La tecnologia bifacciale nei moduli fotovoltaici

I moduli bifacciali esistono dagli anni '60, ma è stato lo sviluppo della tecnologia PERC (passivated emitter rear cell) che ha aumentato significativamente la loro efficienza e ha creato il potenziale per essere un attore dirompente nel mercato del solare fotovoltaico.

 

Detto questo, ci sono molte variabili che devono essere affrontate prima che i moduli bifacciali possano rivendicare una quota di mercato significativa. Il costo è uno dei fattori principali un fattore importante.

 

Come per i moduli solari standard, il costo dei moduli bifacciali è sceso vertiginosamente negli ultimi anni. In particolare, poiché i costi sono diminuiti, anche il divario di costo tra i moduli mono e bifacciali è diminuito. Ma è sufficiente aumentare la produzione per coprire i costi aggiuntivi? La risposta è: è complicato. Sebbene l'aumento del costo delle apparecchiature e dei costi di installazione degli impianti fotovoltaici bifacciali non sia eccessivo, vi sono altri fattori che ne impediscono ancora l'adozione diffusa.

Ad esempio, ci sono molti elementi di design unici per i sistemi bifacciali che contribuiscono a costi di installazione complessivi più elevati; in particolare, il lato posteriore dei moduli. Il design DC, l'ubicazione del sito e l'installazione possono essere più impegnativi per un impianto bifacciale rispetto a uno con moduli monofacciali e questo può creare problemi per gli investitori. È anche abbastanza difficile prevedere con precisione l'aumento della produzione per un progetto di sistema, a causa delle molte variabili che influenzano la produzione del lato posteriore.

Non c'è dubbio che i moduli bifacciali aumenteranno la produzione di energia. Il problema è come misurare con precisione il costo dell'impianto bifacciale e come prevedere con precisione la produzione di energia tenendo conto di tutte le variabili.

Risultati e studi hanno dimostrato che i moduli bifacciali possono produrre una potenza aggiuntiva compresa tra il 10 e il 20% rispetto ai pannelli monofacciali. Se le condizioni sono ottimizzate e vengono adottati inseguitori ad asse singolo, la potenza aggiuntiva può arrivare fino al 30-40%.

È importante tenere presente che stiamo cercando l'LCOE (costo livellato dell'elettricità) ottimale, non la massima potenza possibile. Esistono diversi modi per aumentare la produzione di energia, ma molte di queste opzioni non sono convenienti e quindi non pratiche sul mercato. Ad esempio, il tracciamento a doppio asse può aumentare la produzione di energia, ma è ancora troppo costoso per essere consigliato. Quindi uno dei principali ostacoli per i moduli bifacciali nel mercato è la difficoltà nel creare simulazioni accurate e quindi soddisfare le domande finanziarie relative ai costi aggiuntivi.

Test e modelli migliorati sono in corso da anni e miglioramenti nei dati disponibili riguardanti l'irradiazione e i dati geospaziali hanno contribuito notevolmente a migliorare queste simulazioni. Ci sono stati anche molti siti di test bifacciali costruiti, studi bifacciali intrapresi e installazioni bifacciali completate fornendo dati reali. Infatti, nonostante tutti gli ostacoli e le incertezze, le installazioni bifacciali sono cresciute rapidamente nell'ultimo mezzo decennio, da solo 97 MW di capacità globale installata nel 2016, a quasi 6 GW nel 2019.

Alcuni dei consigli di best practice per ottimizzare la tua installazione bifacciale e ottenere un ROI maggiore e un LCOE inferiore sono i seguenti:

  •    Selezione del sito: il costo del terreno influisce sul modo in cui è possibile ottimizzare il bifacciale. Per i luoghi in cui la terra è scarsa e costosa, i pannelli dovrebbero essere posizionati in piano sul terreno per garantire la massima raccolta di energia su una data area di terreno. Tuttavia, dove la terra è economica, i moduli bifacciali possono avere una spaziatura ottimale e quindi rese più elevate. Inoltre, le rese bifacciali sono maggiori dove l'energia della luce diffusa è maggiore, il che significa che a latitudini più alte la resa bifacciale sarà maggiore che a latitudini inferiori.

  •    Albedo alto: l'ambiente selezionato dovrebbe avere un albedo alto. La sabbia del deserto è una buona opzione. L'opzione migliore è il cemento bianco o una pellicola per tetti altamente riflettente. Anche la neve e il ghiaccio hanno un albedo molto alto

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  • Altezza del pannello: varia da sito a sito, ma 1 metro ha fornito un buon rapporto tra vantaggio e costo. L'aumento dell'altezza del pannello richiede anche la misurazione di altre variabili, come la velocità del vento e il sollevamento dall'inclinazione e quindi richiede supporti a terra più resistenti.

  •    Inclinazione: varia da sito a sito, ma generalmente è stato dimostrato che l'inclinazione monofacciale è di 2 ~ 15 gradi in più rispetto all'inclinazione monofacciale.

  •    Distanza tra le file: anche in questo caso, varia da sito a sito, ma è stato dimostrato che la distanza tra le file da 6 a 8 metri produce buoni risultati. Ovviamente, è necessario considerare il costo del terreno o lo spazio disponibile e, se il costo del terreno è troppo elevato, una distanza tra le file maggiore aumenterà il tuo LCOE. Idealmente, da qualche parte quel terreno è molto economico può essere utilizzato per aumentare la distanza delle file in modo efficace.

  •    Maggiore densità di MPPT: l'utilizzo di inverter di stringa con più MPPT (rilevamento del punto di massima potenza) è un modo efficace per ridurre il disadattamento delle stringhe e garantire prestazioni efficienti. Più MPPT per watt, meglio è.

  •    Inseguitore ad asse singolo: i ricercatori del Solar Energy Research Institute di Singapore hanno concluso che le installazioni bifacciali con monitoraggio ad asse singolo possono aumentare la resa energetica del 35% e raggiungere il LCOE più basso per la maggior parte della superficie terrestre del pianeta. Sebbene i tracker a due assi raggiungano la massima generazione di energia, i loro costi sono ancora troppo alti e quindi non sono altrettanto convenienti. I ricercatori hanno scritto: “In generale, con la stessa struttura di montaggio, la configurazione bifacciale supera quella monofacciale. Le configurazioni del tracker superano significativamente le configurazioni a inclinazione fissa, con installazioni di tracker a due assi che hanno una resa leggermente superiore a quella di un asse."

Le analisi dei costi hanno dimostrato che il costo delle apparecchiature e dell'installazione di un impianto fotovoltaico bifacciale sarà di circa il 5% superiore rispetto a un impianto monofacciale comparabile.

 

Inoltre, i dati mostrano che il costo dell'aggiunta di un sistema di tracciamento ad asse singolo per rendimenti ottimali aggiunge un altro 10% ai costi di attrezzatura e installazione rispetto a un'installazione equivalente senza tracciamento. Pertanto, un impianto fotovoltaico bifacciale monofacciale (1T) può costare circa il 15% in più di un impianto fotovoltaico monofacciale non tracciabile comparabile.

 

I rendimenti da un impianto bifacciale 1T possono essere ben superiori al 20%, fino al 35-39% in alcuni casi se le condizioni possono essere ottimizzate. Dopo aver lavorato con molti calcoli e aver esaminato molti modelli di produzione e fogli di calcolo, ecco una tabella di valori di riferimento ed esempi per aiutare a comprendere alcune delle variabili: Sembra un semplice calcolo, ma abbiamo un altro ostacolo da discutere, ed è il punto di vista dal punto di vista finanziario dell'equazione.

 

A causa dell'incertezza nella modellazione dei costi e della produzione degli impianti fotovoltaici bifacciali e della dimensione relativamente piccola del campione di dati affidabili sulle prestazioni, gli investitori spesso non sono disposti a finanziare l'intera quantità di produzione prevista sul retro. Pertanto, gli investitori potrebbero valutare solo una parte del guadagno bifacciale modellato. Ad esempio, se un progetto avesse previsto un guadagno del 10% rispetto a un progetto monofacciale equivalente, ci si poteva aspettare che un prestatore fornisse il 10% in più di finanziamento del debito rispetto al progetto monofacciale. Tuttavia, quel prestatore potrebbe non valutare l'intero guadagno bifacciale previsto, a causa delle incertezze che abbiamo discusso. Possono valutare i guadagni bifacciali previsti solo al 50%, il che significa che offrirebbero solo il 5% in più di finanziamento del debito rispetto al progetto monofacciale. E poiché il finanziamento del debito è generalmente la forma di finanziamento più economica, le incertezze nella fase di modellazione e simulazione finiscono per aggiungere costi di finanziamento al progetto, aumentando così il LCOE.

In sintesi, l'industria sta ancora lottando per gestire le variabili di previsione dell'output dei moduli bifacciali e anche per gestire i costi di ottimizzazione della potenza prodotta dai moduli bifacciali. Ostacoli che comunque sono destinati ad essere superati a breve con il progresso tecnologico.

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