Heimild: reglobal.co
Renewable Energy Test Center (RETC's) PV Module Index Report 2022
Þetta er útdráttur úr Renewable Energy Test Center (RETC's) PV Module Index Report 2022. PV Module Index skýrsla þessa árs, kannar þrjú innbyrðis tengd efni - n-gerð PV einingar, réttarrannsóknir á vettvangi og öfga veður - sem sýna fram á nokkrar af óumflýjanlegu tæknilegu áhættunni í tengslum við þróun sólarverkefna. Þessi tímabæru efni skýra einnig gildi gagnastýrðrar nálgunar við áhættustýringu.
Mat á nýjum N-gerð PV einingar
Áframhaldandi getu sólariðnaðarins til að draga úr kostnaði á sama tíma og afköst bætast er aðalástæða þess að sólarorka var stærsti hluti nýrrar raforkuframleiðslugetu í Bandaríkjunum árið 2021. Þessi þróun er best lýst með stöðugum breytingum á hönnun eininga og frumutækni. Á síðasta ári, til dæmis, kannaði RETC kosti og áskoranir við að þróa og dreifa stórsniði einingar, sem margir sérfræðingar búast við að muni ráða yfir markaðnum á næstu árum. Á þessu ári fylgist RETC náið með annarri tækniþróun sem er fljótt að ná tökum á markaði og viðurkenningu, uppgangi næstu kynslóðar n-gerð PV frumna með passivating tengiliðum.
Uppgangur TOPCon
Margir sérfræðingar í iðnaði og efnisfræðingar telja að ný n-gerð PV frumuhönnun sé næsta rökrétta framfarir á PV tækni vegvísinum. Árið 2013 kynntu vísindamenn við Fraunhofer stofnunina fyrir sólarorkukerfi Þýskalands aðferð til að framleiða afkastamiklar n-gerð kísilsólarsellur með nýrri TOPCon uppbyggingu (tunnel oxe passivated contact). Þökk sé frábærri yfirborðsaðgerð og áhrifaríkum flutningi burðarefnis náði þessi nýja frumuhönnun háum einkunnum fyrir opnu spennu (Voc), fyllingarstuðul og skilvirkni. Innan við áratug síðar er TOPCon vinsælasta orðið í sólarorku. Stærstu einingarframleiðendur í heiminum eru að hefja magnframleiðslu á PV einingar með TOPCon frumum. Þó að LONGi Solar veðji stórt á p-gerð TOPCon, eru mörg önnur leiðandi einingafyrirtæki - eins og Jinko Solar, Jollywood Solar Technology, JA Solar og Trina Solar - að fjárfesta í einingar með n-gerð TOPCon frumuhönnun. Þessi sameiginlega snúningur á markaðnum er fyrst og fremst vegna fletjandi skilvirkniferla fyrir p-gerða óvirka sendanda og aftansnertifrumu (PERC) einingar. Þrátt fyrir að þetta hafi verið ráðandi á markaðnum á undanförnum árum, eru framleiðendur farnir að ná eðlisfræðilegum mörkum p-gerða mónó PERC frumuhönnunar. Að skipta yfir í n-gerð TOPCon frumur mun gera einingarfyrirtækjum kleift að auka skilvirkni frumna enn frekar á rannsóknarstofunni og í fjöldaframleiðslu.
Kostir N-gerð frumna
Sólarframleiðendur hafa lengi viðurkennt hugsanlegan hagkvæmni ávinnings af n-gerð PV frumur. Til dæmis byrjaði Sanyo að þróa n-gerð heterojunction tækni (HJT) PV frumur á níunda áratugnum. Að auki hefur SunPower byggt PV frumur (Interdigitated back contact (IBC) PV frumur sínar á grunni af háhreinleika n-gerð sílikoni. Vegna margbreytileika framleiðslunnar eru afkastamiklar PV einingar byggðar á n-gerð HJT og IBC frumuhönnun tiltölulega dýrar í framleiðslu og eru áfram sess hluti af markaðnum. Til samanburðar er n-gerð TOPCon frumuframleiðsla mjög svipuð PERC ferlinu. Fyrir vikið geta framleiðendur framleitt þessar næstu kynslóðar hánýtni TOPCon einingar á uppfærðum PERC framleiðslulínum.
Þrátt fyrir að n-gerð TOPCon einingar í dag kosti aðeins meira í framleiðslu á hvert vatta grunni en p-gerð mónó PERC einingar, leiðir skilvirknihagnaðurinn til lægri jöfnunar orkukostnaðar (LCOE) í stórum sviðsuppsetningum. Það besta af öllu, leiðandi sérfræðingar búast við að n-gerð TOPCon njóti góðs af hraðari námsferli. Helsti efnislegur kostur n-gerðar TOPCon frumna miðað við p-gerð mono PERC frumur er minni niðurbrotshraði vegna minnkaðs næmis fyrir bæði niðurbroti af völdum ljóss (LID) og niðurbrots af völdum ljóss og hækkaðs hitastigs (LeTID). Fleiri kostir geta falið í sér hærri tvíhliða þátt, auk bættrar frammistöðu bæði við aðstæður í litlu ljósi og háum hita.
Áhætta af snemmtækri ættleiðingu
Flestir sérfræðingar búast við að einingar með n-gerð TOPCon frumum muni fljótt auka markaðshlutdeild byggt á þessum frammistöðukostum. Hins vegar, nýjar PV frumutækni - jafnvel þær sem að lokum reynast farsælar á þessu sviði - bera undantekningarlaust meiri áhættu en þroskuð og sannreynd tækni. Þar til vörur eru settar í notkun í stærðargráðu, er möguleiki fyrir hendi á niðurbrotsaðferðum sem enn hafa ekki fundist. Í dag, til dæmis, telja sjálfstæðir verkfræðingar og fjármálamenn p-gerð ein-PERC PV einingar vera stöðuga og áhættulítil tækni. Þetta mat var ekki alltaf samdóma álit. Snemma útgáfur af mónó PERC einingum höfðu vandamál með stöðugleika, sérstaklega LID og, í mjög sjaldgæfum tilvikum, LeTID. Þessar óvæntu mónó PERC niðurbrotsstillingar sýna frammistöðuáhættuna sem snemma notendur standa frammi fyrir með nýrri tækni.
Þó að n-gerð TOPCon PV frumur hafi reynst þola LID og LeTID, eru nokkrar vísbendingar um næmi fyrir niðurbroti af völdum útfjólubláa. Til dæmis hafa vísindamenn við SLAC National Accelerator Laboratory og National Renewable Energy Laboratory (NREL) skjalfest raforkutap að framan og aftan í háþróaðri sólarsellutækni eftir tilbúnar hraðari UV útsetningarprófanir. Þessi gögn benda ekki til einstaks niðurbrotskerfis en benda til þess að mismunandi frumuhönnun brotni niður um mismunandi leiðir.
Réttarfræðileg greining á frammistöðu á vettvangi
Réttarfræðileg greining er ítarleg rannsókn sem leitast við að koma á fót orsök vanþroska PV kerfisins. Í mörgum tilfellum eru bilanir í inverter eða ónákvæmar framleiðsluáætlanir að kenna um raunverulega eða skynjaða vanvirkni kerfisins.
Grunnmat
Ein besta leiðin fyrir hagsmunaaðila verkefnisins til að draga úr verkefnisáhættu er að ráða hæfum þriðja aðila til að framkvæma grunneiningu heilsumats við gangsetningu verkefnisins. Með því að fanga hágæða mælingar fyrir atvinnurekstur veitir grunnrannsóknarmat bæði skammtíma- og langtímaávinning yfir endingartíma PV raforkukerfis. Til skamms tíma bætir grunnmat í gangsetningu nákvæmni áætlana um afköst kerfisins.
EL próf á daginn
Rafgeislunarprófun (EL) notar sérstakt myndavélakerfi til að skrá ljóslosun sem á sér stað þegar rafstraumur fer í gegnum PV frumur. EL próf á sér langa sögu á rannsóknarstofunni, þar sem það er notað til að greina fjölbreytt úrval af földum einingagalla. Einu sinni fallið niður í stýrt innanhússumhverfi, eru EL próf sífellt algengari í réttarrannsóknum á vettvangi. EL myndgreining á daginn veitir tvo sérstaka kosti fram yfir fyrri aðferðir. Í fyrsta lagi gerir EL prófunaraðferðafræði okkar tæknimönnum kleift að prófa einingar á staðnum, sem flýtir fyrir prófunarferlinu og útilokar frumuskemmdir vegna fjarlægðar og meðhöndlunar á einingum. Í öðru lagi útilokar EL prófun á daginn þörfina á að prófa einingar í myrkri nætur, sem bætir enn frekar öryggi og afköst.
Niðurstöður EL prófunar á vettvangi eru dýrmætar til að bera kennsl á meiriháttar framleiðslugalla, tjón á flutningi og flutningi á staðnum, skemmdir á efnismeðferð eða uppsetningu á staðnum eða skemmdir sem stafa af alvarlegum veðuratburðum eins og hagli, vindi eða snjó. Þessar EL myndir gera hagsmunaaðilum verkefnisins kleift að bera kennsl á frumuskemmdir sem geta leitt til hitauppstreymis, heitra punkta og vanþroska eininga í framtíðinni. Þegar EL myndir frá þriðja aðila eru skráðar og tilkynntar á fullnægjandi hátt geta þær hjálpað til við að leysa ábyrgðar- og tryggingarkröfur. Ólíkt innrauða loftmyndum (IR), sem auðkennir aðeins mögulega staði árangursvandamála, þá skýra EL rannsóknir á daginn rótarástæður undirframmistöðu. Þessar niðurstöður gagnast hagsmunaaðilum verkefnisins með því að flýta fyrir úrlausn mála og lágmarka framleiðslutapi.
Fyrirsjáanlegt viðhald
Réttarrannsóknir á sviði frammistöðu þriðja aðila eru sérstaklega hagnýtar þegar þær eru ásamt öflugum eftirlitsvettvangi og fyrirsjáanlegum viðhaldsreglum. Þegar PV einingar eldast eru eignir á sviði í aukinni hættu á undirframmistöðu. Frumu örsprunga hefur oft ekki áhrif á frammistöðu eininga þegar einingar eru nýjar, en það er ekki endilega raunin þar sem kerfi eldast. Eftir 5 eða 10 ár á þessu sviði halda sumar einingar áfram að virka eins og búist var við, en aðrar þjást af hraðari niðurbroti.
Það er ekki einfalt mál að greina á milli "góðra" eininga og "slæma" eininga, sérstaklega í kerfum sem notuð eru eftir að bandaríska viðskiptaráðuneytið setti AD/CVD stefnu sína. Stór verkefni sem virðast hafa einn einingabirgi geta í raun samþætt einingar sem eru framleiddar með því að nota frumur sem eru fengnar frá tugi mismunandi söluaðila. Í ljósi þess að hver efnisskrá (BOM) er einstök, hefur hver um sig mismunandi áhættusnið.
Að draga úr mikilli veðuráhættu
Enginn skilur náttúrulegar hættur tengdar sólaruppfærslu betur en tryggingasérfræðingar í endurnýjanlegri orku eins og GCube Insurance. Samkvæmt markaðsskýrslu fyrirtækisins fyrir árið 2021, „Hail or High Water: The Rising Scale of Extreme Weather and Natural Catastrophe Losses in Renewable Energy“, hafa veðurtengdar tryggingarkröfur vaxið í tíðni og alvarleika eftir því sem sólarframkvæmdir hafa aukist í tíðni, stærð og landfræðileg dreifing. Miðað við hraðan vöxt sólarmarkaðarins á heimsvísu er hlutfallsleg hækkun á kröfum um sólartryggingar ekki alveg óvænt. Hins vegar hefur undirrót sólartryggingakrafna komið sumum innherja í tryggingaiðnaðinum á óvart. Nánar tiltekið, síðan 2015, er vátryggt tjón sem tengist öfgakenndum veðuratburðum um það bil tvöfalt meira en það sem stafar af náttúruhamförum.
Þótt öfgar veðuratburðir leiði til meira vátryggðs tjóns en náttúruhamfarir gera, þá eru tryggingarkröfur sem tengjast alvarlegu veðurtjóni ekki óumflýjanlegar. Hagsmunaaðilar verkefnisins geta komið í veg fyrir eða dregið úr miklu veðurfari með því að sýna hæfilega aðgát og framsýni í vöruvali og kerfishönnun. Þar að auki geta sérfræðingar til að draga úr áhættu hjálpað skattfjárfestum og tryggingafélögum að skilja fjárhagslega áhættu sem fylgir slæmu veðri.
Samanburðarpróf
Stefnumótað vöruval er nauðsynlegt fyrsta skref til að draga úr helstu orsökum mikils veðurs. Niðurstöður RETC bankahæfni og umfram vottunarprófanir sýna fram á hvernig mismunandi hönnun PV eininga eða samsetningar eininga og rekki standast þessar mismunandi gerðir af umhverfisálagi. Þessi munur er mikilvægur fyrir verkefnið í samhengi við að draga úr mikilli veðuráhættu.
Dæmi um öfgar í veðri sem hægt er að koma í veg fyrir eru vindur, hagl og snjór. Miðað við tíðni tjóna eru miklar vindhviður leiðandi orsök vátryggðra tjóna á sólarorkueignum. Miðað við alvarleika tjóna skemmdi haglél í Vestur-Texas um 400,000 PV einingar, sem varð til stærsta einstaka sólartryggingakrafan til þessa. Snjór er tiltölulega minni hætta á heildina litið en skapar verulega hættu á tilteknum hæðum eða breiddargráðum.
Markmiðið með samanburðar- og hraðprófunum er að styrkja hagsmunaaðila verkefnisins til að bera kennsl á og tilgreina bestu vörurnar og kerfishönnunina fyrir tiltekin forrit og umhverfi. Einingar sem standa sig vel undir kraftmiklum vélrænni álagsprófun henta vel til notkunar í mikilli vindi. Einingar sem standa sig vel í haglþolsprófunarröð RETC (HDT) henta vel til notkunar á hagléllægum svæðum. Einingar sem standa sig vel í vélrænum álagsprófum henta best til að standast álagið sem tengist ís og snjó. Einingar sem standa sig ekki vel í þessum tveimur prófum eru ekki „slæmar“ vörur, sérstaklega í réttri notkun. Einingar sem hertar eru gegn vindi og hagli hafa oft hærri framleiðslukostnað. Skilyrði fyrir uppsetningu í Central Valley í Kaliforníu, sem sjaldan verður fyrir miklum vindi, hagli eða snjó, réttlæta kannski ekki þennan aukakostnað.
Til að draga úr áhættu í aðfangakeðjunni, meta verktaki oft og fá margs konar PV einingalíkön og framleiðendur. Mikið veðurviðkvæmni mun vera mismunandi eftir þessu safni af völdum PV einingum. Með því að huga að þessum mismun geta verktaki beint vind-, hagl- eða snjóhertu einingum að vind-, hagl- eða snjóviðkvæmum stöðum í sömu röð. Þessi tegund af sértækri dreifingu er tiltölulega einföld og hagkvæm leið til að draga úr mikilli veðuráhættu.
Varnaráætlanir til að geyma
Eftir að hafa síað og valið að dreifa einingum sem byggjast á viðnám gegn staðbundnum aðstæðum geta hagsmunaaðilar verkefnisins innleitt veðurviðbragðsstýringaraðferðir til að draga enn frekar úr mikilli veðuráhættu í stórum tólum. Mörg stórfelld PV kerfi samþætta skynsamlega stýrða einása rekja spor einhvers sem nota hugbúnað til að fylgja sólinni á meðan forðast sjálfskyggingu. Eftir því sem veðurtengdar tryggingakröfur hafa fjölgað hafa leiðandi framleiðendur rekja spor einhvers í iðnaði innleitt ný viðbrögð við hugbúnaðarstýringu, eins og ógnarsértækar varnarstýringar eða hleðsluhamir.
Vegna mjög staðbundins og hraðvirks eðlis mikilla vinda og haglél, gefa viðvaranir um alvarlegt veður oft rekstraraðilum verksmiðjunnar litla viðvörun fyrirfram. Þar að auki leiða þær tegundir storma sem framleiða mikinn vind og mikið hagl oft til raflína sem falla niður og rafstraums taps. Virkar hugbúnaðarstýringar geta tekist á við þessar áskoranir og veitt árangursríka áhættuminnkun með vörueiginleikum eins og staðbundinni eða fjarræsingu, skjótum viðbragðstíma og bilunaröryggi rafhlöðuafritunar. Það er líka mikilvægt að huga að tilfallandi veðuráhættu.
Þrátt fyrir að vátryggingaiðnaðurinn hafi lengi reitt sig á áhættumat til að veita tryggingu á sjálfbæran hátt, er áskorunin sem sólarframkvæmdir skapa tvíþætt. Í fyrsta lagi eru takmörkuð söguleg gögn tiltæk til að skilja mikla veðuráhættu, sérstaklega með tilliti til hraða tæknibreytinga og stækkunar markaðarins. Í öðru lagi, náttúruhamfaragögnin sem vátryggjendur treysta venjulega á fanga ekki „óflokkaða“ öfga veðuratburði.
Gæði eininga
Vörur sem virðast svipaðar á pappír geta verið mjög mismunandi í hinum raunverulega heimi. Framleiðsluskuldbinding um gæði skýrir oft þennan mun. Það er ekki áhættulaust að taka upp aukinn fjölda sólarverkefna með meiri afkastagetu á stöðum um allan heim. Til að draga úr áhættu á staðnum þarf stefnumótandi beitingu vara og tækni. Einstök nálgun við vöruhönnun og verkefnaþróun eykur alltaf áhættusnið verkefnisins. Stefnumótuð vöruaðgreining bætir seiglu verkefna.
Haglhert eininga- og kerfishönnun dregur úr verkefnaáhættu á hagléllægum svæðum eins og Vestur-Texas. Vöru- og kerfishönnun sem standast kraftmikil vindáhrif dregur úr verkefnaáhættu á stöðum með miklum vindi um allan heim. Vöru- og kerfishönnun sem standast mikið kyrrstöðuálag dregur úr hættu á hörmulegum bilunum á stöðum með mikilli snjó. Tæringarþolnar vörur lengja endingartíma á strandsvæðum.
Prófunarstofur nota kvarðaðan og vottaðan búnað undir endurskoðuðum og stýrðum prófunarskilyrðum. Eiginleikar sem teknir eru undir þessum ströngu aðstæðum tákna réttan mælikvarða á frammistöðu PV eininga og veita mörgum hagsmunaaðilum gildi. Þó að prófanir í verksmiðju samkvæmt stöðluðum prófunarskilyrðum (STC) færibreytum séu tilvalin til að koma á einkunnum fyrir nafnplötum eininga, þá einkenna niðurstöður verksmiðjuprófana ekki dæmigerð rekstrarskilyrði einingarinnar. Til að líkja nákvæmlega afköstum kerfisins í hinum raunverulega heimi er nauðsynlegt að skilja hvernig einingar virka við lága geislunarskilyrði eða í tengslum við breytileg sólarhorn. Ennfremur er mikilvægt að einkenna frammistöðu eininga við prófunaraðstæður sem endurspegla rekstrarskilyrði þar sem PV kerfi framleiða venjulega ákjósanlegan orkuafrakstur. Það er einnig mikilvægt að skilja hvernig skammtíma sólarútsetning og niðurbrotið sem af því leiðir hefur áhrif á frammistöðu PV á sviði.
Í 2022 útgáfunni af PV Module Index Report hefur RETC viðurkennt 9 mismunandi framleiðendur og sýnt 61 dæmi um mikinn árangur í framleiðslu. Til að bera kennsl á það besta af því besta fór það yfir og raðaði heildargagnadreifingunni yfir allar þrjár greinarnar: gæði, frammistöðu og áreiðanleika. Heildarniðurstöðuflokkurinn dregur fram sex bestu frammistöðumenn sem byggja á miklum árangri í framleiðslu: JA Solar, JinkoSolar, LONGi Solar, Hanwha Q CELLS, Trina Solar og Yingli Solar.
