Źródło: roedl.com
Oprócz możliwości osiągnięcia obniżonego uśrednionego kosztu energii (LCOE), dwustronne moduły fotowoltaiczne oferują nowe możliwości instalacji i marketingu. To z kolei wiąże się z powiązanymi zaletami, takimi jak dodatkowe plony i wyższe gęstości mocy. Ponadto, ze względu na ich specjalny profil wytwarzania energii, pionowo montowane dwustronne moduły oferują korzyści cenowe w zakresie energii elektrycznej w czasach, gdy energia elektryczna musi być sprzedawana bez wsparcia EEG i mogą pomóc odblokować nowe zastosowania w obszarach, które w innym przypadku byłyby niedostępne.
Informacje podstawowe
Zasadniczo dwustronne moduły fotowoltaiczne (PV) to po prostu moduły PV, których pełny tylny styk został zastąpiony stykiem odcisku palca. Oznacza to, że również tylna część panelu może być wystawiona na promieniowanie słoneczne i może być używana do produkcji energii. Ilość promieniowania słonecznego, która zostanie odebrana przez tylną część panelu, zależy przede wszystkim od współczynnika odbicia otaczającej powierzchni i sposobu montażu modułów. Tak zwana wartość albedo jest miarą tego, jak dobrze powierzchnia odbija promieniowanie słoneczne. Na przykład wartość albedo wynosi ok. 10% dla wysokiego słońca nad głęboką wodą, 10% - 30 % dla łąk i do 75% - 95 % dla świeżo opadłego śniegu.1Wartość albedo otaczającej powierzchni jest istotnym czynnikiem wpływającym na zysk (patrz ilustracja)2).
Innym czynnikiem jest tzw. „współczynnik bifacialności”, który jest miarą tego, ile energii wytworzy tylna część panelu w porównaniu do przedniej części panelu. Obecnie w modułach bifacialności współczynniki bifacialności zwykle mieszczą się w zakresie od 70% do 95%. Na przykład współczynnik bifacialności wynoszący 95% oznacza, że w tych samych warunkach tył wytworzy tylko 95% energii wytworzonej przez przód. Ale ostatecznie liczy się zysk wydajności, a tutaj, jeśli obiekt jest korzystnie zlokalizowany w idealnych warunkach instalacyjnych (wysoka wartość albedo, np. śnieg lub jasna powierzchnia dachu, idealna orientacja, brak zacienienia), możliwe wartości zysku wydajności mogą mieścić się w zakresie od 30% do 50% rocznie.3W Niemczech natomiast należy się spodziewać, że wzrost wydajności będzie się wahał od 5% do 15% rocznie, w zależności od konstrukcji systemu i powierzchni pod modułem.
Podstawowe rozważania na temat wpływu albedo na wzrost plonów
Innowacyjne projekty systemów
Co jest szczególnego w modułach bifacjalnych, to to, że oprócz zysków wydajnościowych generowanych od strony tylnej, ten typ modułu oferuje również inne opcje instalacji. Z pewnością najbardziej radykalną zmianą w porównaniu do konwencjonalnych paneli jest instalacja pionowa. Najczęstszym jest orientacja paneli wschód/zachód. Wiąże się to z dwiema głównymi różnicami w porównaniu do konwencjonalnego układu.
Przede wszystkim układ pionowy wiąże się ze zmienionym profilem produkcji. Zamiast pojedynczego maksimum w południe, teraz produkowane są dwa szczyty: jeden rano i jeden po południu, chociaż produkcja po południu pozostaje stosunkowo wysoka. Oprócz faktu, że kilka porównywalnych elektrowni generuje wzrosty wydajności na poziomie od 5% do 10%, prawdziwą zaletą jest to, że teraz wytwarza się więcej energii elektrycznej przy ogólnie rosnących cenach na rynku spot. W Niemczech i na całym świecie można zauważyć, że coraz więcej elektrowni jest planowanych lub budowanych bez wsparcia EEG.4 W przypadku tych elektrowni przyszła cena energii elektrycznej notowana na giełdzie energii elektrycznej będzie miała znaczenie dla rozważań dotyczących rentowności. Możliwość uniknięcia tzw. „efektu kanibalizacji” (tj. spadku ceny szczytu w południe nawet do poziomu cen ujemnych) elektrowni fotowoltaicznych może stać się czynnikiem decydującym. Analiza hiszpańskiego rynku energii elektrycznej wyraźnie ilustruje kontrowersyjny charakter problemu niesubsydiowanych cen energii elektrycznej.5
Instalacja konwencjonalna a pionowa: profil wytwarzania energii i ceny na rynku spot na dzień 26/05/2017; Źródło:/Next2Sun
Kolejną znaczącą różnicą jest zmiana w użytkowaniu gruntów. W porównaniu do paneli montowanych konwencjonalnie, moduły bifacjalne montowane pionowo wymagają znacznie większego odstępu między rzędami, aby uniknąć nadmiernego samozagęszczania. Z jednej strony prowadzi to do niższych wskaźników wykorzystania gruntów, a z drugiej strony to właśnie większy odstęp między rzędami pomaga ziemi pozostać użyteczną do celów rolniczych, przynajmniej z pewnymi ograniczeniami. Ostatecznie utrzymanie produktywności rolniczej oznacza możliwość obniżenia kosztów dzierżawy gruntów w porównaniu do konwencjonalnych elektrowni, a tym samym możliwość przeciwdziałania rosnącemu problemowi zużycia gruntów w oparciu o innowacyjny model współpracy. Ponieważ deweloperzy projektów zazwyczaj dążą raczej do osiągnięcia maksymalnej zainstalowanej mocy, aby zoptymalizować marże przy sprzedaży elektrowni, ta koncepcja będzie bardziej interesująca dla dostawców energii. W ten sposób można rozwiać powszechne wątpliwości dotyczące zużycia gruntów. Tutaj interesująca jest koncepcja współpracy ze spółdzielniami rolniczymi, które posiadają ogromne obszary ziemi, np. we wschodnich Niemczech.
Kolejną zaletą montażu pionowego jest minimalizacja strat spowodowanych gromadzeniem się śniegu na powierzchni
powierzchni modułów. Ponadto, według wstępnych badań, straty spowodowane zanieczyszczeniem są znacznie niższe (co jest istotne w obszarach pustynnych).6
Przydatność modułów bifacjalnych do stosowania w niektórych typach elektrowni zależy nie tylko od faktu, że obie strony panelu są używane, ale także od przejrzystości modułu szkło-szkło. Dlatego też są one najbardziej odpowiednie do montażu w wiatach samochodowych, na ekranach akustycznych, jako elementy budynków, w pływających instalacjach fotowoltaicznych.7oraz w wyżej wymienionym Agro PV.
Struktura kosztów i przychodów
Dla celów porównawczych analiza struktury kosztów i przychodów uwzględnia konwencjonalną konstrukcję elektrowni fotowoltaicznych o optymalnym nachyleniu, skierowanych na południe.
Uważny czytelnik doszedł już do wniosku, że instalacja modułów bifacjalnych wymaga mniejszej liczby modułów ze względu na wyższą wydajność właściwą. To zmniejsza koszty instalacji, BoS i dzierżawy gruntów.
Natomiast ceny modułów są wyższe, obecnie o około 10%, co jednak mogłoby się również zrównać w dłuższej perspektywie. Powodem tego jest fakt, że proces produkcji jest bardzo podobny do procesu produkcji modułów konwencjonalnych3. Obecnie globalne moce produkcyjne są raczej zorientowane na moduły jednostronne. Dlatego efekt redukcji cen wynikający z ekonomii skali nie miał jeszcze tak silnego wpływu na moduły dwustronne.
Należy jednak zbadać indywidualnie, jaki typ modułu i jaką metodę instalacji wybrać dla poszczególnych projektów. Jeśli energia elektryczna jest sprzedawana poza systemem EEG, rozsądne jest – oprócz określenia LCOE – przygotowanie długoterminowej prognozy cen energii elektrycznej w celu określenia wartości wytworzonej energii elektrycznej.
W przypadku pionowo montowanych modułów bifacjalnych, konkretne koszty inwestycyjne są wyższe o ok. 10% - 20%, a koszty dzierżawy gruntów są mniej więcej dwukrotnie wyższe ze względu na większe zapotrzebowanie na ziemię. W przypadku kosztów dzierżawy gruntów możliwe są redukcje kosztów, w zależności od tego, czy działka nadaje się do celów rolniczych i czy możliwe jest jej dalsze użytkowanie. Natomiast moduły bifacjalne oferują o ok. 5% do 10% wyższe plony i wyższe przychody ze sprzedaży energii elektrycznej w okresach wyższych cen energii elektrycznej. Ponadto oczekuje się, że wykorzystanie modułów szkło-szkło doprowadzi do dłuższej eksploatacji
życie.9
Pozytywna prognoza dla udziału w rynku bifacjalnym
Zakłada się, że moduły bifacjalne będą zyskiwać na znaczeniu na całym świecie. Prognozy wahają się od 20% w
202610 do 40% w roku 2025.11Oprócz różnicy w cenie trudności wynikają również z faktu, że kwestia bifacial STC nie została jeszcze rozwiązana. Inne problemy to czyszczenie tylnej części paneli i powstawanie gorących punktów spowodowanych przez konstrukcję montażową. Pozytywne jest to, że czasy dostawy modułów bifacialnych zostały znormalizowane, a symulacje wydajności dają wiarygodne wartości.
Wnioski: Elektrownie fotowoltaiczne dwustronne z nowym projektem systemu i analizami biznesowymi
Moduły dwustronne PV generują więcej energii na tej samej powierzchni modułu poprzez aktywną słonecznie tylną część panelu ze względu na odbicie otaczającej powierzchni. Przy kosztach instalacji i BoS na tym samym poziomie prowadzi to do wyższej wydajności, która zwykle przewyższa wyższy koszt modułów dwustronnych. Ponadto moduły dwustronne są przeznaczone do stosowania w ekranach akustycznych, pływających elektrowniach PV i montowanych pionowo
Systemy PV. Ponieważ dzięki elektrowniom montowanym pionowo ziemia może być nadal wykorzystywana do celów rolniczych, eliminuje to kontrowersyjną kwestię zużycia ziemi12i tym samym zwiększa szansę na uzyskanie stosownych pozwoleń. Jednocześnie profil produkcyjny tego typu elektrowni obiecuje wyższe zyski na giełdzie energii elektrycznej, co jest szczególnie atrakcyjne w przypadku elektrowni eksploatowanych poza systemem wsparcia EEG. Dlatego też zasadniczo w każdym przypadku wskazane jest rozważenie modułów PV bifacial i ich pionowego montażu w przyszłych projektach.
________________________________________________________________
1 Dobos, E. (1996) „Albedo”, Engineering (Londyn), 237(7), s. 21. doi: 10.1081/E-ESS
2 Dupeyrat i in., 2014; Badania nad zależnością albedo wydajności fotowoltaiki bifacjalnej
3 Guo, S., Walsh, TM i Peters, M. (2013) „Montowane pionowo dwustronne moduły fotowoltaiczne: globalna analiza”, Energy, 61, s. 447–454. doi:10.1016/j.energy.2013.08.040
Yusufoglu, UA, Pletzer, TM, Koduvelikulathu, LJ, Comparotto, C., Kopecek, R. i Kurz, H. (2015a) „Analiza rocznej wydajności bifacjalnej
„Moduły i metody optymalizacji”, IEEE Journal of Photovoltaics, 5(1), s. 320–328. doi: 10.1109/JPHOTOV.2014.2364406
Shoukry, I. (2015) Moduły bifacialne – symulacja i eksperyment. Uniwersytet w Stuttgarcie
4 https://www.pv-magazine.de/2019/03/04/enbw-plant-photovoltaik-anlagen-mit-400-megawatt-ohne-foerderung-in-deutschland/
5 https://www.pv-magazine.de/2019/03/01/photovoltaik-in-spanien-kurzer-ueberblick-ueber-einspeisetarife-sowie-projektentwicklung-und-finanzierung-von-freiflaechenanlagen/
6 Rabanal-Arabach, J., Mrcarica, M., Schneider, A., Kopecek, R. i Heckmann, M. (2016) „Potrzeba bezramowych konstrukcji montażowych do pionowego montażu dwustronnych modułów fotowoltaicznych”, w 32. konferencji EU PVSEC
7 „Floating PV – Pływające ogniwa fotowoltaiczne jako nowy trend” (EnEws: Wydanie luty 2019)
8 Na podstawie webinarium PV Magazin z dnia 25.10.2018 r.; Slajdy można pobrać pod adresem: https://16iwyl195vvfgoqu3136p2ly-wpengine.netdna-ssl.com/wp-content/uploads/2018/10/2018-10-25-Bifacial-Webinar-SOLTEC.pdf
9 Następna2Niedziela
10 Międzynarodowa mapa drogowa technologii fotowoltaicznych (ITRPV), marzec 2019 r. [Dane dotyczące „prawdziwej technologii bifacial”]
11 https://www.bloomberg.com/news/articles/2018-05-17/uwaga-o-dwustronnych-panelach-slonecznych-znikajacych-w-chinach
12 https://www.pv-magazine.de/2019/03/04/fdp-politiker-photovoltaik-anlagen-in-unseren-regionen-sind-verbrechen-an-der-menschheit/
