Чи великі сонячні модулі, великі проблеми?

Продовжуються суперечки про те, наскільки потрібні надвеликі потужні сонячні модулі, але, схоже, вони залишаться. Розглянемо проблеми, яких виникають під час проектування потужних сонячних проектів.

З 2020 року випускаються сонячні модулі з номінальною потужністю понад 500 Вт, на відміну попереднього стандарту 400-450 Вт. Ринок сонячної енергетики пережив безпрецедентне зростання потужності на одиницю продукції порівняно зі стабільною тенденцією зростання середньої потужності від 10 до 15 Вт рік у рік, зумовленою підвищенням ефективності елементів.

Виробники заявили, що мотивація цієї революційної інновації була економічною і спрямована на коригування вирівняної вартості енергії (LCOE) від сонячної енергії за рахунок використання меншої кількості модулів на мегават пікової генеруючої потужності, оптимізації витрат на баланс систем (BOS), а також витрат на будівництво, експлуатацію та обслуговування.

На рівні проектування модулів саме в той момент, коли ефективність основного пасивованого емітерного елемента із заднім контактом (PERC) досягла практичного максимуму, розвиток нової технологічної парадигми фотоелектричних модулів визначили дві ключові особливості.

Перша - це перехід від звичайних кремнієвих пластинчастих елементів розміром 156,75 мм M2, 158,75 мм M3 і 166 мм M6 до елементів розміром 182 мм M10 і 210 мм M12, представлених у розрізаних формах із багатошинними з'єднаннями.

Друга - кількість неактивних областей на поверхні модуля була зменшена за рахунок компонування осередків із високою щільністю, реалізації нових підходів до взаємозв'язку осередків, таких як "плитка" або "черепиця".

Сьогодні модулі номінальною потужністю 550 Вт і вище на основі 182-міліметрових пластин та на основі 210 мм, потужністю понад 650 Вт є основними варіантами для об'єктів комунального господарства, як правило, з двосторонніми осередками, які збираються у більші та важчі модулі, що означає більш високі струми та нижчі значення напруги. Тому сьогодні варіанти з'єднання осередків із модулями представлені найбільш широко.

Як будь-яка фотоелектрична технологія, великі модулі мають свої переваги та недоліки. Незважаючи на більш високу продуктивність, великі модулі, як і раніше, проблематичні з точки зору контрольованого та надійного використання. Розробники та компанії, що займаються проектуванням, закупівлями та будівництвом (EPC), повинні враховувати особливості розгортання великих модулів, у тому числі якість продукції, процеси виробництва, пакування та транспортування, а також сумісність трекерів та інверторів. Ці аспекти необхідно враховувати до процесу розробки та закупівлі, щоб гарантувати рентабельність проекту.

Заводські проблеми.

На заводі ключовою, все ще невирішеною проблемою, яку необхідно вирішити при виробництві великих модулів, є так званий «дефект поперечної тріщини», який виявляється за допомогою електролюмінесцентного тестування. Як згадувалося раніше, більші сонячні модулі ґрунтуються на нових з'єднаннях фотоелементів, які дозволяють зменшити неактивні області між сонячними елементами до кількох міліметрів, що частково знижує збільшення розмірів виробу.

Тим не менш, нові процеси зварювання можуть призвести до крихітних хрестоподібних тріщин по краях, про які виробники не повідомляють. Але навіть незначні дефекти через якийсь час призводять до утворення мікротріщин. Напруга, що виникають при паянні та ламінуванні елементів, а також можлива наявність сколів при обрізанні, сприяють утворенню дрібних тріщин, які можуть поширюватися при механічних навантаженнях.

Більші модулі за своєю природою схильні до значних вигинів і скручування корпусу, що не відповідає стандартам Міжнародної електротехнічної комісії (IEC) або Underwriters Laboratories (UL). Це пов'язано з великою площею поверхні, що часто перевищує 3 м2 з використанням алюмінієвих каркасів тонше стандартних 35 мм, що використовуються в конструкціях потужністю 400 Вт, що обумовлено необхідністю оптимізації ваги модуля до 40 кг. Зниження ваги змушує перейти на 3,2 мм скляні підкладки замість нинішньої архітектури подвійного скла 2 мм плюс 2 мм. Об'єднання змінних, включаючи більшу площу, меншу ширину рами і більш тонке, але більш важке скло, означає слабкіші модулі.

Якість скла дійсно є актуальною проблемою, яка наголошує на необхідності оцінки та затвердження списку матеріалів до початку виробництва модулів. Більшість постачальників заявляють у своїх документах, що переднє і заднє скло є загартованими, хоча проста перевірка показує зворотне. У технічних паспортах вказується тип термічної обробки, використаної під час виробництва скла, якщо така взагалі застосовувалася. В результаті на багатьох фотоелектричних установках по всьому світу реєструються раптові та надзвичайно регулярні випадки пошкодження скла на встановлених модулях, в основному на задніх скляних підкладках.

Вимірювання миттєвих випробувань двосторонніх великих модулів заслуговує на подальший розгляд при визначенні розподілу блоків живлення. Звичайний інтервал 5 Вт у технічних характеристиках для однієї і тієї ж серії модулів залишається незмінним, як і для перших фотоелектричних установок, коли панелі використовувалися втричі меншої потужності. Це може призвести до менш контрольованого розподілу номінальної потужності та сортування модулів за класами, особливо якщо в договорі поставки задіяно кілька номінальних значень (хоча виникає питання, чи дійсно потрібно більше однієї паспортної потужності), що часто призводить до зміни загальної кількості панелей для відповідності загальної закупівлі. потужності.

Приклади стандартних модулів з подвійним склом (DG), що використовувалися до (початок 2020-х рр.) та після (2022–2023 рр.) запуску великоформатних модулів.

Крім того, фактично не зовсім коректно встановлений стандарт похибки при тестуванні спалаху плюс-мінус 3%, що становить різницю в 16,5 Вт у модулі потужністю 550 Вт, може призвести до складнощів при пред'явленні гарантійних претензій щодо потужності та відхиленні результатів лабораторного контролю меншою. потужності перед відвантаженням, особливо, якщо умови тестування та критерії приймання були належним чином врегульовані в договорі поставки.

Нарешті, при вимірі більшого модуля просторова однорідність сонячних симуляторів повинна бути основною контрольною точкою, про яку слід повідомляти під час заводських перевірок, щоб уникнути систематичних помилок, що потенційно впливають на всю вихідну потужність, що закуповується. Аналогічним чином, використання більшої кількості та більших осередків може призвести до певного двостороннього розподілу коефіцієнта розсіювання, що визначає конструкцію фотоелектричної установки. Зазвичай виробники контролюють ці аспекти, особливо у нових виробничих цехах та лініях, які не потребують модернізації системи миттєвого тестування.

Логістичні проблеми.

Великі модулі більше важать і займають більше місця під час транспортування, що так чи інакше впливає на логістику. Наприклад, перехід від модуля потужністю 400 Вт на базі M6 до модуля потужністю 650 Вт на базі M12 означає збільшення площі поверхні на 30% та збільшення навантаження на упаковку та транспортування морським та наземним транспортом. Незважаючи на те, що вартість перевезення після кризи контейнерів знизилася, виробники модулів розробили інноваційні конструкції упаковки, щоб оптимізувати доставку великих модулів.
Було розглянуто два варіанти. Розміщення модулів у вертикальному розташуванні всередині коробки, що передбачає необхідність враховувати нові правила обігу та безпеки; і використання тонших алюмінієвих рам, навіть якщо площа модулів перевищувала 3 м2. Перевищення ваги також актуальне в деяких місцях через регламентовані обмеження на автомобільні перевезення, що призводить до ситуацій, коли наповнення контейнерів обмежене, але залишаються порожні місця всередині, які повинні бути заздалегідь заповнені за межами заводу.

Проблемні ситуації.

Крім вищезгаданих проблем, відразу після появи на ринку більших модулів на перший план вийшла ще одна проблема. А саме, наскільки сонячні трекери та інвертори підготовлені для роботи з цими пристроями?

Загальне управління значно більшими і важкими модулями, засноване на нижчих напругах і високих струмах, справді виявилося складним. Спочатку великі модулі призводили до проблематичних ситуацій, що вимагають перепроектування, оскільки версії на базі 400 Вт, що використовуються на етапах розробки, не були доступні вже через два роки після початку будівельних робіт.
На щастя, сьогодні це не є серйозною проблемою, якщо немає необхідності в модернізації чи переобладнанні, які вимагають переходу від набагато старіших конструкцій модулів до більших сонячних фотоелектричних панелей.
Що стосується інверторів постійного/змінного струму, можна впевнено сказати, що більшість виробників інверторів добре пристосувалися до управління високими значеннями струму. Високі струми більше не є серйозною проблемою, але необхідно звернути увагу на відповідність між максимально допустимим струмом на вході або датчиком максимальної потужності в стрінг-інверторі та максимальним струмом на виході модуля, включаючи двостороннє посилення.
У сонячних трекерів проблема викликана різними розмірами модулів та виробниками трекерів. Підрядники EPC прагнуть оптимізувати співвідношення ризику та витрат у контексті збільшення висоти конструкції та площі, схильної до впливу вітру, незалежно від використання конфігурацій орієнтації 1P або 2P.
Постачальники трекерів планують переглянути кілька змінних, щоб підвищити жорсткість конструкції та зменшити механічні аеропружні ефекти. Структурна жорсткість може бути підвищена за рахунок використання товстішого обладнання та арматури за певну плату. Механічні аеропружні ефекти, такі як галопування кручення за певних кутів нахилу навіть при помірній швидкості вітру, також можуть бути покращені. Випробування в аеродинамічній трубі не завжди доступні, і не всі лабораторії готові випробовувати більші модулі. А через урагани, пов'язані зі зміною клімату, проектування трекерів стає складнішим, ніж будь-коли.
Крім того, ефекти консольності та прогину модуля залишаються неконтрольованими та нерегульованими стандартами IEC/UL та посібниками виробників із встановлення, незалежно від використання панельних напрямних, затискачів або болтів у конструкції.

Нарешті, добре відомі унікальні вольт-амперні характеристики великих модулів уможливлюють розміщення довших ланцюжків модулів, потенційно оптимізуючи вартість проекту. Тим не менш, в деяких випадках ця функція може призвести до проблем з дизайном при спробі порівняти використання повних ланцюжків, наприклад, на основі 35 модулів з довжиною трекерного блоку.
Сьогодні можна з упевненістю сказати, що більші модулі залишаться як стандартні сонячні пристрої. Розробники, EPC-підрядники та технічні консультанти успішно вирішують проблеми, пов'язані з використанням великих панелей, але серед фахівців галузі існує думка, що зростання площі модулів має в якийсь момент припинитися, а виробники фотоелектричних модулів повинні стандартизувати свою продукцію, яку можна буде легко адаптувати до будь-якого обладнання BOS. Наступна ера негативно легованих елементів n-типу повинна прокласти шлях до створення високопотужних модулів, що ґрунтуються на ефективності пристрою, а не на його розмірах.