ביפאסיאל פאנלים סולאריים לתת כוח מוגברת פלט פוטנציאלי

מאת: מאי 9th, 2018, פורסם מאמרים: Energize, על ידי מייק Rycroft, EE שותפים

קרינה משתקפת ו מפוזרת בצד האחורי של מודולים סולאריים יכול להגדיל את תפוקת החשמל של מודולים סולאריים ללא שיפורים משמעותיים יעילות.

היסטורית, bifacial (BF) תאים סולריים היו ממוקדות בבניית יישומים PV משולב או באזורים שבהם הרבה של אנרגיה סולארית זמין הוא אור השמש מפוזר אשר ניתר מן הקרקע ואת האובייקטים הסובבים, כלומר קיצוני קווי רוחב באזורים נוטה שלג. עם זאת, השילוב של היעילות שיא plauing מ תקן תאים מודפסים מסך סולארי והורדות משמעותיות במחיר של זכוכית סולארית בשנים האחרונות עושה את השימוש זכוכית כפולה (DG) אנקפסולציה קיימא דחף מודולים סולאריים ביפאתיים בחזרה אל הזרקורים [2] .

מטרת הטכנולוגיה BF היא לא להגדיל את היעילות של מודול השמש או פאנל, אבל כדי ללכוד יותר אנרגיה סולארית לכל מודול. רווחים של עד 30% הם מוקרנים, תלוי בגורמים כגון רפלקטיביות של פני הקרקע, גובה מעל הקרקע, זווית הטיה ועוד כמה. הקרינה המתקבלת על ידי המודול מורכבת ממספר מרכיבים:

1. קרינה ישירה מהשמש.

2. קרינה דיפוזית עקיפה הנגרמת על ידי חלקיקי אוויר, עננים ואחרים.

3. קרינה משתקפת ממשטחים הקרובים למודול השמש.

קרינה רפלקטיבית היא בדרך כלל לא נלקח בחשבון בחישובים אנרגיה סולארית. מדידות קרינה מפוזרות מתייחסות למקורות קרינה מעל המישור האופקי. השיטה הרגילה למדידת קרינה סולארית משתמשת בפירנומטר שמוטבע אופקית ורק מודד קרינה מעל המישור האופקי. אפילו בתצורה מוטה, הפירנומטר לא ימדוד את הקרינה מתחת למישור המדידה (ראה איור 1).

איור 1: מדידת קרינה סולארית עם פירנומטר.

קרינה מפוזר יכול לתרום כמות ניכרת של הקרינה הכוללת, אבל הרבה זה לא ייתפס מודול רכוב מוטה או אופקית. הטיית המודול מגבירה את עוצמת הקרינה הישירה, אך חוסמת חלק גדול מהקרינה העקיפה. קרינה מפוזר הוא אפופרופי בטבע, כלומר יש אותו ערך ללא קשר למקור ואילו הקרינה משתקף יהיה תלוי בטבע של פני השטח סביב מערך השמש, זווית המערך וגורמים אחרים. הלוח הקדמי יקבל גם קרינה ישירה וגם מפוזרת, היחס תלוי בזווית ההטיה של הלוח.

הצד האחורי של המודול יקבל אור משני מקורות:

PAGE          פיזור שדה קרוב: קרינה ישירה ומשקפת.

PAGE          קרינה מפוזר: קרינה שלא באה לידי ביטוי ישירות ממקורות מפוזרים.

משטחים שונים משקפים אור בשיעורים שונים ואת המאפיינים רפלקטיביים מתוארים על ידי גורם albedo. אלבו מתאר את רפלקטיביות של משטח שאינו זוהר - זה נקבע על ידי היחס בין האור המשתקף מפני השטח לבין הקרינה הנלווית. ראה טבלה 1 עבור כמה ערכים של albedo נמדד [2]

היחס בין אור מפוזר לאור ישיר ישתנה עם התנאים. תחת זוהר נמוך עקב ענן אחוז האור מתפזר יהיה גבוה יותר מאשר בתנאי שמש ואת הרווח לעומת PV monofacial יכול להיות גבוה יותר תחת תנאי שמש [5].

בניית מודולי BF

בניית תאים

תאים PV מונופסיאליים בנויים בדרך כלל עם שכבה מהורהרת על הפנים האחוריות של התא כדי לאפשר ספיגה טובה יותר של האור נופל על פני השטח הקדמי. פוטונים אשר לא מקבלים נספג בשכבה הקדמית ניתן לספוג על הנסיעה לחזור, כך להגדיל את היעילות של התא. משמעות הדבר היא כי פוטונים שנוסעים בכיוון ההפוך נורמלי יכול לייצר חשמל ואם פוטונים נופלים על הפנים האחוריות יכול להיות מותר להיכנס לתא, הם יכולים לשמש ביעילות לייצור חשמל. זו מושגת על ידי הסרת חלקית השכבה רפלקטיבית, אשר משמש גם כמנצח (ראה איור 2).

איור 2: אור משתקף בחלקו האחורי של הלוח [3].

הפחתת שכבת מוליך בחלק האחורי של התא מגביר את ההתנגדות ומוליכים יותר נדרשים בחלק האחורי של התא מאשר בחזית כדי לפצות על זה. זה מפחית את שטח האחורי של התא זמין לקרינה.

בניית סוגים שונים של תא PV הוא מורכבים יותר מאשר זה מוצג ההמרה היא לא ממש פשוטה. ישנם צעדים נוספים הנדרשים כדי להפוך את תא BF אשר עובד ביעילות. כמה עיצובים התפתחו אשר להשתמש עיקרון BF. רוב כרוך שינוי של תאים קיימים, אבל יש כמה אשר תוכננו במיוחד כמו תאים BF.

שני סוגים של בנייה התא bifacial נמצאים בשימוש נפוץ בשוק: heterojunction ואת passivated פולט תא האחורי (PERC). תאים Heterojunction להשתמש בסיליקון monocrystalline בעוד התא PERC זמין בשני גרסאות סיליקון מונו ו polycrystalline. תאי Bifacial מורכבים יותר לייצור וזה מוסיף לעלות המודול.

היעילות של התאורה האחורית נמוכה יותר מאשר התאורה הקדמית, כפי שמוצג בטבלה 2. זה בעיקר בשל השטח גדל הכבושים על ידי המוליכים על החלק האחורי של התא לעומת החזית.

בניית מודול

לוחות סיליקון גבישי מונופאסיאליים (MF) הם בדרך כלל עטוף encapsulant אטום בחלק האחורי אבל שיטה זו לא ניתן להשתמש עם מערכות BF. המודול חייב להיות משטחים שקופים חזית חזית המספקים כוח מכני. בנוסף, התאים חייבים להיות סגורים בשכבה של חומר מגן. התצורה הנפוצה ביותר אימצה היא שכבה כפולה של זכוכית photovoltaic התוחם את התאים אשר encapsulated בחומר פולימר מגן.

או עמידים UV חומר שקוף backsheet או שכבה נוספת של זכוכית השמש נדרש כדי לאפשר לאור לזרוח בחלק האחורי של התא bifacial. ברוב המקרים, כפי שמוצג באיור 4, יצרני לבחור זכוכית על זכוכית החבילה כי בדרך כלל משפר עמידות השדה לעומת זכוכית על הסרט האפשרויות. זכוכית על זכוכית החבילה הוא נוקשה יותר, אשר מפחית מתח מכני על תאים במהלך תחבורה, טיפול והתקנה, כמו גם מתח בשל תנאים סביבתיים כגון רוח או שלג. תצורה הוא גם פחות חדיר למים, אשר עשוי להפחית את שיעורי השפל השנתי. Bifacial מודולים הם frameless. ביטול מסגרת אלומיניום ביעילות מקטין הזדמנויות פוטנציאל השפלה המושרה (PID) [3].

איור 3: ההבדל בין תאים חד-

זכוכית כפולה (DG) הרכבה יש מספר יתרונות:

PAGE          הפחתת microcracking, delamination ו לחות קורוזיה.

PAGE          טמפרטורת התא התחתון.

PAGE          אין השפלה המושרה פוטנציאלית כמו אין מסגרת מתכת המחייבת הארקה.

PAGE          שיעור השפלה נמוך.

PAGE          דירוג גבוה יותר.

PAGE          חוזק מכני גבוה ופחות גמישות.

מוצרי שוק

טבלה 3 מפרטת כמה ממערכות ה- BF הקיימות כיום בשוק, על מאפייניהן.

פרמטרים

מספר פרמטרים משמשים בתעשייה כדי לתאר את המאפיינים של מודולים סולאריים BF.

גורם ביפאציאלי

זהו היחס בין הצד האחורי לבין היעילות בצד הקדמי, או היחס בין החזית לכוח האחורי שנמדד בתנאי בדיקה סטנדרטיים.

רווח דו-צדדי

זה כוח נוסף שנרכש מהחלק האחורי של המודול לעומת הכוח מהחזית של המודול בתנאי מבחן סטנדרטיים. הרווח הדו-צדדי תלוי בהרכבה (מבנה, גובה, זווית הטיה ואחרים) והאלבדו של פני הקרקע.

איור 4: בניית מודול BF זכוכית כפולה.

רווח ביפאציאלי = ( 𝑌𝐵𝑖 - 𝑌 ) / 𝑌𝑀𝑜

איפה:

YB _i = הכוח מהמודול BF.

YM = הכוח ממודול MF באותם תנאים.

אלבאדו

זהו היחס בין האור המשתקף ממשטח אל אור האירוע ומשתנה עם סוגי שטח שונים.

איור 5: השפעת גובה על רווח BF. Albedo 80%, שורה המגרש 2,5 מ '[4].

יחס כיסוי הקרקע

זהו היחס בין שטח הקרקע המכוסה על ידי מודולים פוטו-וולטאים לבין שטח הקרקע הכולל שנמצא במתקן. יחס זה יש השפעה על האור המוחזר והוא יכול להשפיע על הביצועים של לוח BF.

אופטימום הרכבה של מודולים BF

מאז מודולים דו-כיווניים סופגים קרינה סולארית משני הצדדים, הם מאפשרים מגוון רחב של אפשרויות הטיה והתקנה והם אידיאליים עבור הקרקע מוגבה, גג, מדבר ומרחבים מושלגים או יישומים על מים. מערכות הרכבה שנועדו לייעל את backscatter והשתקפות גגות והתקנות הקרקע הר להעלות את המבנה מעל הקרקע או גג ללכוד יותר מפוזרים או האור לידי ביטוי.

גובה המבנה וריווחו

העלאת המבנה מעל הקרקע מגדילה את כמות הקרינה המגיעה לחלקו האחורי של הפאנל ומשפרת את הביצועים ואת הרווח הדו-צדדי. הגדלת המרווח בין השורות גם משפרת את הרווח הדו-צדדי (ראה איור 6).

איור 6: קרינה על לוח BF המורכב אנכית (Sanyo).

עליית הרווח נראה שטוח להשתטח בגובה של כ 1 מ '. הגדלת גובה המבנה יש השפעה בולטת מאוד על מערכי גג גג, במיוחד כאשר גגות שטוחים מעורבים. הסכנה של טעינת רוח מוגברת יכולה להיות בעיה. כמה יצרני מבנה הרכבה יצרו מבנים מוגבהים עבור הקרקע והתקנות הגג.

הרווחים המתקבלים עם גובה מוגבר ניתן להשתמש טוב במבנים פתוחים סוג סככה כגון מגרשי חניה ומפרץ אחסון האוויר הפתוח, כמו גם אזורי בילוי ואירוח. שקוף encapsulant מאפשר קצת אור כדי לסנן דרך המודול.

לוחות BF מכווננים אנכית

אחד היישומים המעניינים ביותר שיוצאים ממערך BF הוא האפשרות של מערך אנכי רכוב. לוחות BF רכוב אנכית שימשו בעבר ביעילות בעבר כמו מחסומים קול אור על כבישים מהירים. לוח הרכבה אנכית תופסת שטח הרבה פחות מאשר פאנל אופקי או מוטה. קיימות שתי אופציות, אוריינטציה קלאסית מצפון-דרום ופנים מזרח-מערב אלטרנטיביות.

כדי להתאים טוב יותר בביקוש באתר הלקוח עם פרופילים PV PV לאורך כל היום, יש מגמה להשתמש בכיוון מזרח-מערב הפאנל, שם מחצית הפאנלים מוטים מזרחה כדי ליצור שיא הדור בבוקר ואת חצי הנותר הוא מוטה מערבה אל לאפשר שיא אחר הדור אחר הצהריים (ראה איור 7). פרופיל שיא כפול זה יכול להתאים טוב יותר לשימוש בחשמל באתר, במיוחד עבור מתקנים למגורים ולמסחר.

איור 7: דפוס קרינה יומי על מודולים BF מזרח-מערב [5].

זו גישה לא קונבנציונאלי יכול ללכת צעד אחד קדימה אם מותקן אנכית מזרחה מול מודולים ביפסיאליים משמשים, אשר היה יותר לחצי את מספר המודולים הדרושים להתקנה שווה. תצורה זו תייצר שוב שני פסגות דור, אך היא תיהנה גם מהאור המפוזר הנוסף הנכנס למודול. לוחות BF מאפשר אנכי רכוב בכיוון מזרח-מערב עם פוטנציאל לספק ייצור אנרגיה גבוהה יותר לוחות מונופאסיאליים.

בכיוון צפון-דרום, הלוח הקדמי מקבל קרינה ישירה ומפוזרת, וחלקו האחורי של הפאנל מקבל קרינה מפוזרת. בכיוון מזרח-מערב עם צדדים מנוגדים הפונים מזרחה ומערבה, שני הצדדים מקבלים קרינה ישירה ומשתקפת בזמנים שונים של היום (ראה איור 7). באתר הראשון, שיטת הרכבה נראה יעיל, כמו בצהריים, השמש היא בזווית ישרה לוחות ולא צריך להיות פלט. פלט משמעותי נובע מכך ששטחים קדמיים ואחוריים מקבלים את הכמות המקסימלית של קרינה מפוזרת ומשקפת.

הקרינה המתקבלת על ידי מודול תהיה תלויה במידה רבה על רפלקטיביות (אלדו) של חפצים בקרבת מקום ואת הקרקע. זה חשוב במיוחד עבור מודולים אנכיים בסביבות הצהריים בצהריים, כאשר השמש קרן ישיר הוא אינטנסיבי ביותר, אבל כאשר זווית השמש פירושו כי השמש קרן ישיר קיבל על ידי המודולים הוא קטן יחסית. לוח דו-כיווני אנכי מפחית את האבק ואת הצטברות השלג ומספק שני פסגות פלט במהלך היום, כאשר השיא השני מיושר לשיא הביקוש לחשמל (ראה איור 8).

איור 8: השוואה בין אפשרויות הרכבה [5].

אחת הסיבות לייצור אנרגיה גדולה יותר היא כי הטמפרטורה של המודול מזרח-מערב היא נמוכה יותר בזמן ההקרנה המרבי, לעומת המודול בכיוון דרום. רשתות רבות עם חדירות גבוהות של השמש יש עודף של אנרגיה במהלך שעות השיא הייצור בשעות הצהריים מחסור במהלך תקופת השיא. העברת פסגות באמצעות אנכי הר בכיוון מזרח למערב PV חדש נותן אפילו יותר אנרגיה עקומת ייצור (ראה איור 9).

לקוחות פוטנציאליים בעתיד

אמנם ישנם מספר פרויקטים באמצעות מודולים BF, אחוז מודולים BF בשוק הוא קטן מאוד כרגע, אך צפוי להגדיל באופן משמעותי בעתיד כמו מוצרים נוספים מגיעים לשוק ומתקנים נוספים נעשים. השיפור האפשרי של עד 30% בתפוקה צפוי להיות אטרקטיבי הרבה יותר מהיעילות המעטה של היעילות שעשויים להיות מושגים בפיתוח הטכנולוגיה.

איור 9: הגידול הצפוי בשימוש בתאי BF [1].

הפניות

[1] T Dullweber, et al: "Pif + P השמש תאים סולריים: מצב של יישום תעשייתי ופרספקטיבות עתידיות",     סדנת bifiPV2017, קונסטנץ, אוקטובר 2017.
[2] W הרמן: "מאפייני ביצועים של מודולי PV דו- כיווניים ותוויות צריכת חשמל" , סדנת bifiPV2017, קונסטנץ, אוקטובר 2017.
[3] D Brearly: "PV מערכות ביפאציאל ", מגזין Solarpro גיליון 10.2, מרץ / אפריל '17
[4] Solarworld: " כיצד למקסם את התשואה האנרגטית עם טכנולוגיה דו-צדדית", נייר לבן SW9001US 160729
[5] EPRI: "מודולים PV סולאריים ביפסיאליים ", www.epri.com