Источник: reglobal.co
Индексный отчет фотоэлектрических модулей Центра испытаний возобновляемых источников энергии (RETC) за 2022 г.
Это выдержка из Отчета об индексе фотоэлектрических модулей Центра испытаний возобновляемых источников энергии (RETC) за 2022 год. В отчете об индексе фотоэлектрических модулей этого года рассматриваются три взаимосвязанные темы — фотоэлектрические модули n-типа, полевая экспертиза и экстремальные погодные условия, — которые демонстрируют некоторые из неизбежных технических рисков. связанных с развитием солнечных проектов. Эти актуальные темы также раскрывают ценность основанного на данных подхода к управлению рисками.
Оценка новых фотоэлектрических модулей N-типа
Сохраняющаяся способность солнечной промышленности снижать затраты при одновременном повышении производительности является основной причиной того, что на солнечную энергию приходится наибольшая доля новых мощностей по выработке электроэнергии в США в 2021 году. Эту тенденцию лучше всего иллюстрируют постоянные изменения в конструкциях модулей и технологиях ячеек. В прошлом году, например, RETC изучил преимущества и проблемы разработки и развертывания модулей большого формата, которые, по мнению многих аналитиков, будут доминировать на рынке в ближайшие годы. В этом году RETC внимательно следит за другой технологической тенденцией, которая быстро набирает обороты и признание на рынке, а именно появлением фотоэлементов следующего поколения n-типа с пассивирующими контактами.
Подъем TOPCon
Многие отраслевые аналитики и материаловеды считают, что новые конструкции фотоэлектрических элементов n-типа являются следующим логическим продолжением дорожной карты фотоэлектрических технологий. В 2013 году исследователи из Института систем солнечной энергии имени Фраунгофера в Германии представили метод производства высокоэффективных кремниевых солнечных элементов n-типа с новой структурой туннельного оксидно-пассивированного контакта (TOPCon). Благодаря отличной поверхностной пассивации и эффективному переносу носителя эта новая конструкция элемента получила высокие оценки по напряжению холостого хода (Voc), коэффициенту заполнения и эффективности. Менее чем через десять лет TOPCon стал самым модным словом в солнечной энергетике. Крупнейшие производители модулей в мире начинают серийное производство фотоэлектрических модулей с ячейками TOPCon. В то время как LONGi Solar делает большие ставки на TOPCon p-типа, многие другие ведущие производители модулей, такие как Jinko Solar, Jollywood Solar Technology, JA Solar и Trina Solar, вкладывают значительные средства в модули с конструкцией ячеек TOPCon n-типа. Этот коллективный поворот на рынке в первую очередь связан со сглаживанием кривых эффективности для модулей с пассивированным эмиттером и задним контактным элементом (PERC) p-типа. Хотя они доминировали на рынке в последние годы, производители начинают достигать физических пределов конструкции моноэлементов PERC p-типа. Переход на элементы TOPCon n-типа позволит производителям модулей еще больше повысить эффективность элементов в лаборатории и при массовом производстве.
Преимущества ячеек N-типа
Производители солнечной энергии уже давно осознали потенциальные преимущества эффективности фотоэлементов n-типа. Например, Sanyo начала разработку фотоэлементов с технологией гетероперехода n-типа (HJT) в 1980-х годах. Кроме того, SunPower построила свои фотоэлементы с встречно-штыревыми задними контактами (IBC) на основе высокочистого кремния n-типа. Из-за производственных сложностей высокоэффективные фотоэлектрические модули, основанные на конструкциях ячеек HJT и IBC n-типа, относительно дороги в производстве и остаются нишевой частью рынка. Для сравнения, производство ячеек TOPCon n-типа очень похоже на процесс PERC. В результате производители могут производить эти высокоэффективные модули TOPCon следующего поколения на модернизированных производственных линиях PERC.
Хотя сегодняшние модули TOPCon n-типа обходятся немного дороже в пересчете на ватт, чем мономодули PERC p-типа, повышение эффективности приводит к более низкой приведенной стоимости энергии (LCOE) при крупномасштабных полевых развертываниях. Лучше всего ведущие эксперты ожидают, что TOPCon n-типа выиграет от ускоренного обучения. Основным материальным преимуществом клеток TOPCon n-типа по сравнению с клетками p-типа mono PERC является более низкая скорость деградации из-за пониженной восприимчивости как к деградации, индуцированной светом (LID), так и к деградации, индуцированной светом и повышенной температурой (LeTID). Дополнительные преимущества могут включать в себя более высокий коэффициент двустороннего действия, а также улучшенную производительность как в условиях низкой освещенности, так и в условиях высокой температуры.
Риски раннего принятия
Большинство аналитиков ожидают, что модули с ячейками TOPCon n-типа быстро увеличат долю рынка благодаря этим преимуществам в производительности. Тем не менее, новые технологии фотоэлементов — даже те, которые в конечном итоге оказались успешными в полевых условиях, — неизменно сопряжены с большим риском, чем зрелые и проверенные технологии. До тех пор, пока продукты не будут развернуты в масштабе, существует потенциал для еще не обнаруженных механизмов деградации. Сегодня, например, независимые инженеры и финансисты считают монофонические фотоэлектрические модули PERC p-типа стабильной технологией с низким уровнем риска. Эта оценка не всегда была консенсусом. Ранние версии мономодулей PERC имели проблемы со стабильностью, особенно LID и, в редких случаях, LeTID. Эти неожиданные режимы деградации моно PERC демонстрируют риски производительности, с которыми сталкиваются первые пользователи новых технологий.
В то время как клетки TOPCon n-типа доказали свою устойчивость к LID и LeTID, существуют некоторые доказательства их восприимчивости к деградации, вызванной ультрафиолетом. Например, исследователи из Национальной ускорительной лаборатории SLAC и Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии (NREL) задокументировали потерю мощности на передней и задней стороне в передовых технологиях солнечных элементов после испытаний с искусственным ускорением воздействия УФ-излучения. Эти данные не указывают на единый механизм деградации, но предполагают, что различные конструкции клеток деградируют разными путями.
Судебно-медицинский анализ полевых работ
Судебно-медицинский анализ — это подробное расследование, целью которого является установление основной причины недостаточной производительности фотоэлектрической системы. Во многих случаях причиной реальной или предполагаемой недостаточной производительности системы являются отказы инвертора или неточные оценки производительности.
Базовая оценка
Один из лучших способов для участников проекта снизить риск проекта — привлечь квалифицированную третью сторону для проведения базовой оценки работоспособности модуля во время ввода проекта в эксплуатацию. Проводя высококачественные измерения до начала коммерческой эксплуатации, базовая криминалистическая оценка обеспечивает как краткосрочные, так и долгосрочные преимущества в течение срока службы фотоэлектрической энергосистемы. В краткосрочной перспективе базовая оценка ввода в эксплуатацию повышает точность оценок производительности системы.
Дневное тестирование EL
В тестах электролюминесценции (ЭЛ) используется специальная система камер для документирования светового излучения, возникающего при прохождении электрического тока через фотоэлементы. Электролюминесцентное тестирование имеет долгую историю в лабораториях, где оно используется для обнаружения широкого спектра скрытых дефектов модулей. Когда-то тестирование EL было отнесено к контролируемой внутренней среде и все чаще используется в полевых судебно-медицинских расследованиях. Дневная ЭЛ визуализация обеспечивает два явных преимущества по сравнению с более ранними подходами. Во-первых, наша методология тестирования EL позволяет техническим специалистам тестировать модули на месте, что ускоряет процесс тестирования и исключает повреждение ячеек из-за удаления модуля и обращения с ним. Во-вторых, тестирование EL в дневное время избавляет от необходимости тестировать модули в темноте ночи, дополнительно повышая безопасность и пропускную способность.
Результаты полевых испытаний EL ценны для выявления крупных производственных дефектов, повреждений при доставке и транспортировке за пределы площадки, повреждений при обработке материалов или установке на месте, а также повреждений, вызванных суровыми погодными явлениями, такими как град, ветер или снег. Эти изображения EL позволяют заинтересованным сторонам проекта выявлять повреждения ячеек, которые могут привести к тепловым несоответствиям, горячим точкам и снижению производительности модуля в будущем. При надлежащем документировании и отчетности сторонние изображения EL могут помочь урегулировать гарантийные и страховые претензии. В отличие от аэрофотосъемки в инфракрасном (ИК) диапазоне, которая определяет только потенциальные места проблем с производительностью, дневные исследования EL выявляют основные причины низкой производительности. Эти выводы приносят пользу заинтересованным сторонам проекта, ускоряя решение проблем и сводя к минимуму производственные потери.
Профилактическое обслуживание
Судебная экспертиза производительности сторонних поставщиков особенно практична в сочетании с надежной платформой мониторинга и протоколами профилактического обслуживания. По мере старения фотоэлектрических модулей полевые активы подвергаются повышенному риску недостаточной производительности. Микротрещины ячеек часто не влияют на производительность модуля, когда модули новые, но это не всегда так, поскольку системы устаревают. После 5 или 10 лет эксплуатации некоторые модули продолжают работать так, как ожидалось, в то время как другие страдают от ускоренной деградации.
Отличить «хорошие» модули от «плохих» непросто, особенно в системах, развернутых после того, как Министерство торговли США приняло свои политики AD/CVD. Крупные проекты, которые, как кажется, имеют одного поставщика модулей, на самом деле могут интегрировать модули, изготовленные с использованием элементов, полученных от дюжины разных поставщиков. Учитывая, что каждая спецификация (BOM) уникальна, каждая из них имеет свой профиль риска.
Снижение экстремальных погодных рисков
Никто не понимает естественные опасности, связанные с развертыванием солнечных батарей, лучше, чем специалисты по страхованию возобновляемых источников энергии, такие как GCube Insurance. Согласно рыночному отчету компании за 2021 год «Град или паводок: растущие масштабы экстремальных погодных условий и потерь от стихийных бедствий в возобновляемых источниках энергии», страховые претензии, связанные с погодой, выросли по частоте и серьезности, поскольку солнечные проекты увеличились по частоте, размеру и географическое распространение. Учитывая быстрый рост рынка солнечной энергии во всем мире, соизмеримый рост требований по страхованию солнечной энергии не является совершенно неожиданным. Тем не менее, коренная причина претензий по страхованию солнечной энергии удивила некоторых инсайдеров страховой отрасли. В частности, с 2015 года застрахованные убытки, связанные с экстремальными погодными явлениями, примерно в два раза превышают убытки, связанные со стихийными бедствиями.
Хотя экстремальные погодные явления приводят к большему количеству застрахованных убытков, чем стихийные бедствия, страховые претензии, связанные с категорией убытков от суровых погодных условий, не являются неизбежными. Заинтересованные стороны проекта могут предотвратить или смягчить многие потери от экстремальных погодных условий, проявляя разумную осторожность и дальновидность при выборе продуктов и проектировании систем. Кроме того, специалисты по снижению рисков могут помочь инвесторам в области налогообложения и страховым компаниям понять финансовые риски, связанные с суровой погодой.
Сравнительное тестирование
Стратегический выбор продукции является важным первым шагом для смягчения основных причин экстремальных погодных потерь. Результаты тестирования RETC на финансовую пригодность и внесертификационные испытания демонстрируют, как различные конструкции фотоэлектрических модулей или комбинации модулей и стеллажей противостоят этим различным типам воздействий окружающей среды. Эти различия имеют решающее значение в контексте снижения рисков экстремальных погодных явлений.
Примеры предотвратимых экстремальных погодных опасностей включают ветер, град и снег. Судя по частоте претензий, сильные ветры являются основной причиной застрахованных убытков в эксплуатируемых солнечных батареях. Судя по серьезности убытков, получивший широкую огласку град в Западном Техасе повредил около 400000 фотоэлектрических модулей, что привело к крупнейшему страховому возмещению на сегодняшний день. В целом снег представляет собой относительно меньшую опасность, но представляет значительный риск на определенных высотах или широтах.
Целью сравнительного и ускоренного тестирования является предоставление участникам проекта возможности определять и определять лучшие продукты и проекты систем для конкретных приложений и сред. Модули, хорошо работающие при испытаниях на динамическую механическую нагрузку, хорошо подходят для развертывания в условиях сильного ветра. Модули, хорошо зарекомендовавшие себя в серии испытаний RETC на устойчивость к граду (HDT), хорошо подходят для развертывания в регионах, подверженных граду. Модули, которые хорошо показали себя в испытаниях на механическую нагрузку, лучше всего подходят для сопротивления нагрузкам, связанным со льдом и снегом. Модули, которые не показали хороших результатов в этих двух тестах, не являются «плохими» продуктами, особенно при правильном применении. Модули, защищенные от ветра и града, часто требуют более высоких производственных затрат. Условия установки в Центральной долине Калифорнии, где редко бывают сильные ветры, град или снег, могут не оправдать эти дополнительные расходы.
Чтобы снизить риски цепочки поставок, разработчики часто оценивают и выбирают различные модели фотоэлектрических модулей и поставщиков. Восприимчивость к экстремальным погодным условиям будет варьироваться в зависимости от этого портфолио выбранных фотоэлектрических модулей. Обращая внимание на эти различия, разработчики могут направлять ветро-, градо- или снегозащищенные модули соответственно на места, подверженные ветру, граду или снегу. Этот тип выборочного развертывания является относительно простым и экономичным способом снижения экстремальных погодных рисков.
Стратегии защитной укладки
После фильтрации и выборочного развертывания модулей на основе устойчивости к конкретным условиям площадки участники проекта могут реализовать стратегии управления программным обеспечением, реагирующим на погодные условия, для дальнейшего снижения экстремальных погодных рисков в крупных коммунальных приложениях. Многие крупномасштабные фотоэлектрические системы включают в себя одноосевые трекеры с интеллектуальным управлением, которые используют программное обеспечение, чтобы следовать за солнцем, избегая при этом самозатенения. По мере увеличения количества страховых случаев, связанных с погодой, ведущие производители трекеров внедрили новые программные средства управления, такие как режимы защитной укладки или сброса нагрузки для конкретных угроз.
Из-за сильно локализованного и быстро меняющегося характера сильных ветров и града предупреждения о суровых погодных условиях часто не дают операторам станции заблаговременного предупреждения. Более того, штормы, сопровождающиеся сильным ветром и сильным градом, часто приводят к обрыву линий электропередач и отключению электроэнергии переменного тока. Активные программные элементы управления могут решить эти проблемы и обеспечить эффективное снижение рисков с помощью таких функций продукта, как локальное или удаленное инициирование, быстрое время отклика и отказоустойчивое резервное питание от батареи. Также важно учитывать совпадающие погодные риски.
Хотя страховая отрасль долгое время полагалась на вероятностные оценки рисков для обеспечения устойчивого покрытия, проблемы, связанные с солнечными проектами, носят двоякий характер. Во-первых, для понимания экстремальных погодных рисков доступны ограниченные исторические данные, особенно с учетом скорости технологических изменений и расширения рынка. Во-вторых, данные о стихийных бедствиях, на которые обычно полагаются страховщики, не охватывают «некатегоризированные» экстремальные погодные явления.
Качество модуля
Продукты, которые кажутся похожими на бумаге, в реальном мире могут работать совсем по-другому. Приверженность производителя к качеству часто объясняет эти различия. Развертывание все большего числа солнечных проектов более высокой мощности в местах по всему миру сопряжено с риском. Для снижения рисков, связанных с сайтом, требуется стратегическое применение продуктов и технологий. Универсальный подход к проектированию продукта и разработке проекта неизменно увеличивает профили проектных рисков. Стратегическая дифференциация продуктов повышает устойчивость проекта.
Защищенные от града конструкции модулей и систем снижают проектные риски в регионах, подверженных граду, таких как Западный Техас. Конструкции продуктов и систем, устойчивые к динамическим ветровым воздействиям, снижают проектные риски в регионах с сильным ветром по всему миру. Конструкции изделий и систем, выдерживающие высокие статические механические нагрузки, снижают риск катастрофических отказов в условиях сильного снега. Коррозионностойкие изделия продлевают срок службы в прибрежных зонах.
Испытательные лаборатории используют откалиброванное и сертифицированное оборудование в проверенных и контролируемых условиях испытаний. Характеристики, полученные в этих строгих условиях, представляют собой надлежащую меру производительности фотоэлектрического модуля и представляют ценность для многих заинтересованных сторон проекта. Несмотря на то, что заводские испытания в соответствии со стандартными условиями испытаний (STC) идеально подходят для установления номинальных характеристик модуля, результаты заводских испытаний не характеризуют типичные условия работы модуля. Чтобы точно смоделировать производительность системы в реальном мире, важно понимать, как работают модули в условиях низкой освещенности или в связи с изменением угла наклона солнца. Кроме того, крайне важно охарактеризовать производительность модуля в условиях испытаний, которые отражают условия эксплуатации, при которых фотоэлектрические системы обычно обеспечивают оптимальную выработку энергии. Также очень важно понимать, как кратковременное воздействие солнечных лучей и связанная с этим деградация влияют на производительность фотоэлектрических систем в полевых условиях.
В отчете об индексе фотоэлектрических модулей за 2022 год RETC признала 9 различных производителей и продемонстрировала 61 пример высоких достижений в области производства. Чтобы определить лучших из лучших, было проанализировано и ранжировано общее распределение данных по всем трем дисциплинам: качество, производительность и надежность. Матрица общих результатов выделяет шесть лучших компаний, основанных на общих высоких достижениях в производстве: JA Solar, JinkoSolar, LONGi Solar, Hanwha Q CELLS, Trina Solar и Yingli Solar.
