Paneli Solar Deuol Rhoi Potensial Allbwn Pŵer Mwy

O: Mai 9, 2018, Cyhoeddwyd yn Erthyglau: Energize, gan Mike Rycroft, EE Publishers

Gall ymbelydredd myfyriol a gwasgaredig ar gefn modiwlau solar gynyddu allbwn pŵer modiwlau solar heb welliannau effeithlonrwydd mawr.

Cafodd celloedd solar deuol (BF) hanesyddol eu targedu at adeiladu cymwysiadau PV integredig neu mewn ardaloedd lle mae llawer o'r ynni solar sydd ar gael yn olau haul gwasgaredig sydd wedi bownsio oddi ar y ddaear a'r gwrthrychau cyfagos, hy lledredau eithafol a rhanbarthau sy'n dueddol o fod yn eira. Fodd bynnag, mae'r cyfuniad o arbedion effeithlonrwydd brigdorri o gelloedd solar wedi'u hargraffu ar y sgrîn safonol a gostyngiadau sylweddol yng nghost gwydr solar yn y blynyddoedd diwethaf gan wneud defnydd o amgáu gwydr deuol (DG) yn hyfyw wedi gwthio modiwlau solar deuol yn ôl i'r sbotolau [2] .

Nod technoleg BF yw peidio â chynyddu effeithlonrwydd y modiwl neu'r panel solar ond dal mwy o ynni solar fesul modiwl. Rhagwelir enillion o hyd at 30%, yn dibynnu ar ffactorau fel adlewyrchiad arwyneb y ddaear, uchder uwchben y ddaear, ongl gogwydd a nifer o rai eraill. Mae'r ymbelydredd a dderbynnir gan y modiwl yn cynnwys sawl cydran:

1. Pelydriad uniongyrchol o'r haul.

2. Pelydriad gwasgaredig anuniongyrchol a achosir gan ronynnau aer, cymylau ac eraill.

3. Pelydriad wedi'i adlewyrchu o arwynebau yn agos at y modiwl solar.

Yn gyffredinol, ni ystyrir ymbelydredd wedi'i adlewyrchu mewn cyfrifiadau ynni solar. Mae mesuriadau ymbelydredd gwasgaredig yn cyfeirio at ffynonellau ymbelydredd uwchlaw'r plân llorweddol. Mae'r dull arferol o fesur ymbelydredd yr haul yn defnyddio pyranometer sy'n cael ei osod yn llorweddol ac yn mesur ymbelydredd uwchlaw'r plân llorweddol yn unig. Hyd yn oed mewn cyfluniad tiltedig ni fydd y pyranometer yn mesur ymbelydredd islaw plân y mesuriad (gweler Ffig. 1).

Ffig. 1: Mesur ymbelydredd solar gyda pyranometer.

Gall ymbelydredd gwasgaredig gyfrannu swm sylweddol o gyfanswm yr ymbelydredd ond ni fydd llawer o hwn yn cael ei ddal mewn modiwl wedi'i glymu neu ei osod yn llorweddol. Mae clymu'r modiwl yn cynyddu dwysedd yr ymbelydredd uniongyrchol ond yn atal cyfran fawr o'r ymbelydredd anuniongyrchol. Mae ymbelydredd gwasgaredig yn isoptropig ei natur, hy mae ganddo'r un gwerth waeth beth fo'r ffynhonnell tra bydd ymbelydredd a adlewyrchir yn dibynnu ar natur yr arwyneb o amgylch yr arae solar, ongl yr arae a ffactorau eraill. Bydd y panel blaen yn derbyn ymbelydredd uniongyrchol a phelydriad gwasgaredig, y gymhareb yn dibynnu ar ongl y panel.

Bydd ochr gefn y modiwl yn derbyn golau o ddwy ffynhonnell:

·          Ger gwasgariad y cae: roedd yn adlewyrchu ymbelydredd uniongyrchol a gwasgaredig.

·          Pelydriad gwasgaredig: ymbelydredd heb ei adlewyrchu yn uniongyrchol o ffynonellau gwasgaredig.

Mae gwahanol arwynebau yn adlewyrchu golau ar wahanol gyfraddau ac mae'r ffactor albedo yn disgrifio'r priodweddau adlewyrchol. Mae'r albedo yn disgrifio adlewyrchiad arwyneb nad yw'n luminous - caiff ei bennu gan y gymhareb rhwng y golau a adlewyrchir o'r wyneb a'r ymbelydredd achlysurol. Gweler Tabl 1 am rai gwerthoedd albedo a fesurwyd [2]

Bydd cymhareb golau gwasgaredig i oleuo golau yn amrywio gydag amodau. O dan ymbelydredd isel oherwydd cwmwl bydd canran y golau gwasgaredig yn uwch nag o dan amodau heulog ac felly gall yr ennill o'i gymharu â PV monofacial fod yn uwch nag o dan amodau heulog [5].

Adeiladu modiwlau BF

Adeiladu celloedd

Fel arfer caiff celloedd monofacial PV eu hadeiladu gyda haen fyfyriol ar wyneb cefn y gell i ganiatáu amsugno golau sy'n disgyn ar yr wyneb blaen yn well. Gellir amsugno ffotonau nad ydynt yn cael eu hamsugno yn yr haen flaen ar y daith yn ôl, gan gynyddu effeithlonrwydd y gell. Mae hyn yn golygu y gall ffotonau sy'n teithio i'r cyfeiriad arall i normal gynhyrchu trydan ac os gellir caniatáu i ffotonau sy'n syrthio ar yr wyneb cefn fynd i mewn i'r gell, gellir eu defnyddio'n effeithiol i gynhyrchu trydan. Gwneir hyn trwy ddileu'r haen adlewyrchol yn rhannol, sydd hefyd yn gweithredu fel dargludydd (gweler Ffig. 2).

Ffig. 2: Goleuni wedi'i adlewyrchu ar gefn y panel [3].

Mae lleihau'r haen ddargludol yng nghefn y gell yn cynyddu'r ymwrthedd ac mae angen mwy o ddargludyddion yng nghefn y gell nag yn y tu blaen i wneud iawn am hyn. Mae hyn yn lleihau arwynebedd cefn y gell sydd ar gael i ymbelydredd.

Mae adeiladu'r gwahanol fathau o gell PV yn fwy cymhleth na'r hyn a ddangosir ac nid yw'r trawsnewidiad mor syml. Mae angen cymryd camau eraill i wneud cell BF sy'n gweithio'n effeithlon. Mae sawl cynllun wedi dod i'r amlwg sy'n defnyddio'r egwyddor BF. Mae'r rhan fwyaf yn cynnwys addasu celloedd sy'n bodoli eisoes, ond mae nifer ohonynt wedi'u cynllunio'n benodol fel celloedd BF.

Mae dau fath o waith adeiladu celloedd deuaidd yn cael eu defnyddio'n gyffredin yn y farchnad: y heterojunction a'r gell gefn allyrrydd wedi'i basio (PERC). Mae celloedd heterojunction yn defnyddio silicon monocrystalline tra bod y gell PERC ar gael mewn fersiynau silicon mono a polycrystalline. Mae celloedd deubegwn yn fwy cymhleth i'w cynhyrchu ac mae hyn yn ychwanegu at gost y modiwl.

Mae effeithlonrwydd y goleuo cefn yn is na'r goleuo blaen, fel y dangosir yn Nhabl 2. Mae hyn yn bennaf oherwydd yr arwynebedd cynyddol a ddefnyddir gan ddargludyddion yng nghefn y gell o'i gymharu â'r tu blaen.

Adeiladu modiwlau

Fel arfer, caiff paneli silicon monofacial (MF) eu hamgáu mewn amgáu tynn yn y cefn ond ni ellir defnyddio'r dull hwn gyda systemau BF. Rhaid i'r modiwl fod ag arwynebau cefn a blaen tryloyw sy'n darparu cryfder mecanyddol. Yn ogystal, rhaid amgáu'r celloedd mewn haen o ddeunydd amddiffynnol. Y cyfluniad mwyaf cyffredin a fabwysiadwyd yw haen ddwbl o wydr ffotofoltäig sy'n amgáu'r celloedd sydd wedi'u crynhoi mewn deunydd polymer amddiffynnol.

Mae angen naill ai deunydd baciau tryloyw sy'n gwrthsefyll UV neu haen ychwanegol o wydr solar er mwyn i olau ddisgleirio yng nghefn gell ddeuol. Yn y rhan fwyaf o achosion, fel y dangosir yn Ffig. 4, mae gweithgynhyrchwyr yn dewis pecyn gwydr-ar-wydr sy'n gwella gwydnwch maes yn gyffredinol o gymharu ag opsiynau gwydr-ar-ffilm. Mae'r pecyn gwydr-ar-wydr yn fwy anhyblyg, sy'n lleihau straen mecanyddol ar gelloedd yn ystod cludiant, trin a gosod, yn ogystal â straen oherwydd amodau amgylcheddol fel gwynt neu eira. Mae'r cyfluniad hefyd yn llai athraidd i ddŵr, a all leihau cyfraddau diraddio blynyddol. Mae modiwlau deuaidd yn ddi-ffrâm. Mae dileu'r ffrâm alwminiwm yn lleihau cyfleoedd yn effeithiol ar gyfer diraddiad a achosir gan botensial [3].

Ffigur 3: Y gwahaniaeth rhwng celloedd PV mono-wyneb a bi-facial.

Mae nifer o fanteision i fowntio gwydr deuol (DG):

·          Gostyngiad mewn microcraccio, dadlygru a cyrydiad lleithder.

·          Tymheredd cell is.

·          Dim diraddiad a achosir gan botensial gan nad oes ffrâm fetel y mae angen ei daearu.

·          Cyfradd diraddiad is.

·          Graddfa gwrth-fflam uwch.

·          Cryfder mecanyddol uwch a llai o hyblygrwydd.

Cynhyrchion marchnad

Mae Tabl 3 yn rhestru rhai o'r systemau BF sydd ar gael ar y farchnad ar hyn o bryd, gyda'u nodweddion.

Paramedrau perfformiad

Defnyddir nifer o baramedrau yn y diwydiant i ddisgrifio nodweddion modiwlau solar BF.

Ffactor dwymoledd

Dyma'r gymhareb rhwng effeithlonrwydd cefn ac ochr blaen, neu gymhareb y tu blaen i'r pŵer cefn a fesurir dan amodau prawf safonol.

Ennill buddiol

Dyma bŵer ychwanegol a enillwyd o gefn y modiwl o'i gymharu â'r pŵer o flaen y modiwl ar amodau prawf safonol. Mae'r cynnydd deubegwn yn dibynnu ar y mowntio (strwythur, uchder, ongl gogwydd ac eraill) ac albedo arwyneb y ddaear.

Ffigur 4: Adeiladu modiwl BF gwydr dwbl.

Enillion biffacl = ( 𝑌𝐵𝑖 - 𝑌 ) / 𝑌𝑀𝑜

lle:

YB _i = Y pŵer o'r modiwl BF.

YM _o = Y pŵer o fodiwl MF o dan yr un amodau.

Albedo

Dyma gymhareb y goleuni a adlewyrchir o arwyneb i'r golau sy'n goleuo ac mae'n amrywio gyda gwahanol fathau o arwynebedd.

Ffig. 5: Effaith uchder ar ennill BF. Albedo 80%, traw rhes 2,5 m [4].

Cymhareb cwmpas y ddaear

Dyma gymhareb yr arwynebedd daear a gwmpesir gan y modiwlau PV i gyfanswm yr arwynebedd daear a ddefnyddir gan y gosodiad. Mae'r gymhareb hon yn effeithio ar y golau a adlewyrchir a gall ddylanwadu ar berfformiad y panel BF.

Mowntio gorau posibl y modiwlau BF

Gan fod modiwlau deuaidd yn amsugno ymbelydredd solar o'r ddwy ochr, maent yn caniatáu amrywiaeth o ddewisiadau gogwyddo a gosod ac maent yn ddelfrydol ar gyfer gosodiadau uchel ar y ddaear, ar doeon, yn anialwch ac yn yr eira neu ar geisiadau dŵr. Mae systemau mowntio a ddyluniwyd i optimeiddio'r cefnwr a'r adlewyrchiad o doeau a gosodiadau ar y llawr gwaelod yn codi'r strwythur uwchben y ddaear neu'r to er mwyn dal mwy o olau neu wedi'i adlewyrchu.

Strwythur uchder a gofod

Mae codi'r strwythur uwchben y ddaear yn cynyddu faint o ymbelydredd sy'n cyrraedd cefn y panel ac felly'n gwella perfformiad ac ennill deuaidd. Mae cynyddu'r gofod rhwng rhesi hefyd yn gwella'r ennill deuaidd (gweler Ffigur 6).

Ffig. 6: Ymbelydredd ar banel BF wedi'i osod yn fertigol (Sanyo).

Mae'n ymddangos bod y cynnydd ennill yn gwastatáu ar uchder o tua 1m. Mae cynyddu uchder yr adeiledd yn cael effaith amlwg iawn ar araeau to'r to, yn enwedig lle mae toeau fflat yn gysylltiedig. Gall perygl llwytho mwy o wynt fod yn broblem. Mae nifer o wneuthurwyr strwythur mowntio wedi cynhyrchu strwythurau uchel ar gyfer gosodiadau tir a tho.

Gellir gwneud defnydd da o'r enillion a gafwyd gydag uchder uwch mewn strwythurau tebyg i siediau agored fel llawer parcio a baeau storio awyr agored, yn ogystal ag ardaloedd adloniant a lletygarwch. Mae'r ymgorfforiad tryloyw yn caniatáu rhywfaint o olau i hidlo drwy'r modiwl.

Paneli BF â chyfeiriad fertigol

Un o'r cymwysiadau mwyaf diddorol i ddod allan o'r arae BF yw'r posibilrwydd o amrywiaeth fertigol wedi'i osod. Defnyddiwyd paneli FfB wedi'u gosod yn fertigol yn effeithiol yn y gorffennol fel rhwystrau sain a golau ar briffyrdd. Mae panel wedi'i osod yn fertigol yn llawer llai o le na phanel llorweddol neu gogwydd. Mae dau opsiwn yn bodoli, cyfeiriadedd clasurol gogledd-de a wyneb arall i'r dwyrain-gorllewin.

Er mwyn cyfateb yn well y galw ar y safle â phroffiliau cynhyrchu PV trwy gydol y dydd, mae tueddiad i ddefnyddio cyfeiriadedd paneli dwyrain-gorllewin, lle mae hanner y paneli wedi'u gogwyddo tua'r dwyrain i greu brig cenhedlaeth yn y bore ac mae'r hanner sy'n weddill yn gogwyddo tua'r gorllewin i caniatáu ar gyfer brig cenhedlaeth arall yn y prynhawn (gweler Ffigur 7). Gall y proffil brig dwbl hwn gyfateb yn well i ddefnydd trydan ar y safle, yn enwedig ar gyfer gosodiadau preswyl a masnachol.

Ffigur 7: Patrwm ymbelydredd dyddiol ar fodiwlau BF dwyrain-gorllewin [5].

Gall y dull anghonfensiynol hwn fynd gam ymhellach os defnyddir modiwlau deuawdol sy'n wynebu'r dwyrain-gorllewin yn fertigol, a fyddai'n fwy na haneru nifer y modiwlau sydd eu hangen ar gyfer gosodiad cyfatebol. Byddai'r cyfluniad hwn unwaith eto'n cynhyrchu dau uchafbwynt cenhedlaeth ond byddai hefyd yn elwa o'r golau gwasgaredig ychwanegol sy'n dod i mewn i'r modiwl. Mae paneli BF yn caniatáu cyfeiriadedd fertigol wedi'i osod yn fertigol i'r gorllewin gyda'r potensial i gynhyrchu ynni uwch na phaneli monofacial.

Yn y cyfeiriad gogledd-de, mae'r panel blaen yn derbyn ymbelydredd uniongyrchol a gwasgaredig ac mae cefn y panel yn derbyn ymbelydredd gwasgaredig. Yn y cyfeiriadedd dwyrain-gorllewin ag ochrau gyferbyn sy'n wynebu'r dwyrain a'r gorllewin, mae'r ddwy ochr yn derbyn ymbelydredd uniongyrchol ac wedi'i adlewyrchu ar wahanol adegau o'r dydd (gweler Ffig. 7). Ar y safle cyntaf, mae'n ymddangos bod y dull mowntio yn aneffeithlon, fel ar ganol dydd, mae'r haul ar ongl sgwâr i'r paneli ac ni ddylai fod unrhyw allbwn. Mae allbwn sylweddol oherwydd y ffaith bod arwynebau blaen a chefn yn cael yr uchafswm o ymbelydredd gwasgaredig ac wedi'i adlewyrchu.

Bydd yr ymbelydredd a dderbynnir gan fodiwl yn dibynnu i raddau helaeth ar adlewyrchiad gwrthrychau cyfagos a'r ddaear. Mae hyn yn arbennig o bwysig ar gyfer modiwlau fertigol o gwmpas hanner dydd yn yr haf, pan mae heulwen y trawst uniongyrchol yn fwyaf dwys ond pan fydd ongl yr haul yn golygu bod yr heulwen trawst uniongyrchol a dderbynnir gan y modiwlau yn gymharol fach. Mae panel deuaidd fertigol yn lleihau cronni llwch ac eira ac yn darparu dwy gopa allbwn yn ystod y dydd, gyda'r ail uchafbwynt yn cyd-fynd â'r galw trydan brig (gweler Ffig. 8).

Ffig. 8: Cymhariaeth rhwng opsiynau mowntio [5].

Un o'r rhesymau dros gynhyrchu mwy o ynni yw bod tymheredd y modiwl dwyrain-gorllewin yn is yn ystod yr arbelydriad mwyaf, o'i gymharu â'r modiwl sy'n canolbwyntio ar y de. Mae gan lawer o rwydweithiau sydd â threiddiadau uchel o ynni ormod o ynni yn ystod yr oriau cynhyrchu brig canol dydd a phrinder yn ystod y cyfnod allfrig. Mae symud y copaon drwy ddefnyddio cyfeiriadedd fertigol mount dwyrain-gorllewin ar gyfer PV newydd yn rhoi cromlin cynhyrchu ynni hyd yn oed yn fwy (gweler Ffig. 9).

Rhagolygon yn y dyfodol

Er bod sawl prosiect yn defnyddio modiwlau BF, mae canran y modiwlau BF yn y farchnad yn fach iawn ar hyn o bryd ond disgwylir iddo gynyddu'n sylweddol yn y dyfodol wrth i fwy o gynhyrchion ddod i'r farchnad a gwneud mwy o osodiadau. Disgwylir i'r gwelliant posibl o hyd at 30% mewn allbwn fod yn llawer mwy deniadol na'r cynnydd canrannol mewn effeithlonrwydd effeithlonrwydd y gellid ei gyflawni gyda datblygiad technoleg.

Ffig. 9: Twf disgwyliedig yn y defnydd o gelloedd FfC [1].

Cyfeiriadau

[1] T Dullweber, et al: “Celloedd solar PERC +: statws gweithredu diwydiannol a safbwyntiau yn y dyfodol”,     gweithdy bifiPV2017, Konstanz, Hydref 2017.
[2] W Herman: “Nodweddion perfformiad modiwlau PV deuaidd a labelu pŵer” , gweithdy bifiPV2017, Konstanz, Hydref 2017.
[3] D Brearly: “Systemau PV Bifacial”, cylchgrawn Solarpro Rhifyn 10.2, Maw / Ebr '17
[4] Byd Solar: “ Sut i uchafu cynnyrch ynni gyda thechnoleg ddeuol”, Papur Gwyn SW9001US 160729
[5] EPRI: “Modiwlau PV solar deuol”, www.epri.com