обережність і передбачливість у виборі продукту та проектуванні системи. Крім того, спеціалісти зі зменшення ризиків можуть допомогти інвесторам у податковий капітал і страховим компаніям зрозуміти фінансові ризики, пов’язані з поганою погодою.
Порівняльне тестування
Стратегічний вибір продукції є важливим першим кроком для пом’якшення основних причин екстремальних погодних втрат. Банківська здатність RETC і результати позасертифікаційного тестування демонструють, як різні конструкції фотоелектричних модулів або комбінації модулів і стелажів протистоять цим різним типам навантажень навколишнього середовища. Ці відмінності є критично важливими в контексті пом’якшення ризику екстремальних погодних умов.
Приклади екстремальних погодних небезпек, яким можна запобігти, включають вітер, град і сніг. Виходячи з частоти позовів, сильний вітер є основною причиною застрахованих збитків у сонячних активах. Судячи з серйозності втрат, широко розголошений град у Західному Техасі пошкодив близько 400000 фотоелектричних модулів, що призвело до найбільшої єдиної страхової претензії на сьогодні. Загалом сніг становить відносно меншу небезпеку, але становить значні ризики на певних висотах або широтах.
Мета порівняльного та прискореного тестування полягає в тому, щоб надати зацікавленим сторонам проекту можливість визначити та визначити найкращі продукти та конструкції систем для конкретних застосувань та середовищ. Модулі, які добре працюють під час випробування динамічним механічним навантаженням, добре підходять для розгортання в умовах сильного вітру. Модулі, які добре працюють у тесті RETC на стійкість до граду (HDT), добре підходять для розгортання в регіонах, схильних до граду. Модулі, які добре показують випробування на механічне навантаження, найкраще підходять для опору навантаженням, пов’язаним із льодом і снігом. Модулі, які погано працюють у цих двох тестах, не є «поганими» продуктами, особливо в належному застосуванні. Модулі, загартовані проти вітру та граду, часто спричиняють вищі витрати на виробництво. Умови установки в Центральній долині Каліфорнії, де рідко бувають сильні вітри, град або сніг, можуть не виправдати цих додаткових витрат.
Щоб зменшити ризики в ланцюжку постачання, розробники часто оцінюють і шукають різні моделі фотоелектричних модулів і постачальників. Сприйнятливість до екстремальних погодних умов залежатиме від цього портфоліо вибраних фотоелектричних модулів. Звертаючи увагу на ці відмінності, розробники можуть спрямовувати модулі, захищені від вітру, граду чи снігу відповідно, на місця, схильні до вітру, граду чи снігу. Цей тип вибіркового розгортання є відносно простим і економічно ефективним способом зменшення ризиків екстремальних погодних умов.
Стратегії оборонного укриття
Після фільтрації та вибіркового розгортання модулів на основі стійкості до конкретних умов на місці учасники проекту можуть впроваджувати стратегії програмного забезпечення, що реагують на погодні умови, для подальшого зниження ризиків екстремальних погодних умов у великих комунальних програмах. Багато великомасштабних фотоелектричних систем інтегрують інтелектуально керовані одноосьові трекери, які використовують програмне забезпечення, щоб стежити за сонцем, уникаючи самозатінення. Зі збільшенням страхових випадків, пов’язаних із погодними умовами, провідні в галузі виробники трекерів запровадили нову систему реагування програмного забезпечення, наприклад, режими захисного укладання або відкидання навантаження на конкретні загрози.
У зв’язку з дуже локалізованим і швидким характером подій із сильним вітром і градом оповіщення про суворі погодні умови часто дають операторам електростанцій мало завчасного попередження. Крім того, типи штормів, які спричиняють сильний вітер і великий град, часто призводять до обриву ліній електропередач і втрати живлення змінним струмом. Активне програмне керування може вирішити ці проблеми та забезпечити ефективне зниження ризиків за допомогою таких функцій продукту, як локальний або дистанційний ініціалізація, швидкий час відгуку та безвідмовне резервне живлення від батареї. Також важливо враховувати ризики погодних умов.
Незважаючи на те, що страхова галузь давно покладається на імовірнісну оцінку ризику, щоб забезпечити стале покриття, проблеми, пов’язані з сонячними проектами, є подвійними. По-перше, доступні обмежені історичні дані, щоб зрозуміти ризики екстремальних погодних умов, особливо враховуючи швидкість технологічних змін і розширення ринку. По-друге, дані про природні катастрофи, на які зазвичай покладаються страховики, не охоплюють «некатегоризовані» екстремальні погодні явища.
Якість модуля
Продукти, які виглядають схожими на папері, можуть працювати зовсім по-різному в реальному світі. Виробнича прихильність до якості часто пояснює ці відмінності. Реалізація все більшої кількості сонячних проектів більшої потужності по всьому світу не без ризику. Зменшення ризику, пов’язаного з конкретною територією, вимагає стратегічного застосування продуктів і технологій. Універсальний підхід до дизайну продукту та розробки проекту незмінно збільшує профілі ризику проекту. Стратегічна диференціація продуктів покращує стійкість проекту.
Захищені від граду конструкції модулів і систем зменшують ризики проекту в регіонах, схильних до граду, таких як Західний Техас. Конструкції продуктів і систем, стійкі до динамічного впливу вітру, зменшують ризики проекту в місцях із сильним вітром по всьому світу. Конструкції продуктів і систем, які витримують високі статичні механічні навантаження, зменшують ризики катастрофічних поломок у місцях із сильним снігом. Корозійностійкі вироби подовжують термін експлуатації в прибережних районах.
Випробувальні лабораторії використовують відкаліброване та сертифіковане обладнання в перевірених і контрольованих умовах випробувань. Характеристики, отримані в цих суворих умовах, представляють правильну міру продуктивності фотоелектричного модуля та забезпечують цінність для багатьох зацікавлених сторін проекту. Хоча заводські випробування відповідно до параметрів стандартних умов випробувань (STC) ідеально підходять для визначення номінальних значень модуля, результати заводських випробувань не характеризують типові умови роботи модуля. Для точного моделювання продуктивності системи в реальному світі важливо розуміти, як працюють модулі в умовах низького освітлення або у зв’язку зі зміною кутів сонячного світла. Крім того, надзвичайно важливо охарактеризувати продуктивність модуля в умовах випробувань, які відображають робочі умови, за яких фотоелектричні системи зазвичай виробляють оптимальну видачу енергії. Також важливо розуміти, як короткочасне перебування на сонці та пов’язане з цим погіршення впливає на продуктивність фотоелектричної системи в полі.
У випуску звіту про індекс фотоелектричних модулів за 2022 рік RETC відзначив 9 різних виробників і продемонстрував 61 приклад високих досягнень у виробництві. Щоб визначити найкращих із найкращих, він переглянув і ранжував загальний розподіл даних за всіма трьома дисциплінами: якість, продуктивність і надійність. Матриця загальних результатів виділяє шість найкращих виконавців на основі загальних високих досягнень у виробництві: JA Solar, JinkoSolar, LONGi Solar, Hanwha Q CELLS, Trina Solar і Yingli Solar.