Bifacial sol fremskridt med tiden - og solen

Traditionelle solcellemoduler konverterer lys til elektricitet ved hjælp af fotovoltaiske (PV) celler på panelernes overside. Nu, National Renewable Energy Laboratory (NREL) forskere kaster lys over, hvad der ligger under.

I maj 2019, et hold hos NREL startede en tre-årig undersøgelse for at evaluere bifaciale moduler, der samler lys på begge sider af et panel, mens de også følger solen hele dagen. Den vigtigste fordel ved bifacial paneler er at opnå mere strømproduktion uden at udvide systemets fodspor eller omkonfigurere panelerne for meget.

Tidlige resultater viser et betydeligt løft fra de bifaciale paneler. Data fra juni til november 2019 afslørede en stigning på op til 9 % i energiproduktionen ved hjælp af bifacial paneler sammenlignet med deres ensidige fætre.

"Cellerne i sig selv har stort set samme pris, "Chris Deline, NREL-forsker og hovedforsker i undersøgelsen sagde. "Du skal til en lidt dyrere pakke. Du skal gøre noget andet på bagsiden - enten glas eller klar, gennemsigtig plast. I det hele taget det vil koste mindre end 10 % mere."

For at bestemme, hvor meget mere strøm sådanne paneler kan producere, holdet havde brug for data, så de samler det. Nogle af deres data er allerede offentligt tilgængelige - en industri først for en undersøgelse af denne skala. NREL-forskere forventer, at nye data vil fjerne barrierer for at fremme den banebrydende teknologi ved at levere information og bedste praksis, der øger installationseffektiviteten, reducere omkostningerne, og forbedre holdbarheden. Indtil nu, resultaterne har ikke skuffet.

"Alle er virkelig begejstrede, fordi resultaterne vender tilbage i overensstemmelse med forventningerne, " sagde Deline. "Sammenlignet med indledende simuleringer, vi får faktisk mere energi ud, end hvad der blev modelleret."

Elektricitet fra bunden

I løbet af den nuværende undersøgelse, holdet planlægger at evaluere fordelene ved forskellige bunddække under solpanelerne. Da den bifaciale PV-energiforstærkning er afhængig af reflekteret lys, jo mere jorden kan reflektere, jo kraftigere paneler.

"Vi ser på måder at forbedre jordens albedo [andelen af ​​det indfaldende lys eller stråling, der reflekteres af en overflade, typisk en planets eller måne] gennem forskellige behandlingsmuligheder som naturlig vegetation, knust sten, og ukrudtsbarrierer, " sagde Deline. "Noget af det sker allerede i industrien, men dette vil være det første flerårige studie med åbne data."

I studiets første år, Delines team tester naturligt bunddække. De vil følge efter ved at tilføje knust sten i det andet år, og Deline sagde, at de overvejer at rulle en slags hvidt stof ud til en tredje sammenligning.

"Vi ser, at når græsset bliver brunt, det bliver mere reflekterende, " sagde Deline. "Og snedække er fantastisk."

Med sne på jorden, når gennemsnitlig albedo er flere gange mere reflekterende end græs, alle testede paneler opnåede deres højeste registrerede gevinster.

Sol og opbevaring – bedre sammen

Holdet på NREL's Golden, Colorado, forskningsstedet arbejder med kommercielle partnere, herunder Prism Solar, Sunpreme, og Lumos Solar - en leverandør baseret i den nærliggende by Nederland, Colorado – sammen med store internationale producenter. Udnyttelse af relationer med i alt seks virksomheder, laboratoriet vil benchmarke og sammenligne mono- og bifaciale paneler fra de samme mærker over flere år.

Undersøgelsens 10-rækkede PV-array følger solen ved hjælp af NEXTrackers single-axis tracker-teknologi, øge mængden af ​​direkte sollys, der kan opfanges for energi. Den højere energiproduktion fra hvert modul betyder, at installationer kræver mindre understøttende hardware pr. megawatt, sænke det, der kaldes balancen mellem systemomkostninger.

"Ved at øge output, disse moduler kan også reducere det samlede antal paneler, der kræves, hvilket giver en mere effektiv brug af invertere, reoler, sporingssystemer, sammenkoblinger, og andet hardware, " sagde Deline.

Deline og hans team parrede også PV-arrayet med to Avalon Battery vanadium redox flow-batterier. Batterierne lagrer energi genereret i løbet af dagen og gør den tilgængelig til brug under større aftenbehov.

Den opbevaring, sammen med solsporingsteknologien, hjælper med at udjævne systemets output. Det afhjælper de stejle, høje produktionstoppe midt på dagen, som skyldes lavere morgen- og eftermiddagsgeneration, der almindeligvis forbindes med traditionelle, stationær sol.

"Vi kører et energiarbitrage-scenarie med batterierne, der aflades om eftermiddagen og aftenen med cirka fire timers vedvarende strøm fra solenergiproduktion, " sagde Deline. "Ellers, bifacial gain er klippet på toppen, men lav andre steder - så dette giver en mere stabil og ensartet generation."

Undersøgelsen understøtter også materialeholdbarhedsforskning i partnerskab med andre forskningsorganisationer gennem Department of Energy's (DOE's) Durable Module Materials Consortium (DuraMAT).

"Vi ser på modulpålidelighed på enkeltakse trackere, og specifikt om moduler beskadiget under forsendelsen, resulterer i revnede celler, er stadig brugbare eller forringes yderligere, når de installeres på enkeltakse trackere, " sagde Deline.

Højtydende computing for sejren

Med state-of-the-art beregningsmodellering og forudsigelige simuleringsfunktioner, NRELs high-performance computing (HPC) ressourcer reducerer de risici og usikkerhed, der ofte begrænser fremskridt med nye og innovative teknologier.

"Vi har trukket meget på Eagles højtydende computer for nylig, "Deline sagde. "Vi er ved at færdiggøre et-årige præstationssimuleringer, der ville tage fire eller fem dage på en bærbar computer - på mindre end et minut på Eagle."

Som resultat, teamet kan maksimere output for forskellige konfigurationsscenarier, inklusive reolhøjde, mellemrum, og endda materialevalg såsom sort eller reflekterende støtteramme. Simuleringerne er open source, hvilket betyder, at andre kan bruge og bygge videre på datasættene til fremtidige analyser.

"Vores simuleringer starter ved panelet og flyver fotoner tilbage til det sted, hvor de opsnapper himmelkuplen - det er baglæns ray-tracing og evaluerer irradiansen ved modulerne, " sagde Deline. "Alle former for geometrier er mulige."

Det betyder kompliceret topografi og strukturer inklusive bilhavne, pergola baldakiner, og varierende reolsystemer kan evalueres før konstruktion. Simuleringerne kan også tilføje flere scenarier, såsom køretøjer, der er parkeret under solcellemoduler, der bruges i bilhavne.

Sætter standarden for erhvervsinvesteringer og sikkerhed

Når PV-udviklere designer et nyt system, de ved, at et 300 watt monofacialt modul vil ikke overraskende, give halvdelen af ​​effekten af ​​et 600-watt-modul. Virksomheder kan stole på sådanne ligefremme antagelser takket være test- og certificeringsstandarder.

"Men det har vi ikke endnu for bifacial moduler, " sagde Deline. "Så når du tilføjer rygfølsomhed, industrien efterspørger den nødvendige metode til at mærke et modul, så det afspejler merværdien på en konsekvent måde. Uden det, købere kender ikke prisen pr. watt."

Finansielle kontrakter for solcelleanlæg er baseret på, hvor meget strøm der genereres, så installatører og forsyningsselskaber har brug for en klar forståelse af, hvor meget strøm der produceres for retfærdigt at tjene penge på den ekstra produktion af bifacial teknologi. Delines team laver kapacitetstest, der bestemmer det nye output og vil hjælpe med at opdatere standarderne i overensstemmelse hermed.

"Alt dette kræver et nyt økosystem af standarder, præstationsmodelleringsværktøjer, og bedste praksis for instrumentering, " tilføjer han.

Sikkerhedsstandarder er et andet vigtigt resultat af NREL's forskning. Installatører skal vide, hvordan den elektriske strøm vil stige, når de installerer et bifacialt snarere end monofacialt modul. Dirigenter, såsom kabler og sikringer, skal have en passende størrelse. Her igen, præcise standarder og beregninger er nødvendige for effektiv og sikker installation.

Investering i fremtidens energi

Som et nationalt laboratorium med stærke bånd til industrien, NREL er unikt positioneret til at levere data, analyse, standarder, og bedste praksis, som disse teknologier kræver.

"Ved at udgive om dette, solcelleinstallatører kommer til at se bedre vilkår på finansiering, " sagde Deline. "Værktøjer vil bringe mere konsekvent, vedvarende, og overkommelig energi i deres generationsmix."