A kétoldalas modulok a napelem panelek technológiájának egyik legrégebbi fejlesztései közé tartoznak, egészen az 1690-as évekig nyúlnak vissza. Egyúttal a legújabb terjedőben lévő előrelépésnek is számítanak. Számos szakértő szerint azonban most jó úton jár ahhoz, hogy végigsöpörjön a szolár ágazaton és hamarosan normává váljon.
Kétoldalas modulok az Egyesült Államok Nemzetközi Megújuló Energia Laboratóriumának (National Renewable Energy Laboratory) vizsgálati helyszínén a Colorado állambeli Goldenben. Annak megértése, hogy a talajról visszaverődő fény a modulok hátoldalára érkezik, kulcsfontosságú a kétoldalas modulok előnyének maximalizálásában.
Image: Werner Slocum/NREL
Bár a kétoldalas modulok nagyjából már az 1960-as évektől jelen vannak, mégis a PERC (passivated emitter rear cell) technológia kidolgozása növelte meg olyan mértékben a hatékonyságukat, hogy esélyt kapjanak betörésre a szolár napelemek piacán.
Ezt szem előtt tartva még számos tényezővel kell foglalkozni, mielőtt a kétoldalas modulok jelentős piaci részesedésre tehetnek szert. A költség a legfontosabb tényezők egyike – különösen az egyoldalas modulok esetében.
A szabványos napelem modulokhoz hasonlóan a kétoldalas modulok költségei meredeken estek a két utóbbi évtized során. Látható, hogy a költségek csökkenésével párhuzamosan a két- és egyoldalas modulok költségei között különbség is zsugorodott.
A fenti grafikon bemutatja az egyik fő okot, amelynek alapján előrejelezhető a növekedés folytatása a kétoldalas modulok piaci részesedésénél. Ahogy a költségbeli különbségek csökkennek, és bővül a kétoldalas modulok termelése (ami több rendelkezésre álló adatot és továbbfejlesztett tervezést jelent), a kétoldalas modulok hátsó felületének kialakításából fakadó többlet gyártási költségeket ez ellensúlyozhatja.
A vajon fedezi-e a megnövelt termelés a többletköltségeket? A válasz: ez összetett kérdés. Bár a kétoldalas napelem erőművek berendezéseinek és telepítésének költségei nem túlzottak , vannak más tényezők, amelyek gátolják az elterjedését.
Például számos olyan egyedi tervezésű elemmel rendelkeznek a kétoldalas rendszerek, amelyek hozzájárulnak a telepítés magasabb összköltségéhez; különösen a modulok hátsó oldala. Az egyenárammal működés, a helyszín kiválasztása és a telepítés nagyobb kihívást jelent a kétoldalas modulokból álló erőműveknél, mint az egyoldalas moduloknál, amely problémákat jelenthet a befektetők számára. Ráadásul viszonylag összetett feladat a megtervezett rendszer kimenő teljesítményének pontos előrejelzése; ennek oka a hátsó oldal termelését befolyásoló változók nagy száma.
Pontos mérések
Az nem kétséges, hogy a kétoldalas modulok növelik a megtermelt áram mennyiségét. A kérdés az, hogy hogyan lehet pontosan mérni a kétoldalas panelekből álló erőmű költségét, és hogyan lehet pontosan előrejelezni az áramtermelést az összes kapcsolódó változó figyelembe vételével.
Az eredmények és tanulmányok azt mutatják, hogy a kétoldalas modulok további 10-20% közötti áramot képesek termelni az egyoldalas panelekhez képest. Ha optimalizálják a feltételeket, és egytengelyes napkövetőket alkalmaznak, akkor a többlettermelés elérheti a 30-40%-ot is.
Fontos azt szem előtt tartani, hogy optimális áram fajlagos költségre törekszünk, nem a lehető legnagyobb mennyiségű áram termelésére. Számos módon lehet növelni a megtermelt energia mennyiségét, de sok ilyen lehetőség nem költséghatékony és ezért a piacon nem számít praktikus megoldásnak. Például a a kéttengelyes napkövető növelheti az áramtermelést, de túl költséges, ezért nem ajánlott. Így a kétoldalas modulok előtt tornyosuló legnagyobb akadály a piacon a pontos szimulációk elvégzésének nehézsége, egyúttal a többletköltségekre vonatkozó pénzügyi kérdések megválaszolása.
A továbbfejlesztett tesztelésen és modellezésen már évek óta dolgoznak, és az ilyen jellegű szimulációk finomításához nagy mértékben hozzájárult a besugárzási és térinformatikai adatok rendelkezésre állásának javulása. Számos kétoldalas napelemek tesztelésére alkalmas helyszín is kiépült, vizsgálták a kétoldalas paneleket, és a kétoldalas elemek telepítését valós idejű adatok megadásával végezték. Valójában minden akadály és bizonytalanság ellenére a kétoldalas napelemek telepítése gyorsan elterjedt az utóbbi öt évben, a 2016-ban meglévő mindössze 97 MW kapacitás 2019-re elérte a 6 GW szintet.
Mostanáig a legnagyobb kétoldalas napelemekből készült erőmű 224 MW-os, ezt 2019-ben fejezték be. Az előrejelzések szerint a növekedés folytatódni fog. A Wood Mackenzie tanácsadó cég szerint 2024-re a napelem panelek globális piacának 17%-át a kétoldalas panelek fogják kitenni.
A tesztelések és a már elkészült telepítések adatai alapján rendelkezünk olyan modellel, amely a kétoldalas napelem modulokat alacsonyabb LCOE érték érdekében működteti.
Íme néhány a legjobb gyakorlati ajánlások közül kétoldalas modulokból álló telepítése optimalizálására, magasabb tőkebefektetés megtérülés (Return On Investment, ROI) és alacsonyabb LCOE érdekében:
- Helyszín kiválasztása: A terület költségei befolyásolják a kétoldalas modul optimalizálásának módját. Olyan helyeken, ahol kevés és drága az elérhető terület, a paneleket laposan kell a talajra fektetni, hogy egy adott területen belül a lehető legnagyobb mennyiségű energiát gyűjtsék össze. Azonban ahol olcsó a terület, a kétoldalas modulok elhelyezhetők optimális térállásban, és így magasabb hozam érhető el. A kétoldalas modulok ott is előnyösek, ahol magasabb a szórt fény energiája, ami azt jelenti, hogy magasabb tengerszint feletti magasságnál a kétoldalasok hozama nagyobb, mint alacsonyabb tengerszint feletti magasságnál.
- Magas fényvisszaverődés: A kiválasztott környezet legyen magas fényvisszaverődésű. Kedvező lehetőség például a sivatagi homok. A legjobb opció a fehér beton vagy a nagy mértékben tükröződő tetőfólia. A hó és a jég fényvisszaverő képessége is rendkívül magas.
- Panelek magassága: Ez helyszínenként változó, de egy métert adnak meg a kedvező költség és előny arányhoz. Ha növeljük a panelek elhelyezésének magaságát, akkor több más változót is mérni kell, például a szélsebességet, a dőlésszög hatását, emiatt erősebb talajon elhelyezett szerkezet szükséges.
- Dőlésszög: Ez helyszínenként változó, de általában 2-15 fokkal több, mint amekkora hatékonynak bizonyult az egyoldalas moduloknál.
- Sortávolság: Erről is elmondható, hogy helyszínenként változó, de a 6 és 8 méter közötti sortávolság jó eredményeket hozott. Természetesen mérlegelni kell a terület megszerzésének vagy a rendelkezésre álló térnek a költségét, és ha ez túl magas, akkor a nagyobb sortávolság emelni fogja LCOE értékét. Ideális esetben, olyan területen, ahol a föld rendkívül olcsó, a sortávolság növelése alkalmazható a költséghatékonyság elérésére.
- Magasabb MPPT A magasabb maximum teljesítménypont követéssel (maximum power point tracking, MPPT) rendelkező sztring inverterek használata biztosíthatja a hatékony teljesítményt. Minél magasabb az egy wattra eső MPPT, annál jobb.
- Egytengelyes napkövető: A Szingapúri Napenergia Kutató Intézet (Solar Energy Research Institute of Singapore, SERIS) kutatói arra a következtetésre jutottak, hogy a kétoldalas egytengelyes telepítések akár 35%-kal is növelhetik az energiahozamot, és a föld legtöbb részén elérhetik a legalacsonyabb LCOE értékeket. Bár a kéttengelyes napkövetők termelik a legtöbb energiát, a költségeik még mindig túl magasak, ezért kevésbé költséghatékonyak. A kutatók így fogalmaztak: „Általában ugyanolyan szerelvények esetén a kétoldalas konfiguráció lehagyja az egyoldalas konfigurációt. A napkövetővel ellátott konfigurációk többet termelnek, mint a rögzített szerkezetűek, míg a kéttengelyes napkövetőkkel ellátott telepítések csak kevéssel lépik túl az egytengelyeseket.”
A költségelemzések azt mutatják, hogy a kétoldalas napelem telepítések berendezéseinek és telepítésének költségei körülbelül 5%-kal haladják meg az egyoldalas üzemét. Az adatokból az is kiderül, hogy ha az optimális hozam érdekében egytengelyes napkövetővel egészítik ki a rendszert, akkor az újabb 10%-ot ad hozzá a berendezések és a telepítés költségeihez egy napkövető nélküli rendszerhez képest.
Ezért egy kétoldalas, egytengelyű napkövetővel ellátott (1T) napelem erőmű költsége körülbelül 15%-kal magasabb mint egy vele összevethető, egyoldalas, de napkövető nélküli rendszeré.
A kétoldalas, egytengelyű napkövetővel ellátott (1T) napelem erőmű hozamai 20%-nál jóval nagyobb mértékben ugorhatnak meg, bizonyos esetekben, optimalizálható körülmények esetén elérheti akár a 35-39% közötti szintet is.
Többféle számítási módszer kipróbálása és sok termelési modell és táblázat áttekintése után íme néhány referencia érték és példa, amely segíthet megérteni a változók némelyikét:
Példák a kétoldalas napelemes erőművekre |
||
| Nincs napkövető, Egyenlítő közeli, mérsékelt fényvisszaverődés | Egytengelyes napkövető, magas fényvisszaverődés, magas tengerszint feletti magasság | |
| Fényvisszaverődés | 25% fű | 40-60% (sivatagi homok, fehér festék vagy fényvisszaverő tetőfólia segítségével érhető el) |
| Hátsó oldal hibás összeillesztés miatt veszteségi tényező | 3% (magas MPPT sűrűség mellett) | 3% (magas MPPT sűrűség mellett) |
| Panelek magassága | 1 m | 1 m |
| Egytengelyes napkövető | Nem | Igen |
| Sortávolság | 6 m | 6 m |
| Terület költsége | Alacsony | Alacsony |
| Napfény szórási tényező | Alacsony (az Egyenlítő közelében) | Magas (magasabb tengerszint feletti magasságoknál) |
| Kétoldalas modulok többlete | 12-15% | 30-35% |
| Pluszköltség | 5-7% | 15-17% |
Ez egyszerű számításnak tűnik, de több mint egy akadályról beszélünk, és ez csak a pénzügyi szempontú megközelítése az egyenletnek.
A kétoldalas napelem erőművek költségeinél és termelésénél fennálló előrejelzési bizonytalanságok valamint a megbízható teljesítményadatok viszonylag kis mintája miatt a befektetők gyakran nem hajlandók finanszírozni a hátsó oldal termelésének költségeit. Ezért a befektetők a kétoldalas moduloknál a többleten belül csak a modellel alátámasztott részt értékelik.
Például ha egy projektnél 10%-kal kedvezőbb lenne, mint a hozzá hasonló egyoldalas modulokból álló projekt, akkor a kölcsönadónak 10%-kal több adósságfinanszírozást kéne nyújtania, mint az egyoldalas projektnél. Azonban mivel előfordulhat, hogy a kölcsönadó nem bízik a teljes előrejelzett többletben a már tárgyalt bizonytalanságok miatt. Megtörténhet, hogy a kétoldalas modulok előnyéből csak 50%-ot vesznek figyelembe, ami azt jelenti, hogy az egyoldalas projekthez képest csak 5%-kal fognak magasabb projektfinanszírozást kínálni.
Mivel az adósságfinanszírozás általában a finanszírozás legolcsóbb formája, a modellezésben és a szimulációs szakaszban rejlő bizonytalanságok végül további pénzügyi költségeket rónak a projektre, így megnő a LCOE értéke.
Következtetés:
Összefoglalva az ágazat továbbra küld a változók kezelésével a kétoldalas modulok kimenő teljesítményének előrejelzése terén, valamint azzal is, hogy optimalizálják a kétoldalas modulok által megtermelt energia költségét. Azonban az adatok és a technológia fejlődésével párhuzamosan fokozatosan leküzdik ezeket az akadályokat.
Forrás: pv-magazine
Kapcsolódó témájú cikkeink:
Az egytengelyes napkövetőkkel ellátott kétoldalas a költségkirály a napelemeknél – SERIS
