Font: regglobal.co
Informe de l'índex de mòduls fotovoltaics del Centre de proves d'energia renovable (RETC) 2022
Aquest és un extracte de l'Informe de l'índex de mòduls fotovoltaics 2022 del Centre de proves d'energia renovable (RETC). L'informe de l'índex de mòduls fotovoltaics d'aquest any explora tres temes interrelacionats: mòduls fotovoltaics de tipus n, forense de camp i clima extrem, que demostren alguns dels riscos tècnics inevitables. relacionat amb el desenvolupament del projecte solar. Aquests temes oportuns també aclareixen el valor d'un enfocament basat en dades per a la gestió del risc.
Avaluació de nous mòduls fotovoltaics tipus N
La capacitat continuada de la indústria solar per reduir els costos alhora que millora el rendiment és una de les principals raons per les quals la solar va representar la part més gran de la nova capacitat de generació d'electricitat dels EUA el 2021. Aquesta tendència s'exemplifica millor amb els canvis continus en els dissenys de mòduls i les tecnologies cel·lulars. L'any passat, per exemple, RETC va explorar els avantatges i els reptes de desenvolupar i desplegar mòduls de gran format, que molts analistes esperen que dominen el mercat en els propers anys. Aquest any, RETC està supervisant de prop una altra tendència tecnològica que està guanyant força i acceptació al mercat, l'augment de les cèl·lules fotovoltaiques de tipus n de nova generació amb contactes passivants.
Auge de TOPCon
Molts analistes de la indústria i científics de materials creuen que els dissenys emergents de cèl·lules fotovoltaiques de tipus n són la següent progressió lògica en el full de ruta de la tecnologia fotovoltaica. El 2013, investigadors de l'Institut Fraunhofer de Sistemes d'Energia Solar d'Alemanya van presentar un mètode per produir cèl·lules solars de silici de tipus n d'alta eficiència amb una nova estructura de contacte passivat per òxid de túnel (TOPCon). Gràcies a una excel·lent passivació de la superfície i un transport efectiu del portador, aquest nou disseny de cèl·lules va aconseguir notes altes per a la tensió de circuit obert (Voc), el factor d'ompliment i l'eficiència. Menys d'una dècada després, TOPCon és la paraula més popular de l'energia solar. Els fabricants de mòduls més grans del món estan començant la producció en volum de mòduls fotovoltaics amb cèl·lules TOPCon. Tot i que LONGi Solar aposta molt pel TOPCon de tipus p, moltes altres empreses líders de mòduls, com Jinko Solar, Jollywood Solar Technology, JA Solar i Trina Solar, estan fent inversions substancials en mòduls amb dissenys de cèl·lules TOPCon de tipus n. Aquest pivot col·lectiu al mercat es deu principalment a l'aplanament de les corbes d'eficiència dels mòduls d'emissor passivat de tipus p i cel·les de contacte posterior (PERC). Tot i que aquests han dominat el mercat en els últims anys, els fabricants estan començant a assolir els límits físics dels dissenys de cèl·lules mono PERC de tipus p. La transició a cèl·lules TOPCon de tipus n permetrà a les empreses de mòduls augmentar encara més l'eficiència de les cèl·lules al laboratori i a la producció en massa.
Beneficis de les cèl·lules de tipus N
Els fabricants solars han reconegut des de fa temps els beneficis potencials d'eficiència de les cèl·lules fotovoltaiques de tipus n. Per exemple, Sanyo va començar a desenvolupar cèl·lules fotovoltaiques amb tecnologia d'heterounió de tipus n (HJT) als anys vuitanta. A més, SunPower ha construït les seves cèl·lules fotovoltaiques de contacte posterior interdigitat (IBC) sobre una base de silici de tipus n d'alta puresa. A causa de les complexitats de fabricació implicades, els mòduls fotovoltaics d'alta eficiència basats en dissenys de cèl·lules HJT i IBC de tipus n són relativament cars de produir i segueixen sent una part nínxol del mercat. En comparació, la fabricació de cèl·lules TOPCon de tipus n és molt similar al procés PERC. Com a resultat, els fabricants poden produir aquests mòduls TOPCon d'alta eficiència de nova generació en línies de producció PERC actualitzades.
Tot i que els mòduls TOPCon de tipus n actuals costen una mica més de produir per watt que els mòduls mono PERC de tipus p, els guanys d'eficiència donen lloc a un menor cost d'energia (LCOE) en desplegaments de camp a gran escala. El millor de tot és que els principals experts esperen que el TOPCon de tipus n es beneficiï d'una corba d'aprenentatge accelerada. Un avantatge material principal de les cèl·lules TOPCon de tipus n respecte a les cèl·lules mono PERC de tipus p és una taxa de degradació més baixa a causa d'una susceptibilitat disminuïda tant a la degradació induïda per la llum (LID) com a la degradació induïda per la llum i la temperatura elevada (LeTID). Els avantatges addicionals poden incloure un factor de bifacialitat més alt, així com un rendiment millorat tant en condicions de poca llum com d'alta temperatura.
Riscos d'adopció anticipada
La majoria dels analistes esperen que els mòduls amb cèl·lules TOPCon de tipus n augmentin ràpidament la quota de mercat en funció d'aquests avantatges de rendiment. Tanmateix, les tecnologies emergents de cèl·lules fotovoltaiques, fins i tot les que finalment tenen èxit en el camp, invariablement comporten més risc que les tecnologies madures i provades. Fins que els productes no es despleguen a escala, existeix el potencial de mecanismes de degradació encara no descoberts. Avui, per exemple, els enginyers i financers independents consideren que els mòduls fotovoltaics mono PERC de tipus p són una tecnologia estable i de baix risc. Aquesta valoració no sempre va ser una opinió consensuada. Les primeres versions dels mòduls mono PERC tenien problemes d'estabilitat, especialment LID i, en casos excepcionals, LeTID. Aquests modes de degradació mono PERC inesperats demostren els riscos de rendiment als quals s'enfronten els primers usuaris amb les noves tecnologies.
Tot i que les cèl·lules PV TOPCon de tipus n han demostrat ser resistents a LID i LeTID, hi ha algunes evidències de susceptibilitat a la degradació induïda per l'ultraviolat. Per exemple, investigadors del SLAC National Accelerator Laboratory i del National Renewable Energy Laboratory (NREL) han documentat la pèrdua d'energia frontal i posterior en tecnologies avançades de cèl·lules solars després de proves d'exposició UV accelerades artificialment. Aquestes dades no apunten a un únic mecanisme de degradació, sinó que suggereixen que diferents dissenys cel·lulars es degraden per diferents vies.
Anàlisi forense del rendiment del camp
L'anàlisi forense és una investigació detallada que pretén establir la causa principal del baix rendiment del sistema fotovoltaic. En molts casos, les fallades de l'inversor o les estimacions de producció inexactes són les culpables del rendiment real o percebut del sistema.
Avaluació inicial
Una de les millors maneres perquè les parts interessades del projecte redueixin el risc del projecte és contractar un tercer qualificat per dur a terme una avaluació de la salut del mòdul de referència durant la posada en marxa del projecte. En capturar mesures d'alta qualitat abans de les operacions comercials, una avaluació forense de referència proporciona beneficis tant a curt com a llarg termini durant la vida operativa d'un sistema d'energia fotovoltaica. A curt termini, una avaluació de la posada en servei de referència millora la precisió de les estimacions del rendiment del sistema.
Prova EL diürna
Les proves d'electroluminescència (EL) utilitzen un sistema de càmeres especials per documentar les emissions de llum que es produeixen quan un corrent elèctric passa a través de les cèl·lules fotovoltaiques. Les proves EL tenen una llarga història al laboratori, on s'utilitzen per detectar una àmplia gamma de defectes ocults dels mòduls. Un cop relegats a entorns interiors controlats, les proves EL són cada cop més habituals en les investigacions forenses de camp. Les imatges EL diürnes ofereixen dos avantatges diferents respecte als enfocaments anteriors. En primer lloc, la nostra metodologia de prova EL permet als tècnics provar mòduls in situ, la qual cosa accelera el procés de prova i elimina els danys cel·lulars a causa de l'eliminació i manipulació dels mòduls. En segon lloc, les proves EL diürnes eliminen la necessitat de provar els mòduls a la foscor de la nit, millorant encara més la seguretat i el rendiment.
Els resultats de les proves EL en camp són valuosos per identificar defectes de fabricació importants, danys per enviament i transport fora del lloc, manipulació de materials o danys a la instal·lació, o danys derivats d'esdeveniments meteorològics greus com ara calamarsa, vent o neu. Aquestes imatges EL permeten a les parts interessades del projecte identificar els danys a les cèl·lules que poden provocar no conformitats tèrmiques, punts calents i un rendiment inferior al futur dels mòduls. Quan estan documentades i informades adequadament, les imatges EL de tercers poden ajudar a resoldre les reclamacions de garantia i d'assegurança. A diferència de les imatges aèries d'infrarojos (IR), que només identifiquen les ubicacions potencials dels problemes de rendiment, les investigacions EL diürnes aclareixen les causes fonamentals del baix rendiment. Aquestes troballes beneficien les parts interessades del projecte en accelerar la resolució de problemes i minimitzar les pèrdues de producció.
Manteniment predictiu
Els estudis forenses de rendiment de camp de tercers són especialment pràctics quan es combinen amb una plataforma de monitorització robusta i protocols de manteniment predictiu. A mesura que els mòduls fotovoltaics envelleixen, els actius de camp tenen un risc més gran de rendiment inferior. El microcracking de cèl·lules sovint no afecta el rendiment dels mòduls quan els mòduls són nous, però això no és necessàriament així a mesura que els sistemes envelleixen. Després de 5 o 10 anys en el camp, alguns mòduls continuen funcionant com s'esperava, mentre que d'altres pateixen una degradació accelerada.
Diferenciar entre mòduls "bons" i mòduls "dolents" no és una qüestió senzilla, especialment en els sistemes desplegats després que el Departament de Comerç dels EUA va promulgar les seves polítiques AD/CVD. Els grans projectes que semblen tenir un sol proveïdor de mòduls poden, de fet, integrar mòduls fabricats amb cèl·lules procedents d'una dotzena de proveïdors diferents. Atès que cada llista de materials (BOM) és única, cadascuna té un perfil de risc diferent.
Mitigació dels riscos meteorològics extrems
Ningú entén millor els perills naturals associats als desplegaments solars que els especialistes en assegurances d'energia renovable com GCube Insurance. Segons l'informe de mercat de 2021 de la companyia, "Hail or High Water: The Rising Scale of Extreme Weather and Natural Catastrophe Losses in Renewable Energy", les reclamacions d'assegurances relacionades amb el clima han crescut en freqüència i gravetat a mesura que els projectes solars han augmentat en freqüència, mida i distribució geogràfica. Atès el ràpid creixement del mercat solar a nivell mundial, un augment proporcional de les reclamacions d'assegurances solars no és del tot inesperat. Tanmateix, la causa principal de les reclamacions d'assegurances solars ha sorprès alguns experts de la indústria asseguradora. Concretament, des del 2015, les pèrdues assegurades associades a esdeveniments meteorològics extrems són aproximadament el doble de la magnitud de les derivades de catàstrofes naturals.
Tot i que els esdeveniments meteorològics extrems provoquen més pèrdues assegurades que les catàstrofes naturals, les reclamacions d'assegurances associades a la categoria de pèrdues meteorològiques greus no són inevitables. Les parts interessades del projecte poden prevenir o mitigar moltes pèrdues meteorològiques extremes exercint una cura i una previsió raonables en la selecció de productes i el disseny del sistema. A més, els especialistes en mitigació de riscos poden ajudar els inversors de capital fiscal i les companyies d'assegurances a entendre els riscos financers associats al clima sever.
Proves comparatives
La selecció estratègica de productes és un primer pas essencial per mitigar les principals causes de pèrdues meteorològiques extremes. Els resultats de les proves de bancabilitat i més enllà de la certificació de RETC demostren com els diferents dissenys de mòduls fotovoltaics o combinacions de mòduls i bastidors resisteixen aquests diferents tipus de tensions ambientals. Aquestes diferències són fonamentals en el context de la mitigació del risc meteorològic extrem.
Alguns exemples de perills meteorològics extrems evitables inclouen el vent, la calamarsa i la neu. Segons la freqüència de sinistres, els esdeveniments de fort vent són una de les principals causes de pèrdues assegurades en els actius solars de camp. D'acord amb la gravetat de les pèrdues, una tempesta de pedregada àmpliament divulgada a l'oest de Texas va danyar uns 400 000 mòduls fotovoltaics, donant lloc a la reclamació d'assegurança solar més gran fins ara. La neu és un perill relativament menor en general, però presenta riscos significatius a elevacions o latituds específiques.
L'objectiu de les proves comparatives i accelerades és capacitar les parts interessades del projecte per identificar i especificar els millors productes i dissenys de sistemes per a aplicacions i entorns específics. Els mòduls que funcionen bé sota proves de càrrega mecànica dinàmica són molt adequats per al desplegament en entorns de vent fort. Els mòduls que funcionen bé a la seqüència de prova de durabilitat de la calamarsa (HDT) de RETC són molt adequats per al desplegament en regions propenses a la calamarsa. Els mòduls que funcionen bé en les proves de càrrega mecànica són els més adequats per resistir les càrregues associades al gel i la neu. Els mòduls que no funcionen bé en aquestes dues proves no són productes "dolents", sobretot en l'aplicació adequada. Els mòduls endurits contra el vent i la calamarsa solen comportar costos de fabricació més elevats. Les condicions d'una instal·lació a la vall central de Califòrnia, que rarament experimenta forts vents, calamarsa o neu, poden no justificar aquests costos addicionals.
Per mitigar els riscos de la cadena de subministrament, els desenvolupadors sovint avaluen i obtenen una varietat de models i proveïdors de mòduls fotovoltaics. La susceptibilitat meteorològica extrema variarà entre aquesta cartera de mòduls fotovoltaics seleccionats. En prestar atenció a aquestes diferències, els desenvolupadors poden dirigir els mòduls endurits pel vent, la calamarsa o la neu, respectivament, a llocs propensos a vent, calamarsa o neu. Aquest tipus de desplegament selectiu és una manera relativament senzilla i rendible de reduir els riscos meteorològics extrems.
Estratègies d'estiba defensives
Després de filtrar i desplegar de manera selectiva els mòduls basats en la resistència a les condicions específiques del lloc, les parts interessades del projecte poden implementar estratègies de control de programari sensibles a la meteorologia per reduir encara més els riscos meteorològics extrems en aplicacions de serveis públics grans. Molts sistemes fotovoltaics a gran escala integren seguidors d'un sol eix controlats de manera intel·ligent que utilitzen programari per seguir el sol mentre eviten l'ombra automàtica. A mesura que les reclamacions d'assegurances relacionades amb el clima han augmentat, els fabricants de rastrejadors líders del sector han implementat noves respostes de control de programari, com ara modes d'emmagatzematge defensiu o de descàrrega específics per a amenaces.
A causa de la naturalesa altament localitzada i ràpida dels esdeveniments de vent fort i les tempestes de calamarsa, les alertes meteorològiques severes sovint donen als operadors de la planta un avís poc previ. A més, els tipus de tempestes que produeixen forts vents i gran calamarsa sovint provoquen la caiguda de les línies elèctriques i la pèrdua d'alimentació de CA. Els controls de programari actius poden abordar aquests reptes i proporcionar una mitigació eficaç de riscos amb característiques del producte, com ara l'inici local o remot, temps de resposta ràpids i còpia de seguretat de bateria segura. També és important tenir en compte els riscos meteorològics coincidents.
Tot i que la indústria d'assegurances ha confiat durant molt de temps en les avaluacions probabilístiques de risc per oferir una cobertura sostenible, el repte que plantegen els projectes solars és doble. En primer lloc, hi ha dades històriques limitades disponibles per entendre els riscos meteorològics extrems, sobretot tenint en compte la taxa de canvi tecnològic i l'expansió del mercat. En segon lloc, les dades de catàstrofes naturals en què es basen normalment les asseguradores no capturen esdeveniments meteorològics extrems "no categoritzats".
Qualitat del mòdul
Els productes que semblen semblants al paper poden tenir un rendiment molt diferent al món real. El compromís de la fabricació amb la qualitat sovint explica aquestes diferències. L'execució d'un nombre creixent de projectes solars de major capacitat en llocs d'arreu del món no està exempt de risc. La mitigació del risc específic del lloc requereix l'aplicació estratègica de productes i tecnologies. Un enfocament únic per al disseny de productes i desenvolupament de projectes augmenta invariablement els perfils de risc del projecte. La diferenciació estratègica del producte millora la resiliència del projecte.
Els dissenys de mòduls i sistemes endurits per la calamarsa mitiguen el risc del projecte a les regions propenses a la calamarsa com l'oest de Texas. Els dissenys de productes i sistemes que resisteixen els efectes dinàmics del vent redueixen el risc del projecte en llocs amb vent fort a tot el món. Els dissenys de productes i sistemes que resisteixen altes càrregues mecàniques estàtiques redueixen els riscos de fallades catastròfiques en llocs amb neu extrema. Els productes resistents a la corrosió augmenten la vida útil a les zones costaneres.
Els laboratoris d'assaig utilitzen equips calibrats i certificats en condicions de prova auditades i controlades. Les característiques capturades en aquestes condicions rigoroses representen la mesura adequada del rendiment dels mòduls fotovoltaics i proporcionen valor a les múltiples parts interessades del projecte. Tot i que les proves de fàbrica segons els paràmetres de les condicions de prova estàndard (STC) són ideals per establir les classificacions de la placa d'identificació dels mòduls, els resultats de les proves de fàbrica no caracteritzen les condicions típiques de funcionament del mòdul. Per modelar amb precisió el rendiment del sistema al món real, és essencial entendre com funcionen els mòduls en condicions de baixa irradiància o en relació amb els angles solars canviants. A més, és crucial caracteritzar el rendiment del mòdul en condicions de prova que reflecteixin les condicions de funcionament en què els sistemes fotovoltaics solen produir rendiments energètics òptims. També és fonamental entendre com l'exposició solar a curt termini i la degradació resultant afecta el rendiment fotovoltaic en el camp.
Al llarg de l'edició 2022 de l'Informe sobre l'índex de mòduls fotovoltaics, RETC ha reconegut 9 fabricants diferents i ha mostrat 61 casos d'alt èxit en la fabricació. Per identificar el millor dels millors, va revisar i classificar les distribucions generals de dades a les tres disciplines: qualitat, rendiment i fiabilitat. La matriu de resultats generals destaca sis millors resultats basats en els alts assoliments generals en la fabricació: JA Solar, JinkoSolar, LONGi Solar, Hanwha Q CELLS, Trina Solar i Yingli Solar.
