Moduły standardowe czy BiFacial -jaka jest różnica?

03/06/2021

Jeszcze nie tak dawno temu producenci modułów słonecznych prowadzili długotrwałą walkę o miejsce „pod słońcem” na rynku standardowych paneli słonecznych, inwestując cały swój wysiłek i środki finansowe w poszukiwanie możliwości poprawy wydajności i przełomowych rozwiązań, które otworzyłyby drogę do zawojowania rynku PV. I okazało się, że taki innowacyjny pomysł już istnieje – są to dwustronne panele słoneczne.
Opracowane w połowie ubiegłego wieku, nie są rozpowszechnione i przez długi czas istniały w postaci modelu teoretycznego i niewielkiej liczby próbek ekspozycyjnych. Powodem jest to, że ich zwiększona, ale wciąż niewystarczająca wydajność nie dała znaczącego zysku w opłacalności produkcji w porównaniu z panelami jednostronnymi.
Realne perspektywy wprowadzenia do produkcji modułów BiFacial pojawiły się po wprowadzeniu nowej technologii produkcji ogniw słonecznych – PERC. Już pierwsze eksperymenty z takimi ogniwami wykazały znaczną przewagę w wydajności paneli dwustronnych w porównaniu z jednostronnymi.

Dziś już nikt nie ma wątpliwości, że moduły BiFacial zwiększają produkcję energii elektrycznej. Aby jednak podjąć świadomą decyzję o wyborze pomiędzy modułami standardowymi i BiFacial, konieczne jest posiadanie większej ilości i lepszych informacji o zaletach i wadach każdego z nich. Pamiętając o tym, że poznanie następuje poprzez porównanie, zastanówmy się nad cechami, które powinny być brane pod uwagę przy dokonywaniu wyboru.

 

 

Wydajność

 

Jeden z głównych parametrów modułów słonecznych, który w warunkach standardowych (bezpośrednio po montażu) jest określany wyłącznie przez ich cechy konstrukcyjne. Dla modułów jednostronnych parametr ten waha się w granicach 10-20%. Zastosowanie paneli BiFacial pozwala zwiększyć ją średnio o 20-30% – ich sprawność dochodzi do 27%. Pod wpływem wielu czynników, do których należą warunki atmosferyczne, wartości te mogą znacznie odbiegać od podanych, zarówno w górę, jak i w dół.

Należy zauważyć, że obecnie kryterium efektywności nie jest już decydującym. Obecnie na rynku największym powodzeniem wyróżniają się te moduły, dla których stosunek całkowitych kosztów ich produkcji i eksploatacji do ilości energii wytworzonej w całym okresie użytkowania ma wartość minimalną. Innymi słowy, moduły, które produkują najtańszą energię elektryczną. Do obliczenia tego współczynnika opracowano wskaźnik LCOE (Levelized Cost of Energy). [1]

Biorąc pod uwagę wpływ czynników zewnętrznych i właściwości modułów słonecznych na wartość tego wskaźnika, logiczne jest porównywanie według kryterium jego minimalizacji.

 

Moc

 

Porównanie modułów jednostronnych i BiFacial, przy zachowaniu jednakowych parametrów, daje tym ostatnim do 25% przyrostu mocy tylko dzięki wykorzystaniu odbitego światła do generowania energii na tylnej stronie modułu.

Koszt realizacji projektów opartych na modułach BiFacial, dla danej mocy i wydajności, będzie niższy niż w przypadku zastosowania modułów jednostronnych, ze względu na mniejszą liczbę wymaganych modułów. W związku z tym, mniejsza liczba modułów wymaga mniejszej powierzchni, co jest ważne, gdy koszt gruntu jest wysoki.

 

Waga

 

Zastosowanie obustronnej powłoki szklanej zwiększa wagę modułów BiFacial średnio o 5-8 kg w porównaniu do modułów standardowych. Może to nieco utrudnić ich instalację, ale nie stanowi przeszkody w eksploatacji, a niewielki wzrost kosztów prac nie ma znaczącego wpływu na wartość LCOE.

 

Długowieczność

 

Żywotność modułów słonecznych zarówno jednostronnych jak i BiFacial zależy w dużej mierze od szybkości degradacji zastosowanych w nich ogniw fotowoltaicznych i wynosi blisko 30 lat. Nie należy jednak zapominać o wpływie czynników przyrodniczych. Tutaj przewagę mają moduły BiFacial. Zastosowanie szkła hartowanego do pokrycia przedniej i tylnej strony eliminuje negatywny wpływ promieniowania UV, a przezroczysta struktura zapobiega nadmiernemu nagrzewaniu się ogniw, co pozytywnie wpływa na ich żywotność. Brak aluminiowej ramy (w przypadku modułów bezramowych) eliminuje ryzyko korozji. Ogólnie rzecz biorąc, zwiększona odporność modułów BiFacial na czynniki naturalne zwiększa ich żywotność.[2]

 

Cechy umiejscowienia.

 

W przeciwieństwie do standardowych modułów, projekty wykorzystujące moduły BiFacial wymagają dodatkowych obliczeń inżynieryjnych w celu określenia:

• Prawidłowe rozmieszczenie modułów z uwzględnieniem zacienienia, odległości międzyrzędami, odbicia powierzchniowego, wysokości nad poziomem gruntu;
• Moc generowana przez tylną część modułu
• Kąt nachylenia modułów, który zapewni maksymalną wydajność dla danej lokalizacji;
• Moc urządzeń inwertera.

Praktyczne zastosowanie wyników tych obliczeń bez wątpienia spowoduje wzrost kosztów instalacji modułów, co wpłynie na koszty wyposażenia i odbije się na ogólnych kosztach kapitałowych projektu w sposób rosnący. Jednak korzyści uzyskane w postaci znacznego wzrostu produkcji energii elektrycznej znacznie przewyższają wielkość tych kosztów i ostatecznie przyczyniają się do zmniejszenia LCOE.

 

Wpływ czynników przyrodniczych.

 

Porównanie sprawności i wydajności modułów słonecznych w niekorzystnych warunkach otoczenia pokazuje niekwestionowaną przewagę modułów BiFacial. Ich zdolność do zapewnienia wystarczającej produkcji energii nawet przy słabym oświetleniu (rano, wieczorem) i rozproszonym świetle (mgła, niskie zachmurzenie) pozwala na ich wykorzystanie we wszystkich strefach klimatycznych.

Kolejną zaletą modułów BiFacial w porównaniu do modułów standardowych jest niższa temperatura ogniw [3], co zapewnia minimalne pogorszenie wydajności w gorących warunkach pogodowych. Światło słoneczne przechodzące bez przeszkód przez przezroczyste ogniwo nie powoduje dodatkowego nagrzewania. W modułach jednostronnych strumień światła trafia na nieprzezroczystą tylną ściankę i nagrzewa ją, podnosząc temperaturę ogniw.

 

Zastosowanie trackingu.

 

 

Zarówno moduły jedno-, jak i dwupłaszczyznowe mogą być dodatkowo wyposażone w urządzenia trackingowe, które umożliwiają zmianę położenia modułu w celu uzyskania maksymalnego oświetlenia. Podczas gdy wydajność standardowych paneli wzrasta w niewielkim stopniu, moduły bifacjalne z jednoosiowym śledzeniem mogą osiągnąć wzrost mocy wyjściowej nawet o 35%. Taka konstrukcja zapewnia znaczną redukcję LCOE i może być efektywna w większości rejonów świata.

 

Estetyka i wzornictwo

 

O ile sposoby rozmieszczenia standardowych modułów solarnych (dachy budynków, balkony wieżowców, tereny przyległe) nie pozostawiają wiele miejsca na kreatywność projektantów, o tyle moduły BiFacial są pod tym względem znacznie bardziej efektywne. Ich struktura, transparentna dla strumieni światła, pozwala na wykorzystanie ich jako oryginalnych elementów pokrycia, np. stacji benzynowych, otwartych i zamkniętych przejść między budynkami, zadaszeń nad tarasami domów wiejskich i innych nowoczesnych rozwiązań projektowych. Znane są nawet zastosowania jako ekrany akustyczne wzdłuż torów kolejowych.

 

 

Wnioski

 

Analiza porównawcza pokazuje, że moduły BiFacial przewyższają standardowe moduły pod wieloma względami, co tłumaczy ich szybką promocję na rynku PV. Tak więc w 2020 roku ich udział w rynku wynosił już ponad 25%, wbrew prognozom ITRPV (11 edycja), które nie dawały więcej niż 15%.

Tak szybka popularyzacja rynku stała się możliwa w dużej mierze dzięki wynikom niezależnych testów przeprowadzonych przez różne firmy, które potwierdziły deklarowane parametry, w tym zwiększoną wydajność energetyczną i sprawność modułów BiFacial w porównaniu z modułami single-ended.

Czołowi światowi producenci z powodzeniem opanowują ten segment, inwestując znaczne środki finansowe w badania i rozwój, mające na celu obniżenie kosztów, eliminację znanych niedociągnięć i poprawę efektywności.

Można śmiało powiedzieć, że jeśli obecny trend się utrzyma, w najbliższej przyszłości
moduły BiFacial zajmą wiodącą pozycję na rynku i staną się preferowanym wyborem dla
dużych projektów w energetyce słonecznej.