Bron: reglobal.co
Renewable Energy Test Center's (RETC's) PV Module Index Report 2022
Dit is een uittreksel uit het Renewable Energy Test Center (RETC's) PV Module Index Report 2022. Het PV Module Index Report van dit jaar onderzoekt drie onderling gerelateerde onderwerpen - n-type PV-modules, veldonderzoek en extreem weer - die enkele van de onvermijdelijke technische risico's aantonen in verband met de ontwikkeling van zonne-energieprojecten. Deze actuele onderwerpen verduidelijken ook de waarde van een datagedreven benadering van risicobeheer.
Evaluatie van nieuwe PV-modules van het type N
Het blijvende vermogen van de zonne-energiesector om de kosten te verlagen en tegelijkertijd de prestaties te verbeteren, is een van de belangrijkste redenen waarom zonne-energie in 2021 het grootste deel van de nieuwe elektriciteitsopwekkingscapaciteit in de VS voor zijn rekening nam. Deze trend wordt het best geïllustreerd door voortdurende veranderingen in moduleontwerpen en celtechnologieën. Zo verkende RETC vorig jaar de voordelen en uitdagingen van het ontwikkelen en inzetten van grootformaat modules, waarvan veel analisten verwachten dat ze de markt de komende jaren zullen domineren. Dit jaar volgt RETC nauwlettend een andere technologietrend die snel marktaantrekkingskracht en acceptatie wint, de opkomst van de volgende generatie n-type PV-cellen met passiverende contacten.
Opkomst van TOPCon
Veel industrieanalisten en materiaalwetenschappers zijn van mening dat opkomende n-type PV-celontwerpen de volgende logische stap zijn op de routekaart voor PV-technologie. In 2013 presenteerden onderzoekers van het Duitse Fraunhofer Instituut voor zonne-energiesystemen een methode voor het produceren van hoogrenderende n-type silicium zonnecellen met een nieuwe tunneloxide gepassiveerd contact (TOPCon) structuur. Dankzij uitstekende oppervlaktepassivering en effectief transport van dragers, behaalde dit nieuwe celontwerp hoge cijfers voor nullastspanning (Voc), vulfactor en efficiëntie. Minder dan een decennium later is TOPCon het meest gebruikte woord in zonne-energie. De grootste modulefabrikanten ter wereld beginnen met de massaproductie van PV-modules met TOPCon-cellen. Terwijl LONGi Solar veel inzet op p-type TOPCon, doen veel andere toonaangevende modulebedrijven, zoals Jinko Solar, Jollywood Solar Technology, JA Solar en Trina Solar, aanzienlijke investeringen in modules met n-type TOPCon-celontwerpen. Deze collectieve spil in de markt is voornamelijk te danken aan het afvlakken van de efficiëntiecurves voor de p-type gepassiveerde emitter- en achtercontactcel (PERC) -modules. Hoewel deze de afgelopen jaren de markt hebben gedomineerd, beginnen fabrikanten de fysieke limieten van p-type mono PERC-celontwerpen te bereiken. Door over te stappen op n-type TOPCon-cellen kunnen modulebedrijven de celefficiëntie verder verhogen in het laboratorium en in massaproductie.
Voordelen van N-type cellen
Fabrikanten van zonne-energie hebben de potentiële efficiëntievoordelen van n-type PV-cellen al lang erkend. Zo begon Sanyo in de jaren tachtig met de ontwikkeling van n-type heterojunction technology (HJT) PV-cellen. Daarnaast heeft SunPower zijn interdigitated back contact (IBC) PV-cellen gebouwd op een basis van zeer zuiver n-type silicium. Vanwege de complexiteit van de fabricage zijn hoogrenderende PV-modules op basis van n-type HJT- en IBC-celontwerpen relatief duur om te produceren en blijven ze een nicheonderdeel van de markt. Ter vergelijking: de productie van n-type TOPCon-cellen lijkt sterk op het PERC-proces. Als gevolg hiervan kunnen fabrikanten deze hoogwaardige TOPCon-modules van de volgende generatie produceren op verbeterde PERC-productielijnen.
Hoewel de huidige n-type TOPCon-modules iets meer kosten om te produceren per watt dan p-type mono PERC-modules, resulteren de efficiëntiewinsten in lagere levelized cost of energy (LCOE) bij grootschalige veldimplementaties. Het beste van alles is dat vooraanstaande experts verwachten dat n-type TOPCon zal profiteren van een versnelde leercurve. Een primair materieel voordeel van n-type TOPCon-cellen ten opzichte van p-type mono-PERC-cellen is een lagere afbraaksnelheid als gevolg van een verminderde gevoeligheid voor zowel door licht geïnduceerde afbraak (LID) als door licht en verhoogde temperatuur geïnduceerde afbraak (LeTID). Bijkomende voordelen kunnen een hogere bifacialiteitsfactor zijn, evenals verbeterde prestaties bij zowel omstandigheden met weinig licht als met hoge temperaturen.
Risico's van vroege adoptie
De meeste analisten verwachten dat modules met n-type TOPCon-cellen snel marktaandeel zullen vergroten op basis van deze prestatievoordelen. Opkomende PV-celtechnologieën - zelfs degenen die uiteindelijk succesvol blijken te zijn in het veld - brengen echter altijd meer risico's met zich mee dan volwassen en bewezen technologieën. Totdat producten op grote schaal worden ingezet, bestaat het potentieel voor nog niet ontdekte afbraakmechanismen. Tegenwoordig beschouwen onafhankelijke ingenieurs en financiers bijvoorbeeld p-type mono PERC PV-modules als een stabiele technologie met een laag risico. Deze beoordeling was niet altijd een consensus. Vroege versies van mono PERC-modules hadden problemen met de stabiliteit, met name LID en, in zeldzame gevallen, LeTID. Deze onverwachte mono PERC-degradatiemodi demonstreren de prestatierisico's waarmee early adopters worden geconfronteerd met nieuwe technologieën.
Hoewel n-type TOPCon PV-cellen veerkrachtig zijn gebleken tegen LID en LeTID, bestaat er enig bewijs van gevoeligheid voor door ultraviolet veroorzaakte afbraak. Onderzoekers van het SLAC National Accelerator Laboratory en het National Renewable Energy Laboratory (NREL) hebben bijvoorbeeld vermogensverlies aan de voor- en achterkant gedocumenteerd in geavanceerde zonneceltechnologieën na kunstmatig versnelde UV-blootstellingstests. Deze gegevens wijzen niet op een enkel degradatiemechanisme, maar suggereren dat verschillende celontwerpen via verschillende routes worden afgebroken.
Forensische analyse van veldprestaties
Forensische analyse is een gedetailleerd onderzoek dat tot doel heeft de hoofdoorzaak van ondermaatse prestaties van PV-systemen vast te stellen. In veel gevallen zijn storingen in de omvormer of onnauwkeurige productieschattingen de oorzaak van de werkelijke of vermeende onderprestaties van het systeem.
Basisbeoordeling
Een van de beste manieren voor projectbelanghebbenden om het projectrisico te verminderen, is door een gekwalificeerde derde partij in te schakelen om een baseline-gezondheidsbeoordeling van de module uit te voeren tijdens de inbedrijfstelling van het project. Door metingen van hoge kwaliteit vast te leggen voorafgaand aan commerciële activiteiten, biedt een forensische basisbeoordeling zowel voordelen op korte als op lange termijn gedurende de levensduur van een PV-stroomsysteem. Op korte termijn verbetert een baseline-beoordeling van de inbedrijfstelling de nauwkeurigheid van de schattingen van de systeemprestaties.
EL-testen overdag
Bij elektroluminescentietests (EL) wordt een speciaal camerasysteem gebruikt om de lichtemissies te documenteren die optreden wanneer een elektrische stroom door PV-cellen gaat. EL-testen hebben een lange geschiedenis in het laboratorium, waar het wordt gebruikt om een breed scala aan verborgen moduledefecten te detecteren. Eenmaal gedegradeerd tot gecontroleerde binnenomgevingen, worden EL-testen steeds vaker gebruikt in forensisch veldonderzoek. EL-beeldvorming overdag biedt twee duidelijke voordelen ten opzichte van eerdere benaderingen. Ten eerste stelt onze EL-testmethodologie technici in staat om modules in situ te testen, wat het testproces versnelt en celbeschadiging als gevolg van het verwijderen en hanteren van modules elimineert. Ten tweede elimineert EL-testen overdag de noodzaak om modules in het donker van de nacht te testen, wat de veiligheid en doorvoer verder verbetert.
De resultaten van EL-tests in het veld zijn waardevol voor het identificeren van grote fabricagefouten, off-site transport- en transportschade, on-site materiaalbehandeling of installatieschade, of schade als gevolg van zware weersomstandigheden zoals hagel, wind of sneeuw. Met deze EL-afbeeldingen kunnen belanghebbenden van het project celbeschadiging identificeren die kan leiden tot thermische afwijkingen, hotspots en toekomstige onderprestaties van de module. Indien adequaat gedocumenteerd en gerapporteerd, kunnen EL-beelden van derden helpen bij het afwikkelen van garantie- en verzekeringsclaims. In tegenstelling tot lucht-infrarood (IR)-beelden, die alleen de mogelijke locaties van prestatieproblemen identificeren, verhelderen EL-onderzoeken overdag de hoofdoorzaken van ondermaatse prestaties. Deze bevindingen komen de belanghebbenden van het project ten goede door de probleemoplossing te versnellen en productieverliezen te minimaliseren.
Voorspellend onderhoud
Forensisch onderzoek op het gebied van veldprestaties van derden is vooral praktisch in combinatie met een robuust monitoringplatform en protocollen voor voorspellend onderhoud. Naarmate PV-modules verouderen, lopen de gebruikte activa een verhoogd risico op ondermaatse prestaties. Microcracking van cellen heeft vaak geen invloed op de prestaties van modules wanneer modules nieuw zijn, maar dat is niet noodzakelijk het geval naarmate systemen ouder worden. Na 5 of 10 jaar in het veld blijven sommige modules presteren zoals verwacht, terwijl andere last hebben van versnelde degradatie.
Het is niet eenvoudig om onderscheid te maken tussen "goede" modules en "slechte" modules, vooral niet in systemen die zijn geïmplementeerd nadat het Amerikaanse ministerie van Handel zijn AD/CVD-beleid had ingevoerd. Grote projecten die een enkele moduleleverancier lijken te hebben, kunnen in feite modules integreren die zijn vervaardigd met cellen die afkomstig zijn van een tiental verschillende leveranciers. Aangezien elke stuklijst (BOM) uniek is, heeft elke stuklijst een ander risicoprofiel.
Beperken van extreme weersrisico's
Niemand begrijpt de natuurlijke gevaren van zonne-installaties beter dan specialisten op het gebied van verzekeringen voor hernieuwbare energie, zoals GCube Insurance. Volgens het marktrapport van het bedrijf uit 2021, "Hail or High Water: The Rising Scale of Extreme Weather and Natural Catastrophe Losses in Renewable Energy", zijn weergerelateerde verzekeringsclaims in frequentie en ernst toegenomen naarmate zonneprojecten in frequentie, omvang en geografische distributie. Gezien de snelle groei van de markt voor zonne-energie wereldwijd, is een evenredige stijging van de claims voor zonne-energieverzekeringen niet geheel onverwacht. De hoofdoorzaak van claims op zonne-energie heeft echter enkele insiders in de verzekeringssector verrast. Met name zijn de verzekerde verliezen als gevolg van extreme weersomstandigheden sinds 2015 ongeveer twee keer zo groot als die als gevolg van natuurrampen.
Hoewel extreme weersomstandigheden leiden tot meer verzekerde verliezen dan natuurrampen, zijn verzekeringsclaims die verband houden met de categorie schade door zwaar weer niet onvermijdelijk. Belanghebbenden bij het project kunnen veel extreme weersverliezen voorkomen of beperken door redelijke zorgvuldigheid en vooruitziendheid te betrachten bij de productselectie en het systeemontwerp. Bovendien kunnen risicobeperkingsspecialisten beleggers in belastingaandelen en verzekeringsmaatschappijen helpen de financiële risico's van zwaar weer te begrijpen.
Vergelijkende testen
Strategische productselectie is een essentiële eerste stap om de belangrijkste oorzaken van extreme weersverliezen te verminderen. RETC's testresultaten voor bankabiliteit en meer dan certificering laten zien hoe verschillende PV-moduleontwerpen of combinaties van modules en rekken bestand zijn tegen deze verschillende soorten omgevingsstress. Deze verschillen zijn van cruciaal belang in de context van risicobeperking bij extreem weer.
Voorbeelden van vermijdbare gevaren bij extreem weer zijn wind, hagel en sneeuw. Gebaseerd op de frequentie van claims, zijn harde windgebeurtenissen een belangrijke oorzaak van verzekerde verliezen in opgestelde zonne-activa. Op basis van de ernst van de verliezen heeft een veelbesproken hagelbui in West-Texas zo'n 400 000 PV-modules beschadigd, wat tot de grootste schadeclaim voor zonne-energie tot nu toe heeft geleid. Sneeuw is over het algemeen een relatief kleiner gevaar, maar brengt aanzienlijke risico's met zich mee op specifieke hoogten of breedtegraden.
Het doel van vergelijkende en versnelde tests is om belanghebbenden in het project in staat te stellen de beste producten en systeemontwerpen voor specifieke toepassingen en omgevingen te identificeren en te specificeren. Modules die goed presteren onder dynamische mechanische belastingstests zijn zeer geschikt voor inzet in omgevingen met veel wind. Modules die goed presteren in RETC's Hail Durability Test (HDT)-reeks zijn zeer geschikt voor inzet in hagelgevoelige regio's. Modules die goed presteren in mechanische belastingstests zijn het meest geschikt voor het weerstaan van de belastingen die gepaard gaan met ijs en sneeuw. Modules die niet goed presteren in deze twee tests zijn geen "slechte" producten, vooral niet bij de juiste toepassing. Tegen wind en hagel geharde modules brengen vaak hogere fabricagekosten met zich mee. De omstandigheden voor een installatie in Central Valley in Californië, die zelden te maken heeft met harde wind, hagel of sneeuw, rechtvaardigen deze extra kosten mogelijk niet.
Om de risico's van de toeleveringsketen te beperken, evalueren en kopen ontwikkelaars vaak verschillende modellen en leveranciers van PV-modules. Extreme weersgevoeligheid zal variëren in dit portfolio van geselecteerde PV-modules. Door op deze verschillen te letten, kunnen ontwikkelaars wind-, hagel- of sneeuwharde modules naar respectievelijk wind-, hagel- of sneeuwgevoelige locaties leiden. Dit type selectieve inzet is een relatief eenvoudige en kosteneffectieve manier om extreme weersrisico's te verminderen.
Defensieve opbergstrategieën
Na het filteren en selectief inzetten van modules op basis van weerstand tegen locatiespecifieke omstandigheden, kunnen projectbetrokkenen weergevoelige softwarebesturingsstrategieën implementeren om extreme weersrisico's verder te verminderen in grote nutstoepassingen. Veel grootschalige PV-systemen integreren intelligent gestuurde eenassige trackers die software gebruiken om de zon te volgen en zelfschaduw te vermijden. Omdat weergerelateerde verzekeringsclaims zijn toegenomen, hebben toonaangevende fabrikanten van trackers nieuwe softwarebesturingsreacties geïmplementeerd, zoals dreigingsspecifieke defensieve opslag- of loadshed-modi.
Vanwege de zeer lokale en snel bewegende aard van harde wind en hagelbuien, geven waarschuwingen voor zwaar weer vaak weinig waarschuwing aan fabrieksoperators. Bovendien resulteren de soorten stormen die harde wind en grote hagel produceren vaak in neergestorte hoogspanningslijnen en verlies van wisselstroom. Actieve softwarecontroles kunnen deze uitdagingen aangaan en effectieve risicobeperking bieden met productfuncties zoals lokale of externe initiatie, snelle responstijden en veilige batterijback-up. Het is ook belangrijk om rekening te houden met de risico's van samenvallend weer.
Hoewel de verzekeringssector al lang vertrouwt op probabilistische risicobeoordelingen om duurzame dekking te bieden, is de uitdaging van zonne-energieprojecten tweeledig. Ten eerste zijn er beperkte historische gegevens beschikbaar om extreme weersrisico's te begrijpen, vooral gezien de snelheid van technologische veranderingen en marktuitbreiding. Ten tweede bevatten de gegevens over natuurrampen waar verzekeraars doorgaans op vertrouwen, geen "niet-gecategoriseerde" extreme weersomstandigheden.
Modulekwaliteit
Producten die er op papier hetzelfde uitzien, kunnen in de echte wereld heel anders presteren. Een productieverplichting voor kwaliteit verklaart vaak deze verschillen. Het uitvoeren van toenemende aantallen zonne-energieprojecten met een hogere capaciteit op locaties over de hele wereld is niet zonder risico. Het beperken van locatiespecifieke risico's vereist de strategische toepassing van producten en technologieën. Een one-size-fits-all benadering van productontwerp en projectontwikkeling verhoogt steevast de risicoprofielen van projecten. Strategische productdifferentiatie verbetert de veerkracht van projecten.
Hagelgeharde module- en systeemontwerpen verminderen het projectrisico in hagelgevoelige regio's zoals West-Texas. Product- en systeemontwerpen die bestand zijn tegen dynamische windeffecten, verminderen het projectrisico op locaties met veel wind wereldwijd. Product- en systeemontwerpen die bestand zijn tegen hoge statische mechanische belastingen verminderen catastrofale faalrisico's op locaties met extreme sneeuw. Corrosiebestendige producten verlengen de levensduur in kustgebieden.
Testlaboratoria gebruiken gekalibreerde en gecertificeerde apparatuur onder gecontroleerde en gecontroleerde testomstandigheden. Kenmerken die onder deze strenge omstandigheden zijn vastgelegd, vertegenwoordigen de juiste maatstaf voor de prestaties van PV-modules en bieden waarde aan meerdere belanghebbenden bij het project. Hoewel het testen in de fabriek volgens de parameters van de standaard testomstandigheden (STC) ideaal is voor het vaststellen van de nominale waarden van het typeplaatje van de module, zijn de resultaten van de fabriekstest niet kenmerkend voor de typische bedrijfsomstandigheden van de module. Om systeemprestaties in de echte wereld nauwkeurig te modelleren, is het essentieel om te begrijpen hoe modules presteren onder omstandigheden met weinig straling of in relatie tot veranderende zonnehoeken. Bovendien is het van cruciaal belang om de prestaties van de module te karakteriseren onder testomstandigheden die de bedrijfsomstandigheden weerspiegelen waaronder PV-systemen doorgaans optimale energieopbrengsten produceren. Het is ook van cruciaal belang om te begrijpen hoe kortdurende blootstelling aan de zon en de resulterende degradatie de PV-prestaties in het veld beïnvloeden.
In de 2022-editie van het PV-module-indexrapport heeft RETC 9 verschillende fabrikanten erkend en 61 voorbeelden van hoge productieprestaties getoond. Om het beste van het beste te identificeren, heeft het de algemene gegevensdistributies over alle drie de disciplines beoordeeld en gerangschikt: kwaliteit, prestaties en betrouwbaarheid. De Overall Results Matrix belicht zes toppresteerders op basis van de algehele hoge prestatie in de productie: JA Solar, JinkoSolar, LONGi Solar, Hanwha Q CELLS, Trina Solar en Yingli Solar.
