מקור: reglobal.co
דו"ח אינדקס מודול PV 2022 של מרכז בדיקת האנרגיה המתחדשת (RETC's).
זוהי תמצית מדו"ח אינדקס מודול ה-PV של מרכז הבדיקה לאנרגיה מתחדשת (RETC) לשנת 2022. דו"ח אינדקס מודול PV השנה, בוחן שלושה נושאים הקשורים זה בזה - מודולי PV מסוג n, זיהוי פלילי בשטח ומזג אוויר קיצוני - המדגימים כמה מהסיכונים הטכניים הבלתי נמנעים הקשורים לפיתוח פרויקטים סולאריים. נושאים אלה בזמן אמת גם מבהירים את הערך של גישה מונעת נתונים לניהול סיכונים.
הערכת מודולי PV חדשים מסוג N
היכולת המתמשכת של התעשייה הסולארית להוזיל עלויות תוך שיפור הביצועים היא הסיבה העיקרית לכך שסולאר היווה את הנתח הגדול ביותר של קיבולת ייצור החשמל החדשה בארה"ב בשנת 2021. מגמה זו מודגמת בצורה הטובה ביותר על ידי שינויים מתמשכים בעיצובי המודולים ובטכנולוגיות התא. בשנה שעברה, למשל, בחנה RETC את היתרונות והאתגרים של פיתוח ופריסה של מודולים בפורמט גדול, שאנליסטים רבים מצפים שישלטו בשוק בשנים הקרובות. השנה, RETC עוקבת מקרוב אחר מגמה טכנולוגית נוספת שצוברת במהירות משיכה וקבלת שוק, עלייתם של תאי PV מהדור הבא מסוג n עם מגעים פסיביים.
עלייתו של TOPCon
אנליסטים רבים בתעשייה ומדעני חומר מאמינים שעיצובי תאי PV מסוג N הם ההתקדמות ההגיונית הבאה במפת הדרכים של טכנולוגיית ה-PV. בשנת 2013, חוקרים ממכון Fraunhofer בגרמניה למערכות אנרגיה סולארית הציגו שיטה לייצור תאים סולאריים מסוג n סיליקון ביעילות גבוהה עם מבנה חדשני של מגע פאסיבי תחמוצת מנהרה (TOPCon). הודות לפסיבציה מעולה של פני השטח והובלת נושאים יעילה, עיצוב התא החדש הזה השיג ציונים גבוהים עבור מתח במעגל פתוח (Voc), מקדם מילוי ויעילות. פחות מעשור מאוחר יותר, TOPCon היא המילה הכי שוקקת בשמש. יצרני המודולים הגדולים בעולם מתחילים בייצור נפחי של מודולי PV עם תאי TOPCon. בעוד LONGi Solar מהמר בגדול על P-type TOPCon, חברות מודולים מובילות רבות אחרות - כמו Jinko Solar, Jollywood Solar Technology, JA Solar ו-Trina Solar - משקיעים השקעות משמעותיות במודולים עם עיצובי תאי TOPCon מסוג n. ציר קולקטיבי זה בשוק נובע בעיקר מהשטחת עקומות יעילות עבור מודולי פולט פסיבי מסוג p ותא מגע אחורי (PERC). למרות שאלו שלטו בשוק בשנים האחרונות, היצרנים מתחילים להגיע לגבולות הפיזיים של עיצובי תאי PERC מונו מסוג p. מעבר לתאי TOPCon מסוג n יאפשר לחברות מודולים להגביר את יעילות התאים עוד יותר במעבדה ובייצור המוני.
היתרונות של תאים מסוג N
יצרני שמש זיהו זה מכבר את יתרונות היעילות הפוטנציאליים של תאי PV מסוג n. לדוגמה, Sanyo החלה לפתח תאי PV בטכנולוגיית n-type heterojunction (HJT) בשנות ה-80. בנוסף, SunPower בנתה את תאי PV המגע האחורי המשולב (IBC) שלה על בסיס של סיליקון מסוג n בטוהר גבוה. בשל מורכבות הייצור הכרוכה בכך, מודולי PV בעלי יעילות גבוהה המבוססים על עיצובי תאי HJT ו-IBC מסוג n הם יקרים יחסית לייצור ונשארים חלק נישה מהשוק. לשם השוואה, ייצור תאי TOPCon מסוג n דומה מאוד לתהליך ה-PERC. כתוצאה מכך, היצרנים יכולים לייצר את מודולי ה-TOPCon ביעילות גבוהה מהדור הבא הללו בקווי ייצור משודרגים של PERC.
למרות שמודולי TOPCon מסוג n של היום עולים מעט יותר לייצור על בסיס לוואט מאשר מודולי PERC מונו מסוג p, רווחי היעילות מביאים לעלות נמוכה יותר של אנרגיה (LCOE) בפריסות שטח בקנה מידה גדול. והכי חשוב, מומחים מובילים מצפים TOPCon מסוג n להפיק תועלת מעקומת למידה מואצת. יתרון חומרי ראשוני של תאי TOPCon מסוג n ביחס לתאי PERC מונו מסוג p הוא קצב פירוק נמוך יותר עקב ירידה ברגישות הן לפירוק המושרה על ידי אור (LID) והן לפירוק המושרה על ידי אור וטמפרטורה גבוהה (LeTID). יתרונות נוספים עשויים לכלול גורם דו-צדדי גבוה יותר, כמו גם ביצועים משופרים בתנאי תאורה נמוכה וגם בטמפרטורה גבוהה.
סיכונים של אימוץ מוקדם
רוב האנליסטים מצפים שמודולים עם תאי TOPCon מסוג n יגדילו במהירות את נתח השוק בהתבסס על יתרונות הביצועים הללו. עם זאת, טכנולוגיות מתעוררות של תאי PV - אפילו כאלה שבסופו של דבר מוכיחות את עצמן כהצלחה בתחום - נושאות תמיד יותר סיכון מאשר טכנולוגיות בוגרות ומוכחות. עד שהמוצרים ייפרסו בקנה מידה, קיים פוטנציאל למנגנוני השפלה שעדיין לא התגלו. כיום, למשל, מהנדסים ואנשי כספים עצמאיים רואים במודולי PERC מונו-PERC PV כטכנולוגיה יציבה ובעלת סיכון נמוך. הערכה זו לא תמיד הייתה דעה בקונצנזוס. בגרסאות המוקדמות של מודולי PERC מונו היו בעיות ביציבות, במיוחד ב-LID ובמקרים נדירים, LeTID. מצבי השפלה מונו-PERC בלתי צפויים אלה מדגימים את סיכוני הביצועים איתם מתמודדים מאמצים מוקדמים עם טכנולוגיות חדשות.
בעוד שתאי TOPCon PV מסוג n הוכחו עמידים בפני LID ו-LeTID, קיימות עדויות מסוימות לרגישות לפירוק הנגרמת על-ידי אולטרה סגול. לדוגמה, חוקרים במעבדת האצה הלאומית של SLAC ובמעבדה הלאומית לאנרגיה מתחדשת (NREL) תיעדו אובדן חשמל קדמי ואחורי בטכנולוגיות מתקדמות של תאים סולאריים לאחר בדיקות חשיפה ל-UV מואצות באופן מלאכותי. נתונים אלה אינם מצביעים על מנגנון השפלה בודד, אך מצביעים על כך שעיצובי תאים שונים מתכלים דרך מסלולים שונים.
ניתוח משפטי של ביצועי שטח
ניתוח משפטי הוא חקירה מפורטת המבקשת לברר את הסיבה העיקרית לתפקוד נמוך של מערכת ה-PV. במקרים רבים, כשלים במהפך או הערכות ייצור לא מדויקות אשמים בתפקוד נמוך של המערכת האמיתית או הנתפסת.
הערכת בסיס
אחת הדרכים הטובות ביותר לבעלי עניין בפרויקט להפחית את הסיכון בפרויקט היא לערב צד שלישי מוסמך לבצע הערכת תקינות מודול בסיסית במהלך הזמנת הפרויקט. על ידי לכידת מדידות באיכות גבוהה לפני פעולות מסחריות, הערכה משפטית בסיסית מספקת יתרונות לטווח קצר וארוך לאורך חיי ההפעלה של מערכת חשמל PV. בטווח הקצר, הערכת הפעלה בסיסית משפרת את הדיוק של הערכות ביצועי המערכת.
בדיקת א"ל בשעות היום
בדיקת אלקטרולומינסנציה (EL) משתמשת במערכת מצלמות מיוחדת כדי לתעד את פליטת האור המתרחשת כאשר זרם חשמלי עובר בתאי PV. לבדיקת EL יש היסטוריה ארוכה במעבדה, שם היא משמשת לאיתור מגוון רחב של פגמי מודול נסתרים. לאחר שנדחקה לסביבות פנימיות מבוקרות, בדיקות EL נפוצות יותר ויותר בחקירות משפטיות בשטח. הדמיית EL בשעות היום מספקת שני יתרונות ברורים על פני גישות קודמות. ראשית, מתודולוגיית בדיקת EL שלנו מאפשרת לטכנאים לבדוק מודולים באתרם, מה שמזרז את תהליך הבדיקה ומבטל נזק לתאים עקב הסרה וטיפול במודולים. שנית, בדיקת EL בשעות היום מבטלת את הצורך בבדיקת מודולים בחושך הלילה, ומשפרת עוד יותר את הבטיחות והתפוקה.
התוצאות של בדיקות EL בשטח חשובות לזיהוי פגמי ייצור גדולים, נזקי משלוח ותחבורה מחוץ לאתר, נזקי טיפול בחומרים או התקנה באתר, או נזקים הנובעים מאירועי מזג אוויר קשים כגון ברד, רוח או שלג. תמונות EL אלו מאפשרות לבעלי עניין בפרויקט לזהות נזקים לתאים שעלולים להוביל לאי-התאמה תרמית, נקודות חמות וביצועי מודול עתידיים חסרים. כאשר הם מתועדים ומדווחים כראוי, תמונות EL של צד שלישי יכולות לסייע בהסדרת תביעות אחריות וביטוח. בניגוד לתמונות אינפרא אדום אוויריות (IR), המזהות רק את המיקומים הפוטנציאליים של בעיות ביצועים, חקירות EL בשעות היום מבהירות את הסיבות העיקריות לביצועים חסרים. ממצאים אלה מועילים לבעלי עניין בפרויקט על ידי זירוז פתרון בעיות ומזעור הפסדי ייצור.
תחזוקה חזויה
זיהוי פלילי של ביצועי צד שלישי בשטח הוא מעשי במיוחד כאשר הם משולבים עם פלטפורמת ניטור חזקה ופרוטוקולי תחזוקה חזויים. ככל שמודולי PV מזדקנים, נכסי שטח נמצאים בסיכון מוגבר לתפקוד נמוך. מיקרו-פיצוח של תאים לרוב אינו משפיע על ביצועי המודול כאשר המודולים הם חדשים, אך זה לא בהכרח המקרה כשהמערכות מתבגרות. לאחר 5 או 10 שנים בתחום, חלק מהמודולים ממשיכים לפעול כצפוי, בעוד שאחרים סובלים מהידרדרות מואצת.
ההבחנה בין מודולים "טובים" למודולים "רעים" אינה עניין פשוט, במיוחד במערכות שנפרסו לאחר שמשרד המסחר האמריקאי חוקק את מדיניות AD/CVD שלו. פרויקטים גדולים שנראה שיש להם ספק מודול יחיד עשויים למעשה לשלב מודולים המיוצרים באמצעות תאים שמקורם בתריסר ספקים שונים. בהתחשב בכך שכל שטר חומרים (BOM) הוא ייחודי, לכל אחד יש פרופיל סיכון שונה.
הפחתת סיכוני מזג אוויר קיצוניים
אף אחד לא מבין את הסכנות הטבעיות הקשורות לפריסות סולאריות טוב יותר מאשר מומחי ביטוח אנרגיה מתחדשת כמו GCube Insurance. על פי דוח השוק של החברה לשנת 2021, "ברד או מים גבוהים: הסולם העולה של אובדן מזג אוויר קיצוני וקטסטרופה טבעית באנרגיה מתחדשת", תביעות ביטוח הקשורות למזג האוויר גדלו בתדירות ובחומרה, ככל שפרויקטים סולאריים גדלו בתדירות, בגודל וב תפוצה גיאוגרפית. בהתחשב בצמיחה המהירה של שוק השמש בעולם, עלייה תואמת בתביעות ביטוח סולארי אינה בלתי צפויה לחלוטין. עם זאת, הסיבה העיקרית לתביעות ביטוח סולארי הפתיעה חלק ממקורבי תעשיית הביטוח. באופן ספציפי, מאז 2015, הפסדים המבוטחים הקשורים לאירועי מזג אוויר קיצוניים הם בערך פי שניים מאלו הנובעים מאסון טבע.
בעוד שאירועי מזג אוויר קיצוניים מביאים ליותר אובדן מבוטחים מאשר אסונות טבע, תביעות ביטוח הקשורות לקטגוריית אובדן מזג האוויר הקשה אינן בלתי נמנעות. בעלי עניין בפרויקט יכולים למנוע או לצמצם אובדן מזג אוויר קיצוני רבים על ידי הפעלת זהירות סבירה וראיית הנולד בבחירת המוצר ובתכנון המערכת. יתרה מכך, מומחי הפחתת סיכונים יכולים לעזור למשקיעי מס וחברות ביטוח להבין את הסיכונים הפיננסיים הקשורים למזג אוויר קשה.
בדיקה השוואתית
בחירת מוצר אסטרטגית היא צעד ראשון חיוני לצמצום הגורמים המובילים לאובדן מזג אוויר קיצוני. תוצאות בדיקת יכולת הבנקאות ובדיקות מעבר להסמכה של RETC מדגימות כיצד עיצובים שונים של מודולי PV או שילובים של מודולים ומתלים עומדים בפני סוגים שונים של לחצים סביבתיים. הבדלים אלה הם קריטיים למשימה בהקשר של הפחתת סיכון מזג אוויר קיצוני.
דוגמאות לסכנות מזג אוויר קיצוניות הניתנות למניעה כוללות רוח, ברד ושלג. בהתבסס על תדירות התביעות, אירועי רוח חזקים הם הגורם המוביל להפסדים מבוטחים בנכסים סולאריים בשדה. בהתבסס על חומרת ההפסדים, סופת ברד שהתפרסמה בהרחבה במערב טקסס גרמה נזק לכ-400,000 מודולי PV, והביאה לתביעת הביטוח הסולארי הגדולה ביותר עד כה. שלג הוא סכנה פחותה יחסית בסך הכל, אך מהווה סיכונים משמעותיים בגבהים או בקווי רוחב ספציפיים.
המטרה של בדיקות השוואתיות ומואצות היא להעצים את בעלי העניין בפרויקט לזהות ולציין את המוצרים ועיצובי המערכת הטובים ביותר עבור יישומים וסביבות ספציפיות. מודולים המתפקדים היטב תחת בדיקות עומס מכאניות דינמיות מתאימים היטב לפריסה בסביבות רוח חזקה. מודולים המתפקדים היטב ברצף מבחן עמידות הברד (HDT) של RETC מתאימים היטב לפריסה באזורים מועדים לברד. מודולים המתפקדים היטב במבחני עומס מכאניים מתאימים ביותר לעמידה בעומסים הקשורים לקרח ושלג. מודולים שאינם מתפקדים טוב בשני המבחנים הללו אינם מוצרים "רעים", במיוחד ביישום הנכון. מודולים המוקשים מפני רוח וברד כרוכים לעתים קרובות בעלויות ייצור גבוהות יותר. התנאים להתקנה בעמק המרכזי של קליפורניה, אשר לעיתים רחוקות חווה רוחות חזקות, ברד או שלג, עשויים שלא להצדיק את העלויות הנוספות הללו.
כדי להפחית את סיכוני שרשרת האספקה, מפתחים לעתים קרובות מעריכים ומספקים מגוון דגמים וספקים של מודול PV. הרגישות למזג אוויר קיצוני תשתנה על פני תיק זה של מודולי PV נבחרים. על ידי שימת לב להבדלים הללו, מפתחים יכולים להפנות מודולים מוקשים ברוח, ברד או שלג בהתאמה לאתרים המועדים לרוח, ברד או שלג. סוג זה של פריסה סלקטיבית הוא דרך פשוטה וחסכונית יחסית לצמצם סיכוני מזג אוויר קיצוניים.
אסטרטגיות אחסון הגנתיות
לאחר סינון ופריסה סלקטיבית של מודולים בהתבסס על התנגדות לתנאים ספציפיים לאתר, בעלי עניין בפרויקט יכולים ליישם אסטרטגיות בקרת תוכנה המגיבות למזג האוויר כדי להפחית עוד יותר סיכוני מזג אוויר קיצוניים ביישומי שירות גדולים. מערכות PV רבות בקנה מידה גדול משלבות עוקבים חד-צירים שנשלטים בצורה חכמה המשתמשים בתוכנה כדי לעקוב אחר השמש תוך הימנעות מהצללה עצמית. ככל שתביעות ביטוח הקשורות למזג האוויר גדלו, יצרני הגששים המובילים בתעשייה יישמו תגובות חדשות לבקרת תוכנה, כגון מצבי אחסון הגנה ספציפיים לאיום או מצבי אחסון עומסים.
בשל האופי המקומי והמהיר ביותר של אירועי רוח עזים וסופות ברד, התראות מזג אוויר חמורות נותנות לעתים קרובות למפעילי המפעל אזהרה מוקדמת מועטה. יתרה מזאת, סוגי הסערות המייצרות רוחות חזקות וברד גדול גורמות לעיתים קרובות לקווי חשמל מנותקים ואובדן מתח AC. בקרות תוכנה אקטיביות יכולות לתת מענה לאתגרים הללו ולספק הפחתת סיכונים יעילה עם תכונות מוצר כגון הפעלה מקומית או מרחוק, זמני תגובה מהירים וגיבוי סוללה בטוח. חשוב גם לקחת בחשבון סיכוני מזג אוויר מקריים.
למרות שתעשיית הביטוח מסתמכת זמן רב על הערכות סיכונים הסתברותיות כדי לספק כיסוי בר-קיימא, האתגר שמציבים פרויקטים סולאריים הוא כפול. ראשית, נתונים היסטוריים מוגבלים זמינים כדי להבין סיכוני מזג אוויר קיצוניים, במיוחד בהתחשב בקצב השינוי הטכנולוגי והתרחבות השוק. שנית, נתוני אסון הטבע שעליהם מסתמכים המבטחים בדרך כלל אינם קולטים אירועי מזג אוויר קיצוניים "לא מסווגים".
איכות מודול
מוצרים שנראים דומים על הנייר עשויים לתפקד בצורה שונה מאוד בעולם האמיתי. מחויבות ייצור לאיכות אחראית לרוב להבדלים הללו. ביצוע מספר גדל והולך של פרויקטים סולאריים בעלי קיבולת גבוהה יותר במקומות ברחבי העולם אינו ללא סיכון. הפחתת הסיכון הספציפי לאתר דורשת יישום אסטרטגי של מוצרים וטכנולוגיות. גישה מתאימה לכולם לעיצוב מוצר ופיתוח פרויקטים מגדילה תמיד את פרופילי הסיכון של הפרויקט. בידול אסטרטגי של מוצרים משפר את חוסן הפרויקט.
עיצובי מודולים ומערכות מוקשים מפחיתים את הסיכון לפרויקט באזורים מועדים לברד כמו מערב טקסס. עיצובי מוצרים ומערכות העומדים בפני השפעות רוח דינמיות מפחיתים את הסיכון לפרויקט במקומות עם רוח חזקה ברחבי העולם. עיצובי מוצר ומערכות העומדים בפני עומסים מכניים סטטיים גבוהים מפחיתים סיכוני כשל קטסטרופליים במקומות של שלג קיצוני. מוצרים עמידים בפני קורוזיה מאריכים את חיי ההפעלה באזורי החוף.
מעבדות הבדיקה משתמשות בציוד מכויל ומאושר בתנאי בדיקה מבוקרים ומבוקרים. מאפיינים שנלכדו בתנאים קפדניים אלה מייצגים את המדד הנכון לביצועי מודול PV ומספקים ערך לבעלי עניין מרובים בפרויקט. בעוד שבדיקות מפעל על פי פרמטרים של תנאי בדיקה סטנדרטיים (STC) היא אידיאלית לקביעת דירוגי לוחית שם של מודול, תוצאות בדיקות המפעל אינן מאפיינות תנאי הפעלה טיפוסיים של מודול. כדי לדגמן במדויק את ביצועי המערכת בעולם האמיתי, חיוני להבין כיצד פועלים מודולים בתנאי קרינה נמוכה או ביחס לשינוי זוויות השמש. יתר על כן, חיוני לאפיין את ביצועי המודול בתנאי בדיקה המשקפים את תנאי ההפעלה שבהם מערכות PV מייצרות בדרך כלל תשואות אנרגיה אופטימליות. כמו כן, חשוב להבין כיצד חשיפה לשמש לטווח קצר וההשפלה הנובעת מכך משפיעה על ביצועי ה-PV בשטח.
במהלך מהדורת 2022 של דוח מודולי ה-PV, RETC הכירה ב-9 יצרנים שונים והציגה 61 מקרים של הישגים גבוהים בייצור. כדי לזהות את הטוב שבטובים, הוא סקר ודירג את התפלגות הנתונים הכוללת בכל שלושת התחומים: איכות, ביצועים ואמינות. מטריצת התוצאות הכוללת מדגישה שישה ביצועים מובילים בהתבסס על הישגים גבוהים הכוללים בייצור: JA Solar, JinkoSolar, LONGi Solar, Hanwha Q CELLS, Trina Solar ו-Yingli Solar.
