Kimden: 9 Mayıs 2018, Makalelerde Yayınlandı: Energize, Mike Rycroft, EE Publishers
Güneş modüllerinin arka tarafındaki yansıyan ve yayılan radyasyon, güneş enerjisi modüllerinin güç çıkışını büyük verimlilik iyileştirmeleri olmadan artırabilir.
Tarihsel olarak, bifacial (BF) güneş pilleri, entegre PV uygulamaları inşa etmeyi ya da mevcut güneş enerjisinin çoğunun yerden ve çevredeki cisimlerden, yani aşırı enlemler ve kar eğilimli bölgelerden sıçrayan dağınık güneş ışığı olduğu alanlarda hedef alındı. Bununla birlikte, standart ekrana basılmış güneş pillerinden plato zirve verimliliklerinin ve son yıllarda güneş camı maliyetindeki önemli düşüşlerin bir araya gelmesi çift cam (DG) kapsüllemesi uygulanabilir hale getirerek çift yüzeyli güneş modüllerini tekrar spot ışığına itmiştir [2]. .
BF teknolojisinin amacı, güneş modülünün veya panelin verimliliğini artırmak değil, modül başına daha fazla güneş enerjisi yakalamaktır. Zemin yüzeyinin yansıtıcılığı, yerden yüksekliği, eğim açısı ve diğerleri gibi faktörlere bağlı olarak% 30'a varan kazançlar tahmin edilir. Modül tarafından alınan radyasyon birkaç bileşenden oluşur:
1. Güneşten gelen doğrudan radyasyon.
2. Hava parçacıkları, bulutlar ve diğerlerinden kaynaklanan dolaylı dağınık radyasyon.
3. Güneş modülüne yakın yüzeylerden yansıyan radyasyon.
Yansıyan radyasyon genellikle güneş enerjisi hesaplamalarında dikkate alınmaz. Diffüz radyasyon ölçümleri, yatay düzlemin üstündeki radyasyon kaynaklarını ifade eder. Güneş ışınımını ölçmenin genel yöntemi, yatay olarak monte edilmiş bir piranometre kullanır ve sadece yatay düzlemin üstündeki ışınımı ölçer. Eğik bir konfigürasyonda bile, piranometre ölçüm düzleminin altındaki radyasyonu ölçmez (bkz. Şekil 1).
Şekil 1: Bir piranometre ile güneş ışınımının ölçülmesi.
Yaygın radyasyon, toplam radyasyonun önemli bir miktarına katkıda bulunabilir, ancak bunun çoğu eğik veya yatay olarak monte edilmiş bir modülde yakalanmayacaktır. Modülü yatırmak doğrudan radyasyonun yoğunluğunu arttırır, ancak dolaylı radyasyonun büyük bir bölümünü bloke eder. Dağınık radyasyon doğada izoptropiktir, yani kaynağa bakılmaksızın aynı değere sahiptir, oysa yansıyan radyasyon güneş dizisini çevreleyen yüzeyin doğasına, dizinin açısına ve diğer faktörlere bağlı olacaktır. Ön panel, panelin eğim açısına bağlı olarak, hem doğrudan hem de dağınık radyasyon alacaktır.
Modülün arka tarafı iki kaynaktan ışık alır:
· Yakın alan saçılımı: doğrudan ve dağınık ışınımı yansıtır.
· Yayınım ışınımı: doğrudan dağınık kaynaklardan yansıtılmamış ışınım.
Farklı yüzeyler ışığı farklı oranlarda yansıtır ve yansıtıcı özellikler albedo faktörü ile tanımlanır. Albedo, aydınlık olmayan bir yüzeyin yansıtıcılığını tanımlar - yüzeyden yansıyan ışık ile rastlantısal radyasyon arasındaki oranla belirlenir. Ölçülen albedo'nun bazı değerleri için Tablo 1'e bakınız [2]
Tablo 1: Çeşitli yüzeyler için Albedo değerleri [4]. | |
Yüzey tipi | aklık |
Yeşil alan (çim) | % 10 - 25 |
Beton | % 20 - 40 |
Beyaz boyalı beton | % 60 - 80 |
Beyaz çakıl | % 27 |
Beyaz çatı malzemesi | % 56 |
Gri çatı zarı | % 62 |
Beyaz çatı membranı | % 80 |
Kum | % 20 - 40 |
Beyaz kum | % 60 |
Kar | % 45 - 95 |
Su | % 8 |
Yaygın ışığın doğrudan ışığa oranı şartlara göre değişecektir. Bulut nedeniyle düşük ışınım altında, dağınık ışığın yüzdesi, güneşli şartlar altında olduğundan daha yüksek olacaktır ve bu nedenle monofasiyal PV ile karşılaştırıldığında kazanç güneşli şartlar altında olduğundan daha yüksek olabilir [5].
BF modüllerinin yapımı
Hücre yapımı
Monofacial PV hücreleri, genellikle ön yüzeye düşen ışığın daha iyi emilmesini sağlamak için hücrenin arka yüzünde yansıtıcı bir katmanla oluşturulur. Ön tabaka içinde emilmeyen fotonlar, dönüş yolculuğunda emilebilir, böylece hücrenin verimliliği artar. Bu, normale ters yönde hareket eden fotonların elektrik üretebileceği ve arka yüzüne düşen fotonların hücreye girmesine izin verilebilmesi durumunda, elektrik üretmek için etkili bir şekilde kullanılabileceği anlamına gelir. Bu, aynı zamanda iletken olarak da hareket eden yansıtıcı katmanın kısmen çıkarılmasıyla elde edilir (bkz. Şekil 2).
Şekil 2: Panelin arkasındaki yansıyan ışık [3].
Hücrenin arkasındaki iletken tabakanın azaltılması direnci arttırır ve bunu telafi etmek için hücrenin arkasında daha fazla iletken gerekir. Bu, radyasyon için mevcut olan hücrenin arkasındaki alanı azaltır.
Farklı tip PV hücrelerinin yapısı gösterilenden daha karmaşıktır ve dönüşüm o kadar basit değildir. Verimli çalışan bir BF hücresi yapmak için gerekli başka adımlar vardır. BF prensibini kullanan birkaç tasarım ortaya çıkmıştır. Çoğu mevcut hücrelerin modifikasyonunu içerir, ancak özellikle BF hücreleri olarak tasarlanmış birkaç tane vardır.
İki tür bifacial hücre yapısı piyasada yaygın olarak kullanılmaktadır: heterojunction ve pasifleştirilmiş yayıcı arka hücre (PERC). Heterofonksiyon hücreleri monokristal silisyum kullanırken, PERC hücresi hem mono hem polikristal silikon versiyonlarında mevcuttur. Bifakial hücrelerin üretimi daha karmaşıktır ve bu da modülün maliyetine katkıda bulunur.
Arka aydınlatmanın etkinliği, Tablo 2'de gösterildiği gibi ön aydınlatmaya göre daha düşüktür. Bu, büyük ölçüde hücrenin arkasındaki iletkenlerin ön tarafa göre işgal ettiği alanın artmasından kaynaklanmaktadır.
Tablo 2: Birkaç BF solar modülünün ön ve arka verimleri [1]. | ||
Ürün | Ön verimlilik% | Arka verimlilik% |
ISFH | 21,5 | 16,7 |
Jinko solar | 20,7 | 13,9 |
Longi solar | 21,6 | 17,3 |
Büyük güneş enerjisi | 20,7 | 13,9 |
Modül yapımı
Monofacial (MF) kristalimsi silikon paneller genellikle arkada opak kapsülleyici içine alınır, ancak bu yöntem BF sistemlerinde kullanılamaz. Modül, mekanik dayanım sağlayan şeffaf arka ve ön yüzeylere sahip olmalıdır. Ek olarak, hücreler koruyucu bir malzeme katmanına yerleştirilmelidir. Kabul edilen en yaygın konfigürasyon, koruyucu bir polimer materyalin içine alınmış hücreleri içine alan çift katmanlı bir fotovoltaik cam tabakasıdır.
Işığın iki yüzeyli bir hücrenin arkasında parlamasını sağlamak için UV-dirençli bir şeffaf arka tabaka malzemesi veya ek bir solar cam tabakası gerekir. Çoğu durumda, Şekil 4'te gösterildiği gibi, üreticiler film üzerindeki cam seçenekleriyle karşılaştırıldığında genel olarak alan dayanıklılığını artıran bir cam üstü cam paketi tercih ederler. Cam üzerindeki cam ambalaj daha serttir, bu da taşıma, taşıma ve kurulum sırasında hücrelerde meydana gelen mekanik gerilimi ve ayrıca rüzgar veya kar gibi çevresel koşullar nedeniyle oluşan stresi azaltır. Yapılandırma aynı zamanda suya daha az geçirgendir ve bu da yıllık bozulma oranlarını azaltabilir. Bifacial modüller çerçevesizdir. Alüminyum çerçevenin ortadan kaldırılması, potansiyel kaynaklı bozulma (PID) için fırsatları azaltır [3].
Şekil 3: Tek yüz ve çift yüz PV hücreleri arasındaki fark.
Çift cam (DG) montajının birçok avantajı vardır:
· Mikro çatlama, delaminasyon ve nem korozyonunda azalma.
· Düşük hücre sıcaklığı.
· Topraklama gerektiren metal bir çerçeve olmadığından potansiyel kaynaklı bozulma yoktur.
· Düşük bozulma oranı.
· Yüksek alevlenme derecesi.
· Daha yüksek mekanik dayanım ve daha az esneme.
Market ürünleri
Tablo 3, şu an piyasada mevcut olan bazı BF sistemlerini, özellikleri ile birlikte listelemektedir.
Tablo 3: BF solar PV modül karakteristikleri . | ||||
Ürün | tip | Değerlendirme (Wp) | Sıfır BF kazancında verim (%) | % 30 BF kazancında verimlilik (%) |
Jinko solar Eagle Dual 72 | Polycrystaline | 315 | 16,13 | 20969 |
Kanadalı Güneş BiKu | Polycrystaline | 350 | 17,54 | 22,8 |
JA solar JAN60D00 | Monocrystaline | 290 | 17,3 | 22,49 |
Trina solar Duomax | Monocrystaline | 285 | 17,2 | 22,36 |
Yingli Panda 144HCF | Monocrystaline | 360 | 17,6 | 22,88 |
Performans parametreleri
BF güneş modüllerinin özelliklerini tanımlamak için sektörde çeşitli parametreler kullanılmaktadır.
Bifaciality faktörü
Bu, standart test koşullarında ölçülen arka taraf ile ön taraf verimleri arasındaki oran veya önün arka güç oranıdır.
Bifacial kazanç
Bu, standart test koşullarında modülün ön tarafından sağlanan güçle karşılaştırıldığında modülün arkasından elde edilen ek güçtür. İki yüzeyli kazanç, montaja (yapı, yükseklik, eğim açısı ve diğerleri) ve zemin yüzeyinin albümüne bağlıdır.
Şekil 4: Bir çift cam BF modülünün yapısı.
Bifacial kazanç = ( 𝑌𝐵𝑖 - 𝑌 ) / 𝑌𝑀𝑜
nerede:
YB i = BF modülünden gelen güç.
YM o = Aynı koşullarda bir MF modülünden gelen güç.
aklık
Bu, bir yüzeyden gelen ışığa yansıyan ışığın oranıdır ve farklı yüzey türlerine göre değişir.
Şekil 5: Yüksekliğin BF kazancı üzerindeki etkisi. Albedo% 80, sıra aralığı 2,5 m [4].
Zemin kapsama oranı
Bu, PV modülleri tarafından kapsanan topraklama alanının, tesisat tarafından kullanılan toplam zemin alanına oranıdır. Bu oran, yansıyan ışık üzerinde bir etkiye sahiptir ve BF panelinin performansını etkileyebilir.
BF modüllerinin optimum montajı
İki fazlı modüller her iki taraftan da güneş ışınımını emdikleri için, çeşitli eğme ve kurulum seçeneklerine izin verir ve yüksek zemin, çatı, çöl ve karlı alan kurulumları veya su uygulamaları için idealdir. Sırtlığı ve çatıları ve yere monteli kurulumları yansıtmak için tasarlanmış montaj sistemleri, daha fazla dağılmış veya yansıyan ışığı yakalamak için zemini veya çatının üstündeki yapıyı yükseltir.
Yapı yüksekliği ve aralığı
Yapının zeminden yükseltilmesi, panelin arkasına ulaşan radyasyon miktarını arttırır ve böylece performansı ve iki yüzeyli kazancı arttırır. Sıralar arasındaki boşluğun arttırılması da çift yüzeyli kazancı iyileştirir (bkz. Şekil 6).
Şekil 6: Dikey olarak monte edilmiş BF panelinde (Sanyo) radyasyon.
Kazanç artışı, yaklaşık 1 m yükseklikte düzleşmiş görünüyor. Yapının yüksekliğinin arttırılması, özellikle düz çatıların bulunduğu çatı montaj dizileri üzerinde çok belirgin bir etkiye sahiptir. Artan rüzgar yükü tehlikesi bir sorun olabilir. Birkaç montaj yapısı üreticisi hem zemin hem de çatı tesisatı için yüksek yapılar üretti.
Yükseklikle elde edilen kazançlar, otoparklar ve açık hava depoları, açık hava eğlence alanları ve eğlence ve ağırlama alanları gibi açık saçak tipi yapılarda iyi bir şekilde kullanılabilir. Şeffaf kapsülleyici, ışığın modülden süzülmesine izin verir.
Dikey olarak yönlendirilmiş BF panelleri
BF dizisinden ortaya çıkan en ilginç uygulamalardan biri dikey monte edilmiş bir dizinin olasılığıdır. Dikey olarak monte edilmiş BF panelleri geçmişte, otoyollardaki ses ve ışık bariyerleri olarak etkin bir şekilde kullanılmıştır. Dikey olarak monte edilmiş bir panel, yatay veya yatırılmış bir panelden çok daha az yer kaplar. İki seçenek vardır, klasik kuzey-güney yönü ve alternatif doğu-batı yönü.
Gün boyunca PV üretim profilleri ile sahadaki talebi daha iyi eşleştirmek için, panellerin yarısının doğuya doğru eğildiği, sabahları bir üretim zirvesi oluşturmak için doğu-batı panel oryantasyonunu kullanma eğilimi vardır ve kalan yarısı batıya doğru eğilir. öğleden sonra başka bir nesil zirveye izin verin (bkz. Şekil 7). Bu çift tepe profili, özellikle konut ve ticari tesisler için, yerinde elektrik kullanımıyla daha iyi eşleşebilir.
Şekil 7: Doğu-batı BF modüllerinde günlük radyasyon paterni [5].
Bu geleneksel olmayan yaklaşım, dikey olarak monte edilmiş doğu-batıya bakan iki yüzeyli modüller kullanılırsa bir adım daha ileri gidebilir, bu da eşdeğer bir kurulum için gereken modül sayısını yarıya indirir. Bu konfigürasyon yine iki kuşak tepe üretecektir ancak modüle giren ilave dağınık ışıktan da faydalanacaktır. BF panelleri, monofasiyal panellere göre daha yüksek enerji üretimi sağlama potansiyeli olan dikey monte edilmiş doğu-batı yönlendirmesine izin verir.
Kuzey-güney yönünde, ön panel doğrudan ve dağınık radyasyon alır ve panelin arkası da dağınık radyasyon alır. Karşı taraflar doğu ve batıya bakacak şekilde doğu-batı yönünde, iki taraf da günün farklı saatlerinde doğrudan ve yansıyan radyasyon alır (bkz. Şekil 7). İlk yerde, montaj yöntemi verimsiz gözüküyor, öğlen saatlerinde olduğu gibi, güneş panellere dik açı yapıyor ve hiç çıkış olmamalı. Önemli çıktı, hem ön hem de arka yüzeylerin maksimum miktarda dağınık ve yansıtılmış radyasyon almasından kaynaklanmaktadır.
Bir modül tarafından alınan radyasyon, büyük ölçüde yakındaki nesnelerin ve toprağın yansıtıcılığına (albedo) bağlı olacaktır. Bu, özellikle yaz aylarında öğlen etrafındaki dikey modüller için, doğrudan ışın güneş ışığının en yoğun olduğu, ancak güneşin açısının, modüller tarafından alınan doğrudan ışın güneş ışığının nispeten küçük olduğu anlamına gelmesi durumunda önemlidir. Dikey bir çift yüzeyli panel, toz ve kar birikimini azaltır ve gün içinde iki tepe tepe noktası sağlar; ikinci tepe noktası, en yüksek elektrik talebine göre ayarlanır (bkz. Şekil 8).
Şekil 8: Montaj seçenekleri arasındaki karşılaştırma [5].
Daha fazla enerji üretiminin nedenlerinden biri, doğu-batı modülünün sıcaklığının, maksimum ışıma sırasında, güney odaklı modüle kıyasla daha düşük olmasıdır. Yüksek güneş penetrasyonuna sahip birçok ağ, gün ortasında en yüksek üretim sürelerinde enerji fazlasına ve yoğun olmayan dönemde bir kıtlığa sahiptir. Yeni PV için dikey montaj doğu-batı yönelimi kullanarak tepe noktalarının kaydırılması, daha eşit bir enerji üretim eğrisi verir (bkz. Şekil 9).
Gelecek görünüşü
BF modüllerini kullanan birkaç proje olmasına rağmen, şu anda pazardaki BF modüllerinin yüzdesi çok küçüktür, ancak daha fazla ürün pazara geldikçe ve daha fazla kurulum yapıldığında gelecekte önemli ölçüde artması beklenmektedir. Üretimde% 30'a varan oranda olası bir iyileşmenin, teknoloji geliştirme ile elde edilebilecek verimdeki az sayıdaki puan artışından çok daha çekici olması beklenmektedir.
Şekil 9: BF hücre kullanımında beklenen büyüme [1].
Referanslar
[1] T Dullweber ve diğerleri: “Bifacial PERC + güneş pilleri: endüstriyel uygulamanın durumu ve gelecek perspektifi”, bifiPV2017 çalıştayı, Konstanz, Ekim 2017.
[2] W Herman: “ Çift yüzeyli PV modüllerinin performans özellikleri ve güç etiketlemesi” , bifiPV2017 atölyesi, Konstanz, Ekim 2017.
[3] D Brearly: “Bifacial PV Systems”, Solarpro dergisi Sayı 10.2, Mar / Nis '17
[4] Solarworld: “ Çift yüzeyli teknolojiyle enerji verimi nasıl en üst düzeye çıkarılır”, Beyaz Kitap SW9001US 160729
[5] EPRI: “Bifacial solar PV modülleri”, www.epri.com