Bifacial sólarplötur gefa aukna afköst

Frá: 9. maí 2018, Birt í greinum: Energize, eftir Mike Rycroft, EE Publishers

Endurspeglast og dreifður geislun á hinni hlið sólarorku mát geta aukið afköst sólarorkuþátta án mikils skilvirkni úrbóta.

Sögulegar voru sólfrumur í bifacialum (BF) miðaðar við að byggja upp samþættar PV forrit eða á svæðum þar sem mikið af sólkerfinu sem er í boði er dreifður sólarljós sem hefur skoppað af jörðinni og nærliggjandi hlutum, þ.e. mikilli breiddargráðu og snjóviðkvæm svæði. Hins vegar hefur samsetningin á hámarksvirkni hámarksplássa frá venjulegu skjáþrýstinni sólfrumum og veruleg lækkun á kostnaði við sólgleraugu á undanförnum árum, sem gerir notkun á tvíglerum (DG) innfellingar hagkvæm, ýtt á bifasíul sólkerfi aftur í sviðsljósið [2] .

Markmiðið með BF tækni er ekki að auka skilvirkni sól mátans eða spjaldið en að ná meiri sólarorku á hverja einingu. Hagnaður allt að 30% er áætlaður, allt eftir þætti eins og endurspeglun jarðborðsins, hæð yfir jörðu, halla og nokkrir aðrir. Geislunin sem móttekin er, samanstendur af nokkrum þáttum:

1. Bein geislun frá sólinni.

2. Óbein dreifð geislun sem stafar af loftögnum, skýjum og öðrum.

3. Endurskoðað geislun frá yfirborðum nálægt sól mátinu.

Endurskoðað geislun er almennt ekki tekið tillit til í sólarorkuútreikningum. Diffus geislunarmælingar vísa til geislunarupptöku yfir láréttu plani. Venjulegur aðferð við að mæla sólargeislun notar píanósmælir sem er festur lárétt og mælir aðeins geislun yfir láréttu plani. Jafnvel í hallaðri stillingu mun pyranometerið ekki mæla geislun undir mælieiningunni (sjá mynd 1).

Mynd 1: Mæling á sólargeislun með pyranometer.

Diffus geislun getur stuðlað að verulegu magni af heildar geislun en mikið af þessu verður ekki tekin í halla eða láréttan rás mát. Að halla einingunni eykur styrkleiki beinnar geislunar en hindrar stóran hluta óbeinnar geislunar. Diffus geislun er ísótrópísk í eðli sínu, þ.e. það hefur sama gildi án tillits til upptökunnar en endurspeglast geislun fer eftir eðli yfirborðsins sem snýr að sólkerfinu, horninu á fylkinu og öðrum þáttum. Framhliðin fær bæði bein og dreifð geislun, hlutfallið fer eftir halla hornsins á spjaldið.

Afturhliðin á einingunni mun fá ljós frá tveimur aðilum:

·          Nálægt sviðssprettun: endurspeglast bein og dreifður geislun.

·          Diffus geislun: ekki endurspeglast geislun beint frá óljósum aðilum.

Mismunandi flöt endurspegla ljós á mismunandi hraða og endurspegla eiginleika eru lýst með albedó þáttanum. Albedo lýsir endurspeglun ljóss yfirborðs - það er ákvarðað með hlutfallinu milli ljóssins sem endurspeglast frá yfirborði og tilviljun geislunar. Sjá töflu 1 fyrir nokkur gildi albedó mæld [2]

Hlutfall diffuse ljóss að beinljósi er breytilegt við aðstæður. Við lágt útgeislun vegna skýs er hlutfall diffuse ljóssins hærra en við sólskin skilyrði og ávinningur miðað við einfalda PV getur því verið hærri en við sólskin skilyrði [5].

Framkvæmdir við BF mát

Frumbygging

Einfasa PV-frumur eru venjulega smíðaðir með endurskinandi lagi á bakhliðinni á klefanum til að auðvelda betri frásog ljóss sem fellur á framhliðina. Ljósmyndir sem ekki fá frásogast í framhliðinu geta verið frásogast á ferðalaginu, þannig að auka skilvirkni frumunnar. Þetta þýðir að ljósmyndir sem fara í gagnstæða átt að eðlilegu geta myndað rafmagn og ef ljósmyndir sem falla á bakhliðina geta fengið inn í klefann, þá er hægt að nota þau á áhrifaríkan hátt til að mynda rafmagn. Þetta er gert með því að fjarlægja hugsandi lagið að hluta, sem einnig virkar sem leiðari (sjá mynd 2).

Mynd 2: Ljós ljós á bakhlið spjaldsins [3].

Minnkun á leiðandi laginu á bakhlið frumunnar eykur viðnám og fleiri leiðarar þurfa á bakhlið frumunnar en að framan til að bæta upp fyrir þetta. Þetta dregur úr svæðinu aftan á klefanum sem er í boði fyrir geislun.

Bygging hinna ýmsu tegundir PV-frumna er flóknari en sýnt er og breytingin er ekki alveg eins einföld. Það eru aðrar ráðstafanir sem þarf til að gera BF klefi sem virkar á skilvirkan hátt. Nokkrar hugmyndir hafa komið fram sem nota BF meginregluna. Flestir fela í sér breytingar á fyrirliggjandi frumum, en það eru nokkrir sem hafa verið hannaðar sérstaklega sem BF frumur.

Tvær gerðir af bifacial frumu byggingu eru algeng notkun á markaðnum: heterojunction og passivated emitter bak klefi (PERC). Heteroction frumur nota mónókristallaða sílikon meðan PERC fruman er fáanleg í bæði ein- og pólýkristallískum kísilútgáfum. Bifacial frumur eru flóknara að framleiða og þetta bætir kostnaði við eininguna.

Skilvirkni afturljósanna er lægri en framljósin, eins og sýnt er í töflu 2. Þetta stafar að miklu leyti af auknu svæði sem stýrt er af leiðum á bakhlið frumunnar samanborið við framan.

Uppbygging eininga

Einfalt (MF) kristallað kísillplata eru venjulega innheldur ógagnsæjum hylkjum að aftan en þessi aðferð er ekki hægt að nota með BF-kerfi. Múrinn verður að hafa gagnsæ bak- og framhlið sem veitir vélrænan styrk. Að auki verða frumurnar að vera lokuð í lagi af hlífðarbúnaði. Algengasta uppsetningin sem er samþykkt er tvöfalt lag af ljósvatnagleri sem umlykur frumurnar sem eru innhúðaðar í hlífðar fjölliðaefni.

Annaðhvort er krafist UV-ónæmt gagnsæja efni eða viðbótarlag af sólgleri til að leyfa ljós að skína á bakhlið bifacialfrumna. Í flestum tilfellum, eins og sýnt er á mynd 4, kjósa framleiðendur að gler á gleri sem almennt bætir við endingu á vellinum samanborið við gler á kvikmyndum. Glersprautan er stífari, sem dregur úr vélrænni streitu á frumum meðan á flutningi, meðhöndlun og uppsetningu stendur, svo og streitu vegna umhverfisaðstæðna eins og vindur eða snjó. Stillingin er einnig minna gegndræpi fyrir vatni, sem getur dregið úr árlegum niðurbrotshraða. Bifacial einingar eru frameless. Að útiloka ál ramma dregur í raun úr tækifærum fyrir hugsanlega afleiðingu niðurbrots (PID) [3].

Mynd 3: Munurinn á ein- og andlits- og tvíhliða PV-frumum.

Dual gler (DG) uppsetning hefur marga kosti:

·          Minnkun á örkrömpun, hreinsun og rakaþurrð.

·          Neðri klefi hiti.

·          Engin hugsanleg framkallað niðurbrot þar sem engin málmramma krefst jarðtengingar.

·          Lægri niðurbrotshraði.

·          Hærri flameproof einkunn.

·          Hærri vélrænni styrkur og minni beyging.

Markaðsvörur

Tafla 3 sýnir nokkrar af BF-kerfunum sem eru tiltækar á markaðnum í augnablikinu, með eiginleikum þeirra.

Skýringar breytur

Nokkrar breytur eru notaðar í greininni til að lýsa einkennum BF sól mátanna.

Bifaciality þáttur

Þetta er hlutfallið milli virkni á aftan og framhliðinni, eða hlutfall framan að aftan afl sem mæld er við venjulegan prófunarskilyrði.

Bifacial hagnaður

Þetta er viðbótarorka frá baki mátans miðað við orku frá framan mát við venjulegar prófunaraðstæður. Bifreiðaraukningin fer eftir uppbyggingu (uppbyggingu, hæð, halla og öðrum) og albedo jarðborðsins.

Mynd 4: Framkvæmdir við tvöfalt gler BF mát.

Bifacial gain = ( 𝑌𝐵𝑖 - 𝑌 ) / 𝑌𝑀𝑜

hvar:

YB _i = Afl frá BF mátinu.

YM _o = Afl frá MF mát undir sömu skilyrðum.

Albedo

Þetta er hlutfall ljóss sem endurspeglast frá yfirborði til atviks ljóssins og er mismunandi eftir mismunandi gerðum yfirborði.

Mynd 5: Áhrif hæð á BF aukningu. Albedo 80%, raðhæð 2,5 m [4].

Jörð umfang hlutfall

Þetta er hlutfall jarðhitasvæðisins sem fjallað er um í PV-einingunum á heildar jarðhitasvæðinu sem uppsett er af uppsetningunni. Þetta hlutfall hefur áhrif á endurspeglast ljós og getur haft áhrif á árangur BF spjaldið.

Fullkomin uppsetning BF mát

Þar sem bifacial einingar taka sól geislun frá báðum hliðum, leyfa þeir ýmsum halla og uppsetning valkosti og eru tilvalin fyrir hæstu jörðu, þaki, eyðimörk og snjóbretti svæði eða á vatni umsókn. Uppsetningarkerfi sem eru hannaðar til að hámarka backscatter og spegilmynd af þökum og búnaði til jarðtengingar, hækka uppbyggingu yfir jörðu eða þaki til að ná meiri dreifingu eða endurspeglast ljós.

Uppbygging hæð og bil

Uppbygging uppbyggingarinnar yfir jörðu eykur magn geislunar sem nær bakhlið spjaldsins og bætir þannig frammistöðu og bifacial ávinningi. Aukning á bilinu milli raða bætir einnig bifreiðaraukninguna (sjá mynd 6).

Mynd 6: Geislun á lóðréttum BF spjöldum (Sanyo).

Gert er ráð fyrir að aukningin aukist um 1 m hæð. Aukning á hæð uppbyggingarinnar hefur mjög áberandi áhrif á þilfari, sérstaklega þar sem flatir þökir taka þátt. Hættan á aukinni vindhleðsla getur verið vandamál. Nokkrar uppbyggingarframleiðendur hafa framleitt uppbyggingu fyrir bæði grunn- og þakbúnað.

Hagnaðurinn, sem fæst með aukinni hæð, er hægt að nota til góðra nota í byggingum með opnum byggingum, svo sem bílastæði og geymslurými fyrir opinn loft, auk skemmtunar og gestrisni. Gegnsæja hylkið gerir nokkra ljósi kleift að sía í gegnum eininguna.

Lóðréttar BF spjöld

Eitt af áhugaverðustu forritunum sem koma fram úr BF array er möguleiki á lóðréttri uppsettri röð. Lóðrétt ríðandi BF spjöld hafa verið notuð á áhrifaríkan hátt í fortíðinni sem hljóð- og ljóshindranir á þjóðvegum. Lóðrétt tengdur spjaldið er með miklu minna pláss en lárétt eða hallaður spjaldið. Tveir valkostir eru til, klassísk norður-suður stefnumörkun og val austur-vestur frammi.

Til að passa betur eftirspurn á staðnum með PV kynslóðarferlum um daginn er stefna að því að nota austur-vestur spjaldið stefnumörkun, þar sem helmingur spjaldanna er hallað til austurs til að búa til hámarkshraða á morgnana og eftir helmingurinn er hallaður vestur að leyfa annarri kynslóð hámarki á síðdegi (sjá mynd 7). Þetta tvöfalt hámarksmiðill getur bætist betur við notkun rafmagns á staðnum, sérstaklega fyrir íbúðarhúsnæði og atvinnuhúsnæði.

Mynd 7: Daglegt geislunarmynstur á austur-vestri BF mát [5].

Þessi óhefðbundna nálgun getur farið einu skrefi lengra ef lóðrétt tengd austur-vestur sem snúa við bifacial mát eru notuð, sem myndi meira en helminga fjölda einingar sem þarf til að jafngilda uppsetningu. Þessi uppsetning myndi aftur framleiða tvo kynslóð tindar en myndi einnig njóta góðs af því að viðbótar dreifðu ljósi sem kom inn í eininguna. BF spjöld leyfa lóðréttri austur-vestur stefnumörkun með möguleika á að veita meiri orkuframleiðslu en monofacial spjöldum.

Í norður-suðri stefnumörkun fær framhliðin beinan og dreifanlegan geislun og aftan á spjaldið fær dreifð geislun. Í austur-vestur stefnumörkun með hliðstæðum hliðum sem snúa austan og vestan, fá báðar hliðar bein og endurspeglad geislun á mismunandi tímum dags (sjá mynd 7). Á fyrstu síðu virðist uppsetningaraðferðin vera óhagkvæm, eins og á hádegi er sólin rétt á spjöldum og það ætti ekki að vera framleiðsla. Veruleg framleiðsla er vegna þess að bæði framan og aftan fleti eru að fá hámarks magn af dreifandi og endurspeglast geislun.

Geislunin sem móttekin er með einingu mun að miklu leyti ráðast af endurspegluninni (albedo) nálægra hlutanna og jarðarinnar. Þetta er sérstaklega mikilvægt fyrir lóðrétta mát í kringum hádegi á sumrin, þegar beinljós sólskin er ákafur en þegar sólarljósin þýðir að beinljós sólskin sem móttekin eru af einingarinnar er tiltölulega lítil. Lóðrétt bifreiðarborð dregur úr ryk- og snjósöfnun og veitir tvær framleiðslutoppar á daginn, en seinni hámarkið er í takt við hámarksafli eftirspurn (sjá mynd 8).

Mynd 8: Samanburður milli uppsetningarvalkosta [5].

Ein af ástæðunum fyrir meiri orkuframleiðslu er að hitastig austur-vesturs mátans sé lægra á meðan hámarksstýring er, samanborið við suðurstilla eininguna. Mörg net með miklum sækni sóls hafa orkustyrk á hádegismatstímum og skortur á hámarkstímabilinu. Skipta tindunum með því að nota lóðrétta fjall austur-vestur stefnumörkun fyrir nýja PV gefur jafna jafna framleiðsluferil (sjá mynd 9).

Framtíðarhorfur

Þrátt fyrir að það séu nokkrir verkefni sem nota BF mát er hlutfall BF-einingar á markaðnum mjög lítið í augnablikinu en er gert ráð fyrir að það aukist verulega í framtíðinni þar sem fleiri vörur koma á markað og fleiri innsetningar eru gerðar. Möguleg framför allt að 30% í framleiðslunni er gert ráð fyrir að vera mun meira aðlaðandi en nokkur prósentuhækkun á skilvirkni sem hægt er að ná með tækniþróun.

Mynd 9: Væntanlegur vöxtur í BF klefi notkun [1].

Tilvísanir

[1] T Dullweber, o.fl.: "Bifacial PERC + sól frumur: stöðu iðnaðar framkvæmd og framtíðarhorfur",     bifiPV2017 verkstæði, Konstanz, október 2017.
[2] W Herman: "Afköst einkenni bifacial PV mát og orku merkingu" , bifiPV2017 verkstæði, Konstanz, október 2017.
[3] D Brearly: "Bifacial PV Systems", Solarpro tímaritið Issue 10.2, Mar / Apr '17
[4] Solarworld: " Hvernig á að hámarka orkuöflun með bifacial tækni", White Paper SW9001US 160729
[5] EPRI: "Bifacial sól PV einingar", www.epri.com