Panel Suria Bifacial Beri Potensi Output Kuantiti Berjumlah

Dari: 9 Mei, 2018, Diterbitkan dalam Artikel: Menguatkan, oleh Mike Rycroft, EE Publishers

Radiasi yang difikirkan dan meresap di bahagian belakang modul solar boleh meningkatkan output kuasa modul solar tanpa penambahbaikan kecekapan yang besar.

Dari segi sejarah, sel-sel solar bifakial (BF) disasarkan untuk membina aplikasi PV bersepadu atau di kawasan-kawasan di mana kebanyakan tenaga solar yang ada adalah sinar matahari yang meresap dari tanah dan benda-benda di sekelilingnya, iaitu lintang yang melampau dan kawasan rawan salji. Walau bagaimanapun, kombinasi kecekapan puncak dataran tinggi dari sel solar yang dicetak skrin standard dan pengurangan ketara dalam kos kaca solar dalam beberapa tahun kebelakangan ini menjadikan penggunaan enkapsulasi dua gelas (DG) yang berdaya maju telah menolak modul solar bifacial kembali ke perhatian [2] .

Tujuan teknologi BF bukan untuk meningkatkan kecekapan modul atau panel solar tetapi untuk menangkap lebih banyak tenaga solar setiap modul. Keuntungan sehingga 30% dijangka, bergantung kepada faktor-faktor seperti pemantulan permukaan tanah, ketinggian di atas tanah, sudut kecondongan dan beberapa yang lain. Radiasi yang diterima oleh modul ini terdiri daripada beberapa komponen:

1. Radiasi langsung dari matahari.

2. Radiasi radiasi tidak langsung yang disebabkan oleh zarah udara, awan dan lain-lain.

3. Radiasi radiasi dari permukaan yang dekat dengan modul solar.

Sinaran yang dicerminkan secara amnya tidak diambilkira dalam pengiraan tenaga solar. Ukuran radiasi merujuk kepada sumber radiasi di atas satah mendatar. Kaedah biasa mengukur radiasi matahari menggunakan pyranometer yang dipasang secara mendatar dan hanya mengukur radiasi di atas pesawat mendatar. Walaupun dalam konfigurasi condong, pyranometer tidak akan mengukur radiasi di bawah satah pengukuran (lihat Rajah 1).

Rajah 1: Pengukuran sinaran suria dengan pyranometer.

Radiasi radiasi boleh menyumbang sejumlah besar radiasi tetapi kebanyakannya tidak akan ditangkap dalam modul yang condong atau mendatar. Mengikat modul meningkatkan keamatan sinaran langsung tetapi menghalang sebahagian besar sinaran tidak langsung. Radiasi sinaran bersifat isoptropik, iaitu ia mempunyai nilai yang sama tanpa mengira sumbernya sedangkan radiasi yang diamati akan bergantung kepada sifat permukaan yang mengelilingi pelbagai suria, sudut array dan faktor-faktor lain. Panel depan akan menerima radiasi langsung dan meresap, nisbah bergantung pada sudut kecondongan panel.

Bahagian belakang modul akan menerima cahaya dari dua sumber:

·          Berdebar di lapangan: mencerminkan radiasi langsung dan meresap.

·          Radiasi radiasi: radiasi yang tidak tercermin langsung daripada sumber ricih.

Permukaan yang berlainan mencerminkan cahaya pada kadar yang berbeza dan sifat reflektif digambarkan oleh faktor albedo. Albedo menggambarkan pemantulan permukaan yang tidak bercahaya - ia ditentukan oleh nisbah antara cahaya yang dicerminkan dari permukaan dan sinaran sampingan. Lihat Jadual 1 untuk beberapa nilai albedo diukur [2]

Nisbah cahaya tersebar untuk mengarah cahaya akan berubah mengikut keadaan. Di bawah cahaya rendah disebabkan oleh awan, peratusan cahaya tersebar akan lebih tinggi daripada di bawah keadaan yang cerah dan keuntungan berbanding dengan PV monofasial boleh jadi lebih tinggi daripada di bawah keadaan cerah [5].

Pembinaan modul BF

Pembinaan sel

Sel-sel PV monoksida biasanya dibina dengan lapisan reflektif pada muka belakang sel untuk membolehkan penyerapan cahaya yang lebih baik pada permukaan depan. Foton yang tidak diserap di lapisan depan boleh diserap pada perjalanan pulang, jadi meningkatkan kecekapan sel. Ini bermakna bahawa foton yang bergerak dalam arah yang bertentangan dengan normal boleh menjana elektrik dan jika foton jatuh di bahagian belakang boleh dibenarkan memasuki sel, ia boleh digunakan dengan berkesan untuk menjana elektrik. Ini dicapai dengan membuang separuh lapisan reflektif, yang juga bertindak sebagai konduktor (lihat Rajah 2).

Rajah 2: Lampu yang dibayangkan pada bahagian belakang panel [3].

Pengurangan lapisan konduktif di belakang sel meningkatkan rintangan dan lebih banyak konduktor diperlukan di bahagian belakang sel daripada di depan untuk mengimbangi ini. Ini mengurangkan kawasan belakang sel yang tersedia untuk radiasi.

Pembinaan pelbagai jenis sel PV adalah lebih kompleks daripada yang ditunjukkan dan penukaran itu tidak semudah. Terdapat langkah lain yang diperlukan untuk membuat sel BF yang berfungsi dengan cekap. Beberapa reka bentuk telah muncul yang menggunakan prinsip BF. Kebanyakan melibatkan pengubahsuaian sel yang sedia ada, tetapi terdapat beberapa yang telah direka khusus sebagai sel BF.

Dua jenis pembinaan sel bifacial digunakan secara umum di pasaran: heterojunction dan sel belakang pemancar yang dilepaskan (PERC). Sel-sel Heterojunction menggunakan silikon monocrystalline sementara sel PERC terdapat dalam kedua-dua versi silikon mono dan polikristalin. Sel-sel bifacial adalah lebih kompleks untuk menghasilkan dan ini menambah kos modul.

Kecekapan pencahayaan belakang lebih rendah daripada pencahayaan depan, seperti yang ditunjukkan dalam Jadual 2. Hal ini sebahagian besarnya disebabkan oleh peningkatan kawasan yang ditempati oleh konduktor di belakang sel berbanding dengan depan.

Pembinaan modul

Panel silikon kristal monopoli (MF) biasanya dibungkus dalam encapsulant opaque di bahagian belakang tetapi kaedah ini tidak boleh digunakan dengan sistem BF. Modul ini mesti mempunyai permukaan telus dan depan yang memberikan kekuatan mekanikal. Di samping itu, sel mesti dilampirkan dalam lapisan bahan pelindung. Konfigurasi yang paling biasa yang digunakan adalah lapisan double kaca fotovoltaik melampirkan sel-sel yang terkandung dalam bahan polimer pelindung.

Sama ada bahan backsheet telus UV atau lapisan tambahan kaca solar diperlukan untuk membolehkan cahaya bersinar di belakang sel bifaksia. Dalam kebanyakan kes, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 4, pengilang memilih pakej gelas kaca di mana secara amnya meningkatkan ketahanan medan berbanding dengan pilihan kaca pada filem. Pakej kaca di atas kaca lebih tegar, yang mengurangkan tekanan mekanik pada sel semasa pengangkutan, pengendalian dan pemasangan, serta tekanan disebabkan oleh keadaan persekitaran seperti angin atau salji. Konfigurasi ini juga kurang telap untuk air, yang boleh mengurangkan kadar penurunan tahunan. Modul bifacial adalah tanpa frameless. Menghapus bingkai aluminium dengan berkesan mengurangkan peluang untuk degradasi berpotensi akibat (PID) [3].

Gambar 3: Perbezaan antara sel PV mono-facial dan bi-facial.

Pemasangan kaca dua (DG) mempunyai beberapa kelebihan:

·          Pengurangan mikrocacking, pengecutan dan kakisan kelembapan.

·          Suhu sel bawah.

·          Tidak ada degradasi berpotensi disebabkan oleh tiada bingkai logam yang memerlukan pembumian.

·          Kadar degradasi yang lebih rendah.

·          Penilaian flameproof yang lebih tinggi.

·          Kekuatan mekanikal yang lebih tinggi dan kurang melenturkan.

Produk pasaran

Jadual 3 menyenaraikan beberapa sistem BF yang terdapat di pasaran pada masa ini, dengan ciri-ciri mereka.

Parameter kepantasan

Beberapa parameter digunakan dalam industri untuk menggambarkan ciri-ciri modul solar BF.

Faktor kebergantungan

Ini adalah nisbah antara sisi belakang dan kecekapan sisi depan, atau nisbah bahagian depan kepada kuasa belakang diukur di bawah keadaan ujian standard.

Keuntungan bifacial

Ini adalah kuasa tambahan yang diperoleh dari belakang modul berbanding kuasa dari bahagian hadapan modul pada keadaan ujian standard. Pertambahan bifacial bergantung pada pemasangan (struktur, ketinggian, sudut kecondongan dan lain-lain) dan albedo dari permukaan tanah.

Rajah 4: Pembinaan modul BF kaca dua.

Keuntungan bifacial = ( 𝑌𝐵𝑖 - 𝑌 ) / 𝑌𝑀𝑜

di mana:

YB _i = Kuasa dari modul BF.

YM _o = Kuasa dari modul MF di bawah keadaan yang sama.

Albedo

Ini adalah nisbah cahaya yang dipantulkan dari permukaan ke cahaya kejadian dan berbeza-beza dengan jenis permukaan yang berlainan.

Rajah 5: Kesan ketinggian pada keuntungan BF. Albedo 80%, padang baris 2,5 m [4].

Nisbah perlindungan tanah

Ini adalah nisbah kawasan tanah yang diliputi oleh modul PV ke kawasan tanah yang diduduki oleh pemasangan. Nisbah ini mempunyai kesan ke atas cahaya yang tercermin dan boleh mempengaruhi prestasi panel BF.

Pemasangan optimum BF modul

Oleh kerana modul bifacial menyerap radiasi matahari dari kedua-dua belah pihak, ia membolehkan pelbagai pilihan kecondongan dan pemasangan dan sesuai untuk pemasangan kawasan atas, bumbung, padang pasir dan bersalji salji atau aplikasi di atas air. Sistem pemasangan direka untuk mengoptimumkan backscatter dan refleksi dari bumbung dan pemasangan pemasangan tanah meningkatkan struktur di atas tanah atau bumbung untuk menangkap lebih banyak cahaya yang bertaburan atau mencerminkan.

Ketinggian struktur dan jarak

Meningkatkan struktur di atas tanah meningkatkan jumlah sinaran yang menjangkau bahagian belakang panel dan meningkatkan prestasi dan keuntungan bifaki. Meningkatkan jarak antara barisan juga meningkatkan keuntungan bifaki (lihat Rajah 6).

Rajah 6: Sinaran pada panel BF yang dipasang secara menegak (Sanyo).

Peningkatan kenaikan seolah-olah meruncing pada ketinggian kira-kira 1 m. Meningkatkan ketinggian struktur mempunyai kesan yang sangat ketara pada susunan gunung bumbung, terutama di mana bumbung rata terlibat. Bahaya peningkatan beban angin boleh menjadi masalah. Beberapa pengeluar struktur pelekap telah menghasilkan struktur tinggi untuk pemasangan dan pemasangan bumbung.

Keuntungan yang diperoleh dengan ketinggian yang lebih tinggi boleh digunakan dengan baik dalam struktur terbuka seperti tempat letak kereta dan ruang penyimpanan udara terbuka, serta kawasan hiburan dan perhotelan. Pengekalan telus membolehkan beberapa cahaya menyaring melalui modul.

Panel BF berorientasikan vertikal

Salah satu aplikasi yang paling menarik untuk muncul dari array BF ialah kemungkinan array yang dipasang secara menegak. Panel BF yang dipasang secara tegas telah digunakan dengan berkesan pada masa lalu sebagai penghalang bunyi dan cahaya di lebuh raya. Panel dipasang secara menegak menduduki lebih kurang ruang daripada panel mendatar atau condong. Terdapat dua pilihan, orientasi utara-selatan klasik dan alternatif timur-barat.

Untuk memadankan permintaan tapak yang lebih baik dengan profil generasi PV sepanjang hari, terdapat trend untuk menggunakan orientasi panel timur-barat, di mana separuh daripada panel dimiringkan ke arah timur untuk mencipta puncak generasi pada waktu pagi dan separuh lagi dicondongkan ke arah barat ke membolehkan puncak generasi lain pada sebelah petang (lihat Rajah 7). Profil puncak dua ini dapat lebih sesuai dengan penggunaan elektrik di tapak, terutamanya untuk pemasangan kediaman dan komersial.

Rajah 7: Corak radiasi harian di modul BF timur-barat [5].

Pendekatan yang tidak konvensional ini boleh dilakukan satu langkah lagi jika digunakan secara vertikal dipasang timur-barat yang menghadapi modul bifacial digunakan, yang akan lebih daripada separuh jumlah modul yang diperlukan untuk pemasangan bersamaan. Konfigurasi ini sekali lagi akan menghasilkan dua puncak generasi tetapi juga akan mendapat manfaat daripada cahaya menyebar tambahan yang memasuki modul. Panel BF membolehkan orientasi timur-barat dipasang dengan berpotensi untuk menghasilkan pengeluaran tenaga yang lebih tinggi daripada panel monophacial.

Di orientasi utara-selatan, panel depan menerima radiasi langsung dan meresap dan belakang panel menerima radiasi tersebar. Dalam orientasi timur-barat dengan sisi bertentangan yang menghadap ke timur dan barat, kedua-dua pihak menerima sinaran langsung dan mencerminkan pada masa berlainan hari (lihat Rajah 7). Di tapak pertama, kaedah pelekap nampaknya tidak cekap, pada tengah hari, matahari berada pada sudut yang tepat ke panel dan tidak perlu ada output. Output yang ketara adalah disebabkan oleh hakikat bahawa kedua-dua permukaan depan dan belakang menerima jumlah maksimum sinaran dan radiasi yang dicerminkan.

Sinaran yang diterima oleh modul akan bergantung kepada sebahagian besarnya apabila pemantulan (albedo) objek berdekatan dan tanah. Ini adalah penting untuk modul menegak sekitar tengah hari pada musim panas, apabila sinaran sinaran langsung adalah paling sengit tetapi apabila sudut matahari bermakna sinar sinaran langsung yang diterima oleh modul adalah agak kecil. Panel bifacial menegak mengurangkan pengumpulan debu dan salji dan menyediakan dua puncak output pada siang hari, dengan puncak kedua sejajar dengan permintaan elektrik puncak (lihat Rajah 8).

Rajah 8: Perbandingan antara pilihan pemasangan [5].

Salah satu sebab untuk pengeluaran tenaga yang lebih besar adalah bahawa suhu modul timur-barat lebih rendah pada masa irradiance maksimum, berbanding modul berorientasikan selatan. Banyak rangkaian yang mempunyai penembusan yang tinggi di suria mempunyai lebihan tenaga pada waktu pengeluaran puncak tengah hari dan kekurangan semasa tempoh luar puncak. Pergeseran puncak dengan menggunakan orientasi Timur-barat gunung menegak untuk PV baru memberikan keluk pengeluaran tenaga yang lebih tinggi (lihat Rajah 9).

Prospek masa depan

Walaupun terdapat beberapa projek yang menggunakan modul BF, peratusan modul BF di pasaran sangat kecil pada masa ini tetapi dijangka meningkat dengan ketara pada masa akan datang apabila lebih banyak produk datang ke pasaran dan lebih banyak pemasangan dilakukan. Peningkatan peningkatan sehingga 30% dalam output dijangka jauh lebih menarik daripada peningkatan beberapa peratus peningkatan kecekapan yang mungkin dicapai dengan pembangunan teknologi.

Rajah 9: Pertumbuhan yang dijangkakan dalam penggunaan sel BF [1].

Rujukan

[1] T Dullweber, et al: "Bifacial PERC + sel suria: status pelaksanaan industri dan perspektif masa depan",     bifiPV2017 bengkel, Konstanz, Oktober 2017.
[2] W Herman: "Ciri-ciri prestasi modul PV bifacial dan pelabelan kuasa" , bifiPV2017 bengkel, Konstanz, Oktober 2017.
[3] D Brearly: "Sistem PV Bifacial", majalah Solarpro Isu 10.2, Mac / Apr '17
[4] Solarworld: " Bagaimana untuk memaksimumkan hasil tenaga dengan teknologi bifacial", kertas Putih SW9001US 160729
[5] EPRI: "Modul PV solar Bifacial", www.epri.com