Bifacial saulės kolektoriai suteikia didesnę galios išėjimo galią

Nuo: gegužės 9 d., 2018 m., Paskelbta straipsniuose: „Energize“, leidykla „Mike Rycroft“

Atspindėjusi ir pasklidoji spinduliuotė atvirkščiai saulės modulių gali padidinti saulės modulių galingumą be didesnio efektyvumo didinimo.

Istoriškai bifacialiniai (BF) saulės elementai buvo skirti integruotoms PV programoms kurti arba tose vietose, kur didžioji dalis prieinamos saulės energijos yra išsklaidytos saulės šviesos, kurios atsitraukė nuo žemės ir aplinkinių objektų, ty kraštutinės platumos ir sniego linkę regionai. Vis dėlto standartinių ekrano spausdintų saulės elementų didžiausio efektyvumo kombinacija ir reikšmingas saulės stiklo sąnaudų sumažėjimas pastaraisiais metais padėjo naudoti dvigubo stiklo (DG) kapsulę, todėl bifacialiniai saulės moduliai grįžo į šviesą [2]. .

BF technologijos tikslas - ne padidinti saulės modulio ar skydelio efektyvumą, bet užimti daugiau saulės energijos kiekvienam moduliui. Prognozuojama iki 30% pelno, priklausomai nuo tokių veiksnių kaip žemės paviršiaus atspindėjimas, aukštis virš žemės, pakreipimo kampas ir keletas kitų. Modulio gauta spinduliuotė susideda iš kelių komponentų:

1. Tiesioginė saulės spinduliuotė.

2. Netiesioginė pasklidoji spinduliuotė, kurią sukelia oro dalelės, debesys ir kt.

3. Atspindėjusi spinduliuotė iš paviršių, esančių šalia saulės modulio.

Saulės energijos skaičiavimuose į atspindėtą spinduliuotę paprastai neatsižvelgiama. Difuzinės spinduliuotės matavimai yra spinduliavimo šaltiniai virš horizontalios plokštumos. Įprastas saulės spinduliuotės matavimo metodas naudoja piranometrą, kuris sumontuotas horizontaliai ir matuoja tik spinduliuotę virš horizontalios plokštumos. Netgi pasukant konfigūraciją, piranometras nematys spinduliuotės žemiau matavimo plokštumos (žr. 1 pav.).

1 pav. Saulės spinduliuotės matavimas piranometru.

Difuzinė spinduliuotė gali prisidėti prie didelio viso spinduliuotės kiekio, tačiau didžioji šio kiekio dalis nebus užfiksuota pakreiptame arba horizontaliai sumontuotame modulyje. Modulio pakreipimas padidina tiesioginės spinduliuotės intensyvumą, bet blokuoja didelę netiesioginės spinduliuotės dalį. Difuzinė spinduliuotė yra izoptropinė, ty ji turi tokią pačią vertę, nepriklausomai nuo šaltinio, o atspindėta spinduliuotė priklausys nuo paviršiaus, supančios saulės masę, pobūdžio, masyvo kampo ir kitų veiksnių. Priekiniame skydelyje bus gaunama tiek tiesioginė, tiek pasklidoji spinduliuotė, santykis priklauso nuo skydo kampo.

Galinė modulio pusė gaus šviesą iš dviejų šaltinių:

·          Artimojo lauko sklaida: atspindi tiesioginę ir difuzinę spinduliuotę.

·          Difuzinė spinduliuotė: neatspindima spinduliuotė tiesiogiai iš pasklidųjų šaltinių.

Skirtingi paviršiai atspindi šviesą skirtingu greičiu, o atspindinčiosios savybės yra aprašytos albedo veiksniu. Albedas apibūdina ne šviesos paviršiaus atspindėjimą - tai lemia santykis tarp atspindėtos šviesos ir atsitiktinės spinduliuotės. Kai kurių albedo vertybių žr. 1 lentelėje [2]

Difuzinės šviesos ir tiesioginės šviesos santykis priklausys nuo sąlygų. Dėl mažo spinduliavimo dėl debesų difuzinės šviesos procentas bus didesnis nei saulėtomis sąlygomis, todėl padidėjimas, palyginti su monofacial PV, gali būti didesnis nei saulėtomis sąlygomis [5].

BF modulių statyba

Ląstelių konstrukcija

Monofacial PV ląstelės paprastai yra pagamintos su atspindinčiu sluoksniu ant galinio langelio paviršiaus, kad būtų galima geriau absorbuoti šviesą, kuri patenka į priekinį paviršių. Fotonus, kurie neatsilieja į priekinį sluoksnį, galima sugerti atgal, todėl padidėja ląstelės efektyvumas. Tai reiškia, kad fotonai, važiuojantys priešinga kryptimi įprasta, gali generuoti elektros energiją ir, jei fotonams, patekusiems ant galinio paviršiaus, gali būti leidžiama patekti į ląstelę, jie gali būti naudojami efektyviai elektros gamybai. Tai pasiekiama iš dalies pašalinant atspindintį sluoksnį, kuris taip pat veikia kaip laidininkas (žr. 2 pav.).

2 pav .: Atspindėjusi šviesa plokštės gale [3].

Elektros laidininko sluoksnio sumažinimas užpakalinėje kameros dalyje padidina atsparumą, o užpakalinėje dalyje yra reikalingi daugiau laidininkų nei priekyje. Tai sumažina spinduliui prieinamo langelio galinės dalies plotą.

Įvairių tipų PV elementų konstrukcija yra sudėtingesnė nei parodyta ir konversija nėra tokia paprasta. Veiksmingai veikiančiai BF ląstelei atlikti yra reikalingi kiti veiksmai. Atsirado keletas modelių, kuriuose naudojamas BF principas. Dauguma jų apima esamų ląstelių modifikavimą, tačiau yra keletas, kurie buvo specialiai sukurti kaip BF ląstelės.

Rinkoje dažniausiai naudojami du bifacinių ląstelių konstrukcijų tipai: heterojunkcija ir pasyvuota emitterio galinė ląstelė (PERC). Heterogrupės ląstelės naudoja monokristalinį silicį, o PERC ląstelė yra tiek mono-, tiek polikristalinėse silicio versijose. Bifacial ląstelės yra sudėtingesnės gaminti ir tai padidina modulio kainą.

Galinio apšvietimo efektyvumas yra mažesnis už priekinį apšvietimą, kaip parodyta 2 lentelėje. Tai daugiausia dėl padidėjusio ploto užima laidininkai, esantys užpakalinėje dalyje, palyginti su priekiniu.

Modulio konstrukcija

Daugiasluoksnės (MF) kristalinės silicio plokštės paprastai yra apgaubtos nepermatoma kapsulė gale, tačiau šis metodas negali būti naudojamas su BF sistemomis. Modulyje turi būti skaidrūs nugaros ir priekiniai paviršiai, užtikrinantys mechaninį stiprumą. Be to, ląstelės turi būti uždengtos apsauginės medžiagos sluoksniu. Dažniausiai priimta konfigūracija yra dvigubas fotovoltinio stiklo sluoksnis, apgaubiantis apsaugines polimerines medžiagas kapsules.

Norint, kad šviesa bifacialinės kameros gale apšviestų, reikia UV spindulių atsparios skaidrios nugarinės medžiagos arba papildomo saulės stiklo sluoksnio. Daugeliu atvejų, kaip parodyta 4 pav., Gamintojai pasirenka stiklo paketą ant stiklo, kuris paprastai pagerina lauko ilgaamžiškumą, lyginant su stiklo plėvelės galimybėmis. Stiklo ant stiklo pakuotė yra standesnė, o tai sumažina ląstelių mechaninį įtempimą transportavimo, tvarkymo ir montavimo metu, taip pat dėl aplinkos sąlygų, pvz., Vėjo ar sniego. Konfigūracija taip pat yra mažiau pralaidi vandeniui, o tai gali sumažinti metinį degradacijos greitį. Bifacial moduliai yra be rėmelio. Aliuminio rėmo pašalinimas efektyviai sumažina potencialiai sukeltos degradacijos (PID) galimybes [3].

3 pav. Skirtumas tarp monofizinių ir dvipusių PV ląstelių.

Dvigubo stiklo (DG) montavimas turi keletą privalumų:

·          Mikrokrekingo, dezaminacijos ir drėgmės korozijos mažinimas.

·          Mažesnė ląstelių temperatūra.

·          Nėra potencialo sukelto degradacijos, nes nėra metalinio rėmo, reikalingo įžeminti.

·          Mažesnis degradacijos greitis.

·          Didesnis ugniai atsparus įvertinimas.

·          Didesnis mechaninis stiprumas ir mažiau lankstumas.

Rinkos produktai

3 lentelėje išvardytos kai kurios šiuo metu rinkoje esančios BF sistemos su jų charakteristikomis.

Atitikties parametrai

Pramonėje naudojami keli parametrai, skirti BF saulės modulių charakteristikoms aprašyti.

Bifaciality faktorius

Tai yra santykis tarp galinio šoninio ir priekinio šono efektyvumo arba priekinės ir galinės galios santykio, išmatuoto standartinėmis bandymo sąlygomis.

Bifacial pelnas

Tai papildoma galia, gauta iš modulio galinės dalies, palyginti su galia iš modulio priekio standartinėmis bandymo sąlygomis. Bifacinis padidėjimas priklauso nuo montavimo (struktūra, aukštis, pakreipimo kampas ir kt.) Ir žemės paviršiaus albedo.

4 pav. Dvigubo stiklo BF modulio konstrukcija.

Bifacial padidėjimas = ( 𝑌𝐵𝑖 - 𝑌 ) / 𝑌𝑀𝑜

kur:

YB _i = BF modulio galia.

YM _o = MF modulio galia tomis pačiomis sąlygomis.

Albedo

Tai yra šviesos, atspindėtos nuo paviršiaus iki šviesos, santykis ir skiriasi priklausomai nuo skirtingų paviršiaus tipų.

5 pav. Aukščio įtaka BF padidėjimui. Albedo 80%, eilės pikis 2,5 m [4].

Žemės aprėpties santykis

Tai yra PV modulių padengto žemės ploto ir įrenginio užimamo žemės ploto santykis. Šis santykis turi įtakos atspindėtai šviesai ir gali turėti įtakos BF skydelio veikimui.

Optimalus BF modulių montavimas

Kadangi bifacial moduliai sugeria saulės spinduliuotę iš abiejų pusių, jie leidžia pasirinkti įvairias pakreipimo ir montavimo galimybes ir idealiai tinka aukštesniems žemės, stogo, dykumos ir sniego plotų įrenginiams arba vanduo. Montavimo sistemos, skirtos optimizuoti nugarą ir atspindį nuo stogų ir antžeminių įrenginių, pakelia konstrukciją virš žemės ar stogo, kad būtų galima surinkti daugiau išsklaidytos ar atspindėtos šviesos.

Konstrukcijos aukštis ir atstumas

Padidinant struktūrą virš žemės, spinduliuotė pasiekia skydelio galą ir taip pagerina našumą ir dvipusį padidėjimą. Tarpo tarp eilučių didinimas taip pat pagerina bifacinį padidėjimą (žr. 6 pav.).

6 pav. Spinduliavimas ant vertikaliai sumontuoto BF skydelio (Sanyo).

Panašu, kad padidėjimas padidėja maždaug 1 m aukštyje. Statinio aukščio didinimas turi labai didelį poveikį stogo tvirtinimo blokams, ypač kai tai susiję su plokščiais stogais. Gali kilti pavojus dėl padidėjusio vėjo apkrovos. Keletas montavimo konstrukcijų gamintojų pagamino aukštas konstrukcijas ir antžeminėms, ir stogo instaliacijoms.

Padidėjusį aukštį galima tinkamai panaudoti atvirose patalpose, tokiose kaip automobilių stovėjimo aikštelės ir lauko saugyklos, taip pat pramogų ir svetingumo vietos. Skaidrus apvalkalas leidžia tam tikrą šviesą filtruoti per modulį.

Vertikaliai orientuotos BF plokštės

Vienas iš įdomiausių programų, atsirandančių iš BF masyvo, yra vertikalios montuojamos masyvo galimybė. Vertikaliai montuojamos BF plokštės anksčiau buvo naudojamos kaip garso ir šviesos kliūtys greitkeliuose. Vertikaliai pritvirtinta plokštė užima daug mažiau vietos nei horizontalus arba pakreiptas skydas. Yra dvi galimybės: klasikinė šiaurės-pietų orientacija ir alternatyvi rytų-vakarų pusė.

Norint geriau suderinti vietinį poreikį su PV gamybos profiliais visą dieną, yra tendencija naudoti rytų-vakarų skydo orientaciją, kur pusė plokščių yra pakreiptos į rytus, kad būtų sukurtas kartos pikas ryte, o likusi pusė yra pakreipta į vakarus iki po pietų leisti kitą kartos smailę (žr. 7 pav.). Šis dvigubo piko profilis gali geriau suderinti elektros energijos naudojimą vietoje, ypač gyvenamųjų ir komercinių įrenginių.

7 pav. Kasdieninis spinduliavimo modelis rytų-vakarų BF moduliuose [5].

Šis netradicinis požiūris gali eiti dar vieną žingsnį, jei naudojami vertikaliai sumontuoti rytų-vakarų bifaciniai moduliai, o tai daugiau nei perpus sumažinti modulių, reikalingų lygiavertiam įrenginiui, skaičių. Ši konfigūracija vėl sukurtų dvi kartos smailes, bet taip pat būtų naudinga papildomam difuziniam šviesai, patekusiai į modulį. BF plokštės leidžia vertikaliai pritvirtinti rytus-vakarus, o tai gali suteikti didesnę energijos gamybą nei monofacial plokštės.

Šiaurės ir pietų kryptimi priekinis skydas gauna tiesioginę ir difuzinę spinduliuotę, o užpakalinė plokštė gauna difuzinę spinduliuotę. Rytų ir vakarų kryptimi, kai priešingos pusės yra į rytus ir vakarus, abi pusės gauna tiesioginę ir atspindinčią spinduliuotę įvairiais dienos laikais (žr. 7 pav.). Pirmoje vietoje montavimo metodas atrodo neveiksmingas, nes vidurdienį saulė yra stačiu kampu plokščių atžvilgiu ir neturi būti išėjimo. Reikšmingas rezultatas yra dėl to, kad tiek priekiniai, tiek galiniai paviršiai gauna didžiausią difuzinės ir atspindėtos spinduliuotės kiekį.

Modulio gaunama spinduliuotė labai priklausys nuo gretimų objektų ir žemės atspindėjimo (albedo). Tai ypač svarbu vasarą, vidurdienį, kai vertikalūs moduliai yra intensyviausi, o saulės spinduliai yra intensyviausi, bet kai saulės kampas reiškia, kad modulių gaunama tiesioginė spindulių saulė yra palyginti maža. Vertikali bifacialinė plokštė sumažina dulkių ir sniego kaupimąsi ir du kartus du kartus išeina per dieną, o antroji smailė prilygsta didžiausiam elektros energijos poreikiui (žr. 8 pav.).

8 pav. Montavimo parinkčių palyginimas [5].

Viena iš didesnės energijos gamybos priežasčių yra ta, kad rytinio ir vakarinio modulio temperatūra yra mažesnė maksimalaus apšvitos metu, palyginti su į pietus orientuotu moduliu. Daugelis tinklų, turinčių didelę saulės skvarbos dalį, vidurio piko gamybos metu yra perteklius, o ne piko metu - trūkumas. Viršūnių perkėlimas naudojant vertikalaus kalno rytų-vakarų orientaciją naujai PV suteikia tolygesnę energijos gamybos kreivę (žr. 9 pav.).

Ateities perspektyvos

Nors yra keletas projektų, kuriuose naudojami BF moduliai, šiuo metu rinkoje esančių BF modulių procentas yra labai nedidelis, tačiau tikimasi, kad ateityje jis labai padidės, nes ateina į rinką daugiau produktų, o dar daugiau įrenginių. Tikimasi, kad iki 30 proc. Produkcijos pagerėjimas bus kur kas patrauklesnis už keletą procentinių punktų padidėjusį efektyvumą, kuris gali būti pasiektas taikant technologijų plėtrą.

9 pav .: Numatomas BF ląstelių naudojimo augimas [1].

Nuorodos

[1] T Dullweber ir kt., „Bifacial PERC + saulės elementai: pramonės įgyvendinimo būklė ir ateities perspektyvos“,     bifiPV2017 seminaras, Konstanz, 2017 m. spalio mėn.
[2] W Herman: „Bifacial PV modulių našumo charakteristikos ir energijos ženklinimas“ , bifiPV2017 seminaras, Konstanz, 2017 m. Spalio mėn.
[3] D Brearly: „Bifacial PV Systems“, žurnalas „Solarpro“, 10.2 leid.
[4] „Solarworld“: „ Kaip padidinti energijos naudingumą su bifacial technologija“, Baltoji knyga SW9001US 160729
[5] EPRI: „Bifacial solar PV moduliai“, www.epri.com