Panewijiet Solari Bifaċjali Agħti Żieda fil-Potenzjal tal-Ħruġ tal-Qawwa

Minn: 9 ta 'Mejju, 2018, Ippubblikat fl-Artikoli: Energize, minn Mike Rycroft, EE Publishers

Radjazzjoni riflessa u mifruxa fuq in-naħa ta 'wara tal-moduli solari tista' żżid l-output ta 'l-enerġija tal-moduli solari mingħajr titjib maġġuri fl-effiċjenza.

Storikament, iċ-ċelloli solari bifacial (BF) kienu mmirati lejn il-bini ta 'applikazzjonijiet integrati tal-PV jew f'żoni fejn ħafna mill-enerġija solari disponibbli hija dawl tax-xemx imxerred li ħa barra mill-art u oġġetti tal-madwar, jiġifieri latitudni estremi u reġjuni suxxettibbli għas-silġ. Madankollu, il-kombinazzjoni ta 'l-ogħla effiċjenzi ta' pjanċa minn ċelloli solari stampati bi skrin u tnaqqis sinifikanti fl-ispiża tal-ħġieġ solari fis-snin riċenti li jagħmlu l-użu ta 'inkapsulazzjoni ta' ħġieġ doppju (DĠ) vijabbli imbuttat moduli solari bifacial lura fil-attenzjoni [2] .

L-għan tat-teknoloġija tal-BF huwa li ma żżidx l-effiċjenza tal-modulu jew pannell solari imma li taqbad iktar enerġija solari għal kull modulu. Qligħ sa 30% huwa pproġettat, skond fatturi bħar-riflettività tal-wiċċ ta 'l-art, l-għoli' l fuq mill-art, l-angolu ta 'inklinazzjoni u bosta oħrajn. Ir-radjazzjoni rċevuta mill-modulu tikkonsisti f'diversi komponenti: \ t

1. Radjazzjoni diretta mix-xemx.

2. Radjazzjoni mifruxa indiretta kkawżata minn partiċelli ta 'l-arja, sħab u oħrajn.

3. Radjazzjoni riflessa minn uċuħ viċin il-modulu solari.

Ir-radjazzjoni riflessa ġeneralment ma titqiesx fil-kalkoli tal-enerġija solari. Kejl ta 'radjazzjoni diffuż jirreferi għal sorsi ta' radjazzjoni 'l fuq mill-pjan orizzontali. Il-metodu tas-soltu għall-kejl tar-radjazzjoni solari juża piranometru li huwa mmuntat orizzontalment u jkejjel biss ir-radjazzjoni fuq il-pjan orizzontali. Anki f'konfigurazzjoni inklinata l-piranometru ma jkejjilx ir-radjazzjoni taħt il-pjan tal-kejl (ara l-Fig. 1).

Fig. 1: Kejl tar-radjazzjoni solari b'piranometru.

Radjazzjoni mifruxa tista 'tikkontribwixxi ammont sostanzjali tar-radjazzjoni totali imma ħafna minn dawn ma jiġux maqbuda f'modulu inklinat jew immuntat orizzontalment. L-inklinar tal-modulu jżid l-intensità tar-radjazzjoni diretta imma jimblokka parti kbira mir-radjazzjoni indiretta. Ir-radjazzjoni mifruxa hija ta 'natura iżoptropika, jiġifieri għandha l-istess valur irrispettivament mis-sors filwaqt li r-radjazzjoni riflessa tiddependi min-natura tal-wiċċ ta' madwar il-matriċi solari, l-angolu tal-matriċi u fatturi oħra. Il-panew ta 'quddiem jirċievi radjazzjoni kemm diretta kif ukoll diffuża, il-proporzjon jiddependi fuq l-angolu ta' inklinazzjoni tal-panel.

In-naħa ta 'wara tal-modulu tirċievi dawl minn żewġ sorsi:

·          Tifrix fil-qrib tal-kamp: radjazzjoni riflessa diretta u diffuża.

·          Radjazzjoni diffuża: radjazzjoni mhux riflessa direttament minn sorsi diffużi.

Uċuħ differenti jirriflettu d-dawl b'rati differenti u l-karatteristiċi li jirriflettu huma deskritti mill-fattur albedo. L-albedo jiddeskrivi r-riflettività ta ’wiċċ mhux luminuż - huwa ddeterminat mill-proporzjon bejn id-dawl rifless mill-wiċċ u r-radjazzjoni inċidentali. Ara t-Tabella 1 għal xi valuri mkejla bl-albedo [2]

Il-proporzjon ta 'dawl diffuż għal dawl dirett se jvarja skond il-kundizzjonijiet. Taħt radjanza baxxa minħabba sħaba il-perċentwal ta 'dawl imxerred ikun ogħla minn taħt kundizzjonijiet xemxija u l-qligħ imqabbel ma' PV monofaċjali jista 'għalhekk ikun ogħla milli taħt kondizzjonijiet xemxija [5].

Kostruzzjoni ta 'moduli BF

Kostruzzjoni taċ-ċelloli

Iċ-ċelloli PV monofaċjali huma ġeneralment mibnija b'saff li jirrifletti fuq il-wiċċ ta 'wara taċ-ċellula biex jippermetti assorbiment aħjar tad-dawl li jaqa' fuq il-wiċċ ta 'quddiem. Fotoni li ma jiġux assorbiti fis-saff ta 'quddiem jistgħu jiġu assorbiti fil-vjaġġ bir-ritorn, u b'hekk tiżdied l-effiċjenza taċ-ċellula. Dan ifisser li fotoni li jivvjaġġaw fid-direzzjoni opposta għan-normal jistgħu jiġġeneraw l-elettriku u jekk fotoni li jaqgħu fuq il-wiċċ ta 'wara jistgħu jitħallew jidħlu fiċ-ċellola, jistgħu jintużaw b'mod effettiv biex jiġġeneraw l-elettriku. Dan jinkiseb billi titneħħa parzjalment is-saff li jirrifletti, li jaġixxi wkoll bħala konduttur (ara l-Fig. 2).

Fig. 2: Dawl rifless fuq wara tal-panil [3].

It-tnaqqis tas-saff konduttiv fuq wara taċ-ċellula jżid ir-reżistenza u aktar kondutturi huma meħtieġa fuq wara taċ-ċellula milli fuq quddiem biex jikkumpensaw għal dan. Dan inaqqas l-erja ta 'wara taċ-ċellula disponibbli għar-radjazzjoni.

Il-kostruzzjoni tat-tipi differenti ta 'ċelloli PV hija iktar kumplessa minn dik murija u l-konverżjoni mhijiex daqshekk sempliċi. Hemm passi oħra meħtieġa biex tagħmel ċellula BF li taħdem b'mod effiċjenti. Tfaċċaw diversi disinji li jużaw il-prinċipju tal-BF. Ħafna jinvolvu modifika ta ’ċelloli eżistenti, imma hemm bosta li ġew iddisinjati speċifikament bħala ċelloli BF.

Żewġ tipi ta 'kostruzzjoni ta' ċelloli bifaċjali huma f'użu komuni fis-suq: l-eteroġunzjoni u ċ-ċellula ta 'wara ta' l-emittent passiv (PERC). Iċ-ċelloli eteroġuntiċi jużaw monokristallin silikon filwaqt li ċ-ċellula PERC hija disponibbli kemm fil-verżjonijiet mono kif ukoll fil-polikristallini tas-silikon. Iċ-ċelloli tal-wiċċ huma aktar kumplessi għall-manifattura u dan iżid l-ispiża tal-modulu.

L-effiċjenza ta 'l-illuminazzjoni ta' wara hija aktar baxxa mill-illuminazzjoni ta 'quddiem, kif muri fit-Tabella 2. Dan huwa l-aktar minħabba l-erja miżjuda okkupata minn kondutturi fuq wara taċ-ċellula mqabbla ma' quddiem.

Kostruzzjoni modulu

Pannelli tas-silikon kristallini monofaċjali (MF) huma ġeneralment magħluqa f'kapsulant opak fuq wara iżda dan il-metodu ma jistax jintuża ma 'sistemi BF. Il-modulu jrid ikollu uċuħ ta 'wara u ta' quddiem trasparenti li jipprovdu saħħa mekkanika. Barra minn hekk, iċ-ċelloli għandhom ikunu magħluqa f'saff ta 'materjal protettiv. L-iktar konfigurazzjoni komuni adottata hija saff doppju ta ’ħġieġ fotovoltajku li jagħlaq iċ-ċelloli li huma inkapsulati f’materjal ta’ polimeru protettiv.

Jew materjal backsheet trasparenti reżistenti għall-UV jew saff addizzjonali ta 'ħġieġ solari huwa meħtieġ biex id-dawl jitlef fuq in-naħa ta' wara ta 'ċellula bifacial. Fil-biċċa l-kbira tal-każijiet, kif muri fil-Fig. 4, il-manifatturi jagħżlu pakkett tal-ħġieġ fuq il-ħġieġ li ġeneralment itejjeb id-durabilità tal-għalqa meta mqabbel ma 'l-għażliet tal-ħġieġ fuq il-film. Il-pakkett tal-ħġieġ fuq il-ħġieġ huwa aktar riġidu, li jnaqqas l-istress mekkaniku fuq iċ-ċelloli waqt it-trasport, l-immaniġġjar u l-installazzjoni, kif ukoll l-istress minħabba kundizzjonijiet ambjentali bħar-riħ jew is-silġ. Il-konfigurazzjoni hija wkoll inqas permeabbli għall-ilma, li tista 'tnaqqas ir-rati ta' degradazzjoni annwali. Il-moduli bifaċjali huma bla frejm. L-eliminazzjoni tal-qafas tal-aluminju effettivament tnaqqas l-opportunitajiet għal degradazzjoni kkawżata mill-potenzjal (PID) [3].

Fig. 3: Id-differenza bejn ċelloli PV mono-wiċċ u żewġ faċċati.

L-immuntar tal-ħġieġ doppju (DĠ) għandu numru ta 'vantaġġi:

·          Tnaqqis fil-mikrokkrekkjar, delaminazzjoni u korrużjoni tal-umdità.

·          Temperatura taċ-ċellula aktar baxxa.

·          L-ebda degradazzjoni kkaġunata mill-potenzjal peress li m'hemm l-ebda qafas tal-metall li jeħtieġ l-ert.

·          Rata ta 'degradazzjoni iktar baxxa.

·          Klassifikazzjoni ogħla tan-nar.

·          Saħħa mekkanika ogħla u inqas tidwir.

Suq prodotti

It-Tabella 3 telenka wħud mis-sistemi tal-BF disponibbli fis-suq bħalissa, bil-karatteristiċi tagħhom.

Parametri ta 'prestazzjoni

Diversi parametri jintużaw fl-industrija biex jiddeskrivu l-karatteristiċi tal-moduli solari BF.

Fattur ta 'bifaċjali

Dan huwa l-proporzjon bejn in-naħa ta 'wara u l-effiċjenzi tal-ġenb ta' quddiem, jew il-proporzjon tal-qawwa ta 'quddiem u ta' wara mkejla taħt kundizzjonijiet standard tat-test.

Gwadann bifacial

Din hija qawwa addizzjonali miksuba minn wara tal-modulu mqabbla mal-qawwa minn quddiem tal-modulu f'kundizzjonijiet ta 'ttestjar standard. Il-qligħ bifacial jiddependi fuq l-immuntar (struttura, għoli, angolu ta 'inklinazzjoni u oħrajn) u l-albedo tal-wiċċ ta' l-art.

Fig. 4: Il-kostruzzjoni ta 'modulu BF tal-ħġieġ doppju.

Gwadann bifacial = ( 𝑌𝐵𝑖 - 𝑌 ) / 𝑌𝑀𝑜

fejn:

YB _i = Il-qawwa mill-modulu BF.

YM _o = Il-qawwa minn modulu MF taħt l-istess kundizzjonijiet.

Albedo

Dan huwa l-proporzjon ta 'dawl rifless minn superfiċje għad-dawl inċidentali u jvarja skont tipi differenti ta' wiċċ.

Fig. 5: L-effett tal-għoli fuq il-gwadann tal-BF. Albedo 80%, grawnd ta 'ringiela 2,5 m [4].

Proporzjon tal-kopertura tal-art

Dan huwa l-proporzjon tal-erja tal-art koperta mill-moduli PV mal-erja totali tal-art okkupata mill-installazzjoni. Dan il-proporzjon għandu effett fuq id-dawl rifless u jista 'jinfluwenza l-prestazzjoni tal-panel BF.

Immuntar bl-aħjar mod ta 'moduli BF

Billi l-moduli bifacial jassorbu r-radjazzjoni mix-xemx miż-żewġ naħat, huma jippermettu varjetà ta 'għażliet ta' inklinazzjoni u ta 'installazzjoni u huma ideali għal stallazzjonijiet għoljin fuq l-art, il-bjut, id-deżert u s-silġ jew applikazzjonijiet fuq l-ilma. Sistemi ta 'muntaġġ iddisinjati biex jottimizzaw il-backscatter u r-riflessjoni mis-soqfa u mill-istallazzjonijiet ta' l-art jgħollu l-istruttura 'l fuq mill-art jew is-saqaf biex jaqbdu dawl aktar mifrux jew rifless.

L-għoli tal-istruttura u l-ispazjar

Iż-żieda tal-istruttura 'l fuq mill-art iżżid l-ammont ta' radjazzjoni li tilħaq id-dahar tal-panil u għalhekk ittejjeb ir-rendiment u l-qligħ bifacial. Iż-żieda tal-ispazju bejn ir-ringieli ttejjeb ukoll il-qligħ bifacial (ara l-Fig. 6).

Fig. 6: Radjazzjoni fuq panew tal-BF immuntat vertikalment (Sanyo).

Iż-żieda fil-gwadann tidher ċċattjata f'għoli ta 'madwar 1 m. Iż-żieda fl-għoli tal-istruttura għandha effett qawwi ħafna fuq l-arranġamenti ta 'montatura tas-saqaf, speċjalment fejn huma involuti soqfa ċatti. Il-periklu ta ’żieda fir-riħ jista’ jkun problema. Diversi manifatturi tal-istruttura tal-immuntar ipproduċew strutturi għoljin kemm għall-installazzjonijiet tal-art kif ukoll tas-saqaf.

Il-qligħ miksub b'għoli miżjud jista 'jintuża tajjeb fi strutturi tat-tip miftuħ ta' tinda bħalma huma postijiet tal-parkeġġ u bajjiet tal-ħażna ta 'arja aperta, kif ukoll żoni ta' divertiment u ospitalità. L-inkapsulant trasparenti jippermetti li xi dawl jiffiltra mill-modulu.

Pannelli BF orjentati vertikalment

Waħda mill-applikazzjonijiet l-aktar interessanti li joħorġu mill-matriċi BF hija l-possibbiltà ta 'matriċi mmuntata vertikalment. Pannelli BF immuntati vertikalment intużaw b'mod effettiv fil-passat bħala ostakli għall-ħoss u għad-dawl fit-toroq. Panel immuntat vertikalment jokkupa ħafna inqas spazju minn panil orizzontali jew inklinat. Jeżistu żewġ għażliet, l-orjentazzjoni klassika bejn it-tramuntana u n-nofsinhar u l-alternattiva li tħares lejn il-lvant.

Sabiex id-domanda fil-post tiġi mqabbla aħjar mal-profili tal-ġenerazzjoni tal-PV matul il-ġurnata, hemm tendenza li tintuża orjentazzjoni tal-panel Lvant-Punent, fejn nofs il-pannelli huma inklinati lejn il-lvant biex tinħoloq quċċata tal-ġenerazzjoni filgħodu u n-nofs li jkun fadal jiġi inklinat lejn il-punent għal jippermettu għal quċċata ta ’ġenerazzjoni oħra wara nofsinhar (ara Fig. 7). Dan il-profil doppju jista 'jaqbel aħjar ma' l-użu ta 'l-elettriku fil-post, speċjalment għal installazzjonijiet residenzjali u kummerċjali.

Fig. 7: Mudell ta 'radjazzjoni ta' kuljum fuq il-moduli BF Lvant-Punent [5].

Dan l-approċċ mhux konvenzjonali jista 'jmur pass ieħor' il quddiem jekk jintużaw moduli bifacial li jiffaċċjaw il-lvant-il-punent li jiffaċċjaw, li jkun iktar minn nofs l-għadd ta 'moduli meħtieġa għal installazzjoni ekwivalenti. Din il-konfigurazzjoni terġa 'tipproduċi żewġ livelli massimi imma tibbenefika wkoll mid-dawl diffuż addizzjonali li jidħol fil-modulu. Panewijiet BF jippermettu orjentazzjoni vertikali mmuntata lejn il-Lvant u l-Punent b'potenzjal li tipprovdi produzzjoni ta 'enerġija ogħla mill-pannelli monofaċjali.

Fl-orjentazzjoni bejn it-tramuntana u n-nofsinhar, il-panew ta 'quddiem jirċievi radjazzjoni diretta u mxerrda u l-parti ta' wara tal-panel tirċievi radjazzjoni diffuża. Fl-orjentazzjoni bejn il-lvant u l-punent b'biċċiet opposti jiffaċċjaw il-lvant u l-punent, iż-żewġ naħat jirċievu radjazzjoni diretta u riflessa fi żminijiet differenti tal-ġurnata (ara l-Fig. 7). Fl-ewwel sit, il-metodu tal-immuntar jidher ineffiċjenti, bħal f'nofsinhar, ix-xemx tinsab f'angolu rett mal-pannelli u m'għandu jkun hemm l-ebda ħruġ. Ħruġ sinifikanti huwa dovut għall-fatt li kemm l-uċuħ ta 'quddiem kif ukoll ta' wara qed jirċievu l-ammont massimu ta 'radjazzjoni mxerrda u riflessa.

Ir-radjazzjoni riċevuta minn modulu tiddependi ħafna fuq ir-riflettività (albedo) ta 'oġġetti fil-qrib u l-art. Dan huwa partikolarment importanti għall-moduli vertikali madwar nofsinhar fis-sajf, meta x-xemx diretta tar-raġġ hija l-aktar intensa imma meta l-angolu tax-xemx ifisser li x-xemx tar-raġġ dirett riċevut mill-moduli huwa relattivament żgħir. Panel bifacial vertikali jnaqqas l-akkumulazzjoni tat-trab u tas-silġ u jipprovdi żewġ punti massimi ta 'ħruġ matul il-ġurnata, bit-tieni quċċata allinjata mal-ogħla domanda għall-elettriku (ara Fig. 8).

Fig. 8: Paragun bejn l-għażliet ta 'muntaġġ [5].

Waħda mir-raġunijiet għal produzzjoni akbar ta 'l-enerġija hija li t-temperatura tal-modulu lvant-punent hija iktar baxxa matul il-ħin ta' l-irradjanza massima, meta mqabbla mal-modulu orjentat lejn in-nofsinhar. Ħafna netwerks b'penetrazzjonijiet għoljin tax-xemx għandhom eċċess ta 'enerġija matul l-ogħla ħinijiet tal-produzzjoni ta' nofsinhar u nuqqas matul il-perjodu off-peak. Iċ-ċaqliq tal-ogħla livelli bl-użu tal-orjentazzjoni vertikali tal-lvant-punent għal PV ġdid jagħti kurva tal-produzzjoni tal-enerġija iktar ugwali (ara l-Fig. 9).

Prospetti futuri

Għalkemm hemm bosta proġetti li jużaw moduli BF, il-perċentwal tal-moduli BF fis-suq bħalissa huwa żgħir ħafna imma huwa mistenni li jiżdied b'mod sinifikanti fil-futur hekk kif aktar prodotti jiġu fis-suq u jsiru iktar installazzjonijiet. It-titjib possibbli ta 'sa 30% tal-produzzjoni huwa mistenni li jkun ferm aktar attraenti mill-ftit punti perċentwali ta' effiċjenza li jistgħu jinkisbu bl-iżvilupp tat-teknoloġija.

Fig. 9: Tkabbir mistenni fl-użu taċ-ċelluli BF [1].

Referenzi

[1] T Dullweber, et al: “Ċelluli solari tal-PERC + Bifacial: status ta 'implimentazzjoni industrijali u perspettivi futuri”,     workshop tal-bifiPV2017, Konstanz, Ottubru 2017.
[2] W Herman: “Karatteristiċi tal-prestazzjoni tal-moduli tal-PV bifaċjali u l-ittikkettjar tal-enerġija” , workshop tal-bifiPV2017, Konstanz, Ottubru 2017.
[3] D B'mod ċar: “Sistemi tal-PV Bifacjali ”, rivista Solarpro Ħruġ 10.2, Mar / April '17
[4] Solarworld: “ Kif jista 'jiġi massimizzat ir-rendiment ta' l-enerġija bit-teknoloġija bifacial", White Paper SW9001US 160729
[5] EPRI: “Moduli PV solari bifaċjali ”, www.epri.com