Источник: roedl.com
В дополнение к потенциалу для достижения сниженной приведенной стоимости энергии (LCOE), двусторонние фотоэлектрические модули предлагают новые возможности установки и маркетинга. Это, в свою очередь, имеет сопутствующие преимущества, такие как дополнительная выработка и более высокая плотность мощности. Кроме того, благодаря своему особому профилю генерации энергии, вертикально установленные двусторонние модули предлагают преимущества в цене на электроэнергию в те времена, когда электроэнергия должна продаваться без поддержки EEG, и могут помочь открыть новое применение для иным образом недоступных областей.
Основная информация
В принципе, двусторонние фотоэлектрические (PV) модули — это просто PV модули, у которых полный задний контакт заменен на контакт с отпечатком пальца. Это означает, что задняя часть панели также может подвергаться воздействию солнечного излучения и использоваться для выработки электроэнергии. Сколько солнечного излучения будет получено задней частью панели, зависит, прежде всего, от отражательной способности окружающей поверхности и от способа монтажа модулей. Так называемое значение альбедо является мерой того, насколько хорошо поверхность отражает солнечное излучение. Например, значение альбедо составляет приблизительно 10 % для высокого солнца над глубокой водой, 10 % - 30 % для лугов и до 75 % - 95 % для свежевыпавшего снега.1Значение альбедо окружающей поверхности является значимым фактором для увеличения урожайности (см. иллюстрацию).2).
Другим фактором является так называемый «фактор двусторонности», который является мерой того, сколько энергии будет производить задняя часть панели по сравнению с передней частью панели. В настоящее время в двусторонних модулях факторы двусторонности обычно находятся в диапазоне от 70% до 95%. Например, фактор двусторонности 95% означает, что в тех же условиях задняя часть будет производить только 95% энергии, производимой передней частью. Но, в конечном счете, имеет значение прирост урожайности, и здесь, если объект расположен в благоприятных условиях для установки (высокое значение альбедо, например, снег или яркая поверхность крыши, идеальная ориентация, отсутствие затенения), возможные значения прироста урожайности могут составлять от 30% до 50% в год.3Однако в Германии следует ожидать, что прирост урожайности будет варьироваться от 5% до 15% в год в зависимости от конструкции системы и поверхности под модулем.
Основные соображения о влиянии альбедо на прирост урожайности
Инновационные системные разработки
Особенностью двусторонних модулей является то, что помимо прироста урожайности, получаемого с задней стороны, этот тип модуля также предлагает другие варианты установки. Конечно, наиболее радикальным изменением по сравнению с обычными панелями является вертикальная установка. Наиболее распространенной является ориентация панелей по оси восток/запад. Это влечет за собой два основных отличия по сравнению с обычной компоновкой.
Прежде всего, вертикальная компоновка подразумевает измененный профиль производства. Вместо одного полуденного максимума теперь вырабатывается два пика: один утром и один днем, хотя производство после полудня остается сравнительно высоким. В дополнение к тому факту, что несколько сопоставимых электростанций генерируют прирост производительности от 5% до 10%, реальным преимуществом является то, что теперь вырабатывается больше электроэнергии на фоне общего роста цен на спотовом рынке. В Германии и во всем мире можно увидеть, что все больше и больше электростанций планируются или строятся без поддержки EEG.4 В случае этих электростанций будущая цена на электроэнергию, котируемая на бирже электроэнергии, будет важна для соображений, связанных с рентабельностью. Возможность избежать так называемого «эффекта каннибализации» (т. е. падения цены полуденного пика даже до уровня отрицательных цен) фотоэлектрических электростанций может стать решающим фактором. Анализ испанского рынка электроэнергии наглядно иллюстрирует противоречивый характер проблемы несубсидируемых цен на электроэнергию.5
Традиционная и вертикальная установка: профиль генерации энергии и цены на спотовом рынке по состоянию на 26.05.2017 г.; Источник:/Next2Sun
Еще одним существенным отличием является изменение в использовании земли. По сравнению с традиционно устанавливаемыми панелями, вертикально устанавливаемые двусторонние модули требуют значительно большего расстояния между рядами, чтобы избежать чрезмерного самозахвата. С одной стороны, это приводит к снижению коэффициентов использования земли, а с другой стороны, именно большее расстояние между рядами помогает земле оставаться пригодной для сельскохозяйственных целей, по крайней мере, с определенными ограничениями. В конечном итоге, поддержание производительности сельского хозяйства означает возможность снижения расходов на аренду земли по сравнению с традиционными электростанциями и, таким образом, возможность противодействия растущей проблеме потребления земли на основе инновационной модели сотрудничества. Поскольку разработчики проектов обычно стремятся скорее достичь максимальной установленной мощности для оптимизации маржи при продаже электростанции, эта концепция будет более интересна поставщикам энергии. Таким образом, можно развеять распространенные сомнения относительно потребления земли. Здесь интересна концепция сотрудничества с сельскохозяйственными кооперативами, владеющими обширными площадями земли, например, в Восточной Германии.
Еще одним преимуществом вертикального монтажа является минимизация потерь, вызванных скоплением снега на
поверхности модулей. Более того, согласно первоначальным исследованиям, потери от загрязнения значительно ниже (это актуально в пустынных районах).6
Пригодность двусторонних модулей для использования в определенных типах электростанций зависит не только от того, что используются обе стороны панели, но и от прозрачности модуля стекло-стекло. Таким образом, они наиболее подходят для установки в навесах для автомобилей, на шумозащитных барьерах, в качестве элементов зданий, в плавучих фотоэлектрических системах7, а также в вышеупомянутом Агро ПВ.
Структура затрат и доходов
Для сравнения при анализе структуры затрат и доходов учитывается традиционная конструкция оптимально наклоненных, ориентированных на юг фотоэлектрических электростанций.
Внимательный читатель уже сделал вывод, что установка двусторонних модулей требует меньшего количества модулей из-за более высокой удельной производительности. Это снижает затраты на установку, BoS и аренду земли.
Однако, напротив, цены на модули выше, в настоящее время примерно на 10%, что, однако, может также сблизиться в долгосрочной перспективе. Причина этого в том, что процесс производства очень похож на процесс производства обычных модулей3. В настоящее время мировые производственные мощности скорее ориентированы на односторонние модули. Поэтому эффект снижения цены, возникающий за счет экономии масштаба, пока не оказал столь сильного влияния на двусторонние модули.
Однако следует рассмотреть в каждом конкретном случае, какой тип модуля и какой метод установки выбрать для отдельных проектов. Если электроэнергия продается вне схемы EEG, разумно – в дополнение к определению LCOE – подготовить долгосрочный прогноз цен на электроэнергию, чтобы определить стоимость произведенной электроэнергии.
В случае вертикально установленных двусторонних модулей удельные инвестиционные затраты примерно на 10 % - 20 % выше, а расходы на аренду земли примерно в два раза выше из-за большей потребности в земле. В случае расходов на аренду земли возможно снижение затрат в зависимости от того, пригоден ли участок земли для сельскохозяйственных целей и возможно ли его дальнейшее использование. Напротив, двусторонние модули предлагают примерно на 5–10 % более высокую урожайность и более высокие доходы от продажи электроэнергии в периоды более высоких цен на электроэнергию. Кроме того, ожидается, что использование модулей стекло-стекло приведет к более длительному сроку службы
жизнь.9
Положительный прогноз по доле рынка двусторонних
Предполагается, что двусторонние модули будут приобретать все большую значимость во всем мире. Прогнозы варьируются от 20 % в
202610 до 40 % в 2025 году.11Помимо разницы в цене, трудности возникают также из-за того, что вопрос двусторонних STC еще не решен. Другие проблемы — это очистка задней части панелей и возникновение горячих точек, вызванных монтажной конструкцией. Положительным моментом является то, что сроки поставки двусторонних модулей нормализовались, а моделирование выхода годных дает надежные значения.
Заключение: Двусторонние фотоэлектрические электростанции с новой конструкцией системы и бизнес-кейсами
Двусторонние фотоэлектрические модули генерируют больше энергии на той же поверхности модуля через активную для солнечной энергии заднюю часть панели из-за отражательной способности окружающей поверхности. При том, что затраты на установку и BoS находятся на том же уровне, это приводит к более высокой выработке, которая обычно превышает более высокую стоимость двусторонних модулей. Кроме того, двусторонние модули предназначены для использования в шумозащитных барьерах, плавучих фотоэлектрических электростанциях и вертикально монтируемых
Фотоэлектрические системы. Поскольку при вертикальном монтаже электростанций земля может продолжать использоваться в сельскохозяйственных целях, это устраняет спорный вопрос потребления земли12и, таким образом, увеличивает шансы на получение соответствующих разрешений. В то же время, производственный профиль этого типа электростанций обещает более высокую отдачу от обмена электроэнергией, что особенно привлекательно в случае электростанций, работающих вне схемы поддержки EEG. Поэтому в принципе целесообразно в любом случае рассмотреть двусторонние фотоэлектрические модули и их вертикальную установку в будущих проектах.
________________________________________________________________
1 Добос, Э. (1996) «Альбедо», Engineering (Лондон), 237(7), стр. 21. doi: 10.1081/E-ESS
2 Дюпейра и др., 2014; Исследования зависимости альбедо от выходной мощности двусторонних фотоэлектрических систем
3 Го, С., Уолш, Т.М. и Питерс, М. (2013) «Вертикально установленные двусторонние фотоэлектрические модули: глобальный анализ», Энергия, 61, стр. 447–454. doi:10.1016/j.energy.2013.08.040
Юсуфоглу, У.А., Плетцер, Т.М., Кодувеликулату, Л.Дж., Компаротто, К., Копечек, Р. и Курц, Х. (2015a) «Анализ годовой производительности двусторонних
модули и методы оптимизации», IEEE Journal of Photovoltaics, 5(1), стр. 320–328. doi: 10.1109/JPHOTOV.2014.2364406
Шукри, И. (2015) Двусторонние модули – Моделирование и эксперимент. Университет Штутгарта
4 https://www.pv-magazine.de/2019/03/04/enbw-plant-photovoltaik-anlagen-mit-400-megawatt-ohne-foerderung-in-deutschland/
5 https://www.pv-magazine.de/2019/03/01/photovoltaik-in-spanien-kurzer-ueberblick-ueber-einspeisetarife-sowie-projektentwicklung-und-finanzierung-von-freiflaechenanlagen/
6 Рабанал-Арабах, Дж., Маркарица, М., Шнайдер, А., Копечек, Р. и Хекманн, М. (2016) «Необходимость безрамных монтажных конструкций для вертикального монтажа двусторонних фотоэлектрических модулей», в 32-й конференции ЕС по солнечной энергетике
7 «Плавающие фотоэлектрические системы – плавающие фотоэлектрические системы как новый тренд» (EnEws: выпуск февраль 2019 г.)
8 По материалам вебинара журнала PV Magazin от 25.10.2018; Слайды ниже: https://16iwyl195vvfgoqu3136p2ly-wpengine.netdna-ssl.com/wp-content/uploads/2018/10/2018-10-25-Bifacial-Webinar-SOLTEC.pdf
9 След.2Вс
10 Международная технологическая дорожная карта для фотоэлектрических систем (ITRPV), март 2019 г. [Daten für "true bifacial"]
11 https://www.bloomberg.com/news/articles/2018-05-17/watch-out-for-double-sided-solar-panels-taking-off-in-china
12 https://www.pv-magazine.de/2019/03/04/fdp-politiker-photovoltaik-anlagen-in-unseren-regionen-sind-verbrechen-an-der-menschheit/