المصدر: reglobal.co
تقرير مؤشر الوحدة الكهروضوئية لمركز اختبار الطاقة المتجددة (RETC) لعام 2022
هذا مقتطف من تقرير مؤشر الوحدة الكهروضوئية 2022 لمركز اختبار الطاقة المتجددة (RETC). يستكشف تقرير مؤشر الوحدة الكهروضوئية لهذا العام ثلاثة موضوعات مترابطة - الوحدات النمطية الكهروضوئية من النوع n ، والطب الشرعي الميداني والطقس القاسي - والتي توضح بعض المخاطر التقنية التي لا مفر منها المرتبطة بتطوير مشروع الطاقة الشمسية. توضح هذه الموضوعات في الوقت المناسب أيضًا قيمة النهج القائم على البيانات لإدارة المخاطر.
تقييم الوحدات الكهروضوئية الجديدة من النوع N.
إن استمرار قدرة صناعة الطاقة الشمسية على خفض التكاليف مع تحسين الأداء هو السبب الرئيسي وراء احتساب الطاقة الشمسية لأكبر حصة من قدرة توليد الكهرباء الأمريكية الجديدة في عام 2021. وأفضل مثال على هذا الاتجاه هو التغييرات المستمرة في تصميمات الوحدات وتقنيات الخلايا. في العام الماضي ، على سبيل المثال ، استكشفت شركة RETC مزايا وتحديات تطوير ونشر وحدات التنسيقات الكبيرة ، والتي يتوقع العديد من المحللين أن تهيمن على السوق في السنوات القادمة. هذا العام ، تراقب RETC عن كثب اتجاهًا تقنيًا آخر يكتسب بسرعة جرًا وقبولًا في السوق ، وظهور الجيل التالي من الخلايا الكهروضوئية من النوع n مع جهات اتصال خاملة.
صعود TOPCon
يعتقد العديد من محللي الصناعة وعلماء المواد أن تصميمات الخلايا الكهروضوئية الناشئة من النوع n هي التقدم المنطقي التالي في خارطة طريق تكنولوجيا الكهروضوئية. في عام 2013 ، قدم باحثون في معهد فراونهوفر الألماني لأنظمة الطاقة الشمسية طريقة لإنتاج خلايا شمسية من السيليكون عالية الكفاءة من النوع n بهيكل جديد ملامس لأكسيد النفق (TOPCon). بفضل التخميل السطحي الممتاز والنقل الفعال للحامل ، حقق تصميم الخلية الجديد هذا درجات عالية لجهد الدائرة المفتوحة (Voc) وعامل التعبئة والكفاءة. بعد أقل من عقد من الزمان ، أصبحت TOPCon هي الكلمة الأكثر صخبًا في الطاقة الشمسية. بدأت أكبر الشركات المصنعة للوحدات النمطية في العالم في إنتاج كميات كبيرة من الوحدات الكهروضوئية باستخدام خلايا TOPCon. بينما تراهن LONGi Solar بشكل كبير على TOPCon من النوع p ، فإن العديد من الشركات الرائدة الأخرى في مجال الوحدات النمطية - مثل Jinko Solar و Jollywood Solar Technology و JA Solar و Trina Solar - تقوم باستثمارات كبيرة في الوحدات مع تصميمات خلايا TOPCon من النوع n. يرجع هذا المحور الجماعي في السوق بشكل أساسي إلى منحنيات كفاءة التسطيح لوحدات الباعث الخامل من النوع p ووحدات خلية التلامس الخلفية (PERC). على الرغم من هيمنتها على السوق في السنوات الأخيرة ، بدأ المصنعون في الوصول إلى الحدود المادية لتصميمات خلايا PERC أحادية النوع من النوع p. سيسمح الانتقال إلى خلايا TOPCon من النوع n لشركات الوحدات النمطية بتعزيز كفاءات الخلايا بشكل أكبر في المختبر وفي الإنتاج الضخم.
فوائد الخلايا من النوع N.
لقد أدرك مصنعو الطاقة الشمسية منذ فترة طويلة فوائد الكفاءة المحتملة للخلايا الكهروضوئية من النوع n. على سبيل المثال ، بدأت سانيو في تطوير الخلايا الكهروضوئية بتقنية غير متجانسة من النوع n (HJT) في الثمانينيات. بالإضافة إلى ذلك ، قامت شركة SunPower ببناء خلاياها الكهروضوئية ذات الاتصال الخلفي (IBC) على قاعدة من السيليكون عالي النقاء من النوع n. نظرًا لتعقيدات التصنيع المتضمنة ، تعد الوحدات الكهروضوئية عالية الكفاءة القائمة على تصميمات الخلايا من النوع n HJT و IBC باهظة الثمن نسبيًا لإنتاجها وتظل جزءًا مناسبًا من السوق. بالمقارنة ، فإن تصنيع خلايا TOPCon من النوع n يشبه إلى حد بعيد عملية PERC. نتيجة لذلك ، يمكن للمصنعين إنتاج وحدات TOPCon من الجيل التالي عالية الكفاءة على خطوط إنتاج PERC المطورة.
على الرغم من أن وحدات TOPCon من النوع n اليوم تكلف أكثر قليلاً لإنتاجها على أساس كل واط من وحدات P-type أحادية PERC ، إلا أن مكاسب الكفاءة تؤدي إلى انخفاض تكلفة الطاقة المستوية (LCOE) في عمليات النشر الميدانية على نطاق واسع. والأفضل من ذلك كله ، يتوقع الخبراء البارزون أن تستفيد TOPCon من النوع n من منحنى التعلم السريع. الميزة المادية الأولية لخلايا TOPCon من النوع n بالنسبة لخلايا PERC أحادية النوع p هي معدل تحلل أقل بسبب انخفاض القابلية للتحلل الناجم عن الضوء (LID) والتدهور الناتج عن الضوء ودرجة الحرارة المرتفعة (LeTID). قد تتضمن المزايا الإضافية عاملًا ثنائيًا أعلى ، بالإضافة إلى تحسين الأداء في ظل ظروف الإضاءة المنخفضة ودرجات الحرارة المرتفعة.
مخاطر التبني المبكر
يتوقع معظم المحللين أن الوحدات التي تحتوي على خلايا TOPCon من النوع n تزيد بسرعة حصتها في السوق بناءً على مزايا الأداء هذه. ومع ذلك ، فإن تقنيات الخلايا الكهروضوئية الناشئة - حتى تلك التي أثبتت نجاحها في نهاية المطاف في هذا المجال - تحمل دائمًا مخاطر أكبر من التقنيات الناضجة والمثبتة. حتى يتم نشر المنتجات على نطاق واسع ، توجد إمكانية لآليات تدهور لم يتم اكتشافها بعد. اليوم ، على سبيل المثال ، يعتبر المهندسون والممولون المستقلون أن الوحدات الكهروضوئية أحادية النوع من PERC هي تقنية مستقرة ومنخفضة المخاطر. لم يكن هذا التقييم دائمًا رأيًا إجماعيًا. كانت الإصدارات المبكرة من وحدات PERC أحادية اللون تعاني من مشكلات في الاستقرار ، وخاصة LID ، وفي حالات نادرة ، LeTID. توضح أوضاع التدهور الأحادي PERC غير المتوقعة هذه مخاطر الأداء التي يواجهها المستخدمون الأوائل مع التقنيات الجديدة.
بينما أثبتت خلايا TOPCon PV من النوع n مرونة في LID و LeTID ، توجد بعض الأدلة على القابلية للتدهور الناجم عن الأشعة فوق البنفسجية. على سبيل المثال ، قام الباحثون في مختبر المسرع الوطني SLAC والمختبر الوطني للطاقة المتجددة (NREL) بتوثيق فقدان الطاقة في الجانبين الأمامي والخلفي في تقنيات الخلايا الشمسية المتقدمة بعد اختبار التعرض للأشعة فوق البنفسجية المتسارع بشكل مصطنع. لا تشير هذه البيانات إلى آلية تدهور واحدة ولكنها تشير إلى أن تصميمات الخلايا المختلفة تتحلل عبر مسارات مختلفة.
تحليل الطب الشرعي للأداء الميداني
تحليل الطب الشرعي هو تحقيق مفصل يسعى إلى تحديد السبب الجذري لضعف أداء نظام الطاقة الكهروضوئية. في كثير من الحالات ، يتم إلقاء اللوم على فشل العاكس أو تقديرات الإنتاج غير الدقيقة في ضعف أداء النظام الحقيقي أو المتصور.
تقييم خط الأساس
تتمثل إحدى أفضل الطرق لأصحاب المصلحة في المشروع لتقليل مخاطر المشروع في إشراك طرف ثالث مؤهل لإجراء تقييم صحي للوحدة الأساسية أثناء التكليف بالمشروع. من خلال الحصول على قياسات عالية الجودة قبل العمليات التجارية ، يوفر التقييم الجنائي الأساسي فوائد قصيرة وطويلة الأجل على مدى العمر التشغيلي لنظام الطاقة الكهروضوئية. على المدى القصير ، يعمل تقييم التشغيل الأساسي على تحسين دقة تقديرات أداء النظام.
اختبار EL النهاري
يستخدم اختبار اللمعان الكهربائي (EL) نظام كاميرا خاصًا لتوثيق انبعاثات الضوء التي تحدث عندما يمر تيار كهربائي عبر الخلايا الكهروضوئية. اختبار EL له تاريخ طويل في المختبر ، حيث يتم استخدامه للكشف عن مجموعة واسعة من عيوب الوحدة المخفية. بمجرد أن يتم ترحيله إلى البيئات الداخلية الخاضعة للرقابة ، أصبح اختبار EL شائعًا بشكل متزايد في تحقيقات الطب الشرعي الميداني. يوفر التصوير النهاري EL فائدتين متميزتين عن الأساليب السابقة. أولاً ، تسمح منهجية اختبار EL الخاصة بنا للفنيين باختبار الوحدات في الموقع ، مما يسرع عملية الاختبار ويزيل تلف الخلايا بسبب إزالة الوحدة والتعامل معها. ثانيًا ، يلغي اختبار EL أثناء النهار الحاجة إلى اختبار الوحدات في ظلام الليل ، مما يزيد من تحسين السلامة والإنتاجية.
تعتبر نتائج اختبار EL في الميدان ذات قيمة لتحديد عيوب التصنيع الرئيسية ، وأضرار الشحن والنقل خارج الموقع ، أو معالجة المواد في الموقع أو أضرار التركيب ، أو الأضرار الناتجة عن أحداث الطقس القاسية مثل البرد أو الرياح أو الثلج. تسمح صور EL هذه لأصحاب المصلحة في المشروع بتحديد تلف الخلايا الذي يمكن أن يؤدي إلى عدم توافق حراري ونقاط ساخنة وضعف أداء الوحدة في المستقبل. عندما يتم توثيقها والإبلاغ عنها بشكل مناسب ، يمكن أن تساعد صور EL الخاصة بطرف ثالث في تسوية مطالبات الضمان والتأمين. على عكس صور الأشعة تحت الحمراء الجوية (IR) ، التي تحدد فقط المواقع المحتملة لمشكلات الأداء ، توضح تحقيقات EL أثناء النهار الأسباب الجذرية لضعف الأداء. تفيد هذه النتائج أصحاب المصلحة في المشروع من خلال تسريع حل المشكلات وتقليل خسائر الإنتاج.
الصيانة الوقائية
تعتبر الأدلة الجنائية الميدانية الخاصة بالأداء الخارجي عملية بشكل خاص عندما تقترن بمنصة مراقبة قوية وبروتوكولات الصيانة التنبؤية. مع تقدم عمر الوحدات الكهروضوئية ، تتعرض الأصول الميدانية لخطر متزايد من ضعف الأداء. لا يؤثر التكسير الدقيق للخلية غالبًا على أداء الوحدة عندما تكون الوحدات جديدة ، ولكن هذا ليس هو الحال بالضرورة مع تقدم عمر الأنظمة. بعد 5 أو 10 سنوات في المجال ، تستمر بعض الوحدات في الأداء كما هو متوقع ، بينما يعاني البعض الآخر من تدهور متسارع.
التفريق بين الوحدات "الجيدة" والوحدات "السيئة" ليس بالأمر السهل ، خاصة في الأنظمة التي تم نشرها بعد أن سنت وزارة التجارة الأمريكية سياساتها الخاصة بميزة AD / CVD. المشاريع الكبيرة التي يبدو أن لديها مورد وحدة واحدة قد تدمج في الواقع الوحدات المصنعة باستخدام خلايا مصدرها عشرات البائعين المختلفين. نظرًا لأن كل قائمة مواد (BOM) فريدة من نوعها ، فلكل منها ملف تعريف مخاطر مختلف.
التخفيف من مخاطر الطقس المتطرفة
لا أحد يفهم المخاطر الطبيعية المرتبطة بنشر الطاقة الشمسية أفضل من المتخصصين في تأمين الطاقة المتجددة مثل GCube Insurance. وفقًا لتقرير الشركة عن السوق لعام 2021 ، "البرد أو المياه المرتفعة: النطاق المتصاعد للطقس القاسي وخسائر الكوارث الطبيعية في الطاقة المتجددة" ، نمت مطالبات التأمين المتعلقة بالطقس من حيث التكرار والشدة حيث زادت مشاريع الطاقة الشمسية من حيث التكرار والحجم و التوزيع الجغرافي. نظرًا للنمو السريع لسوق الطاقة الشمسية على مستوى العالم ، فإن الارتفاع المتناسب في مطالبات التأمين على الطاقة الشمسية ليس غير متوقع تمامًا. ومع ذلك ، فإن السبب الجذري لمطالبات التأمين ضد أشعة الشمس قد فاجأ بعض المطلعين على صناعة التأمين. على وجه التحديد ، منذ عام 2015 ، بلغت الخسائر المؤمن عليها المرتبطة بظواهر الطقس المتطرفة ضعف حجم الخسائر الناجمة عن الكوارث الطبيعية.
بينما تؤدي الأحداث المناخية الشديدة إلى خسائر مؤمنة أكثر من الكوارث الطبيعية ، فإن مطالبات التأمين المرتبطة بفئة الخسائر المناخية الشديدة لا يمكن تجنبها. يمكن لأصحاب المصلحة في المشروع منع أو تخفيف العديد من الخسائر الجوية الشديدة من خلال ممارسة العناية المعقولة والتبصر في اختيار المنتج وتصميم النظام. علاوة على ذلك ، يمكن للمتخصصين في تخفيف المخاطر مساعدة مستثمري الأسهم الضريبية وشركات التأمين على فهم المخاطر المالية المرتبطة بالطقس القاسي.
الاختبار المقارن
يعد اختيار المنتج الاستراتيجي خطوة أولى أساسية للتخفيف من الأسباب الرئيسية لخسائر الطقس الشديدة. توضح قابلية RETC المصرفية ونتائج اختبارات ما بعد التصديق كيف تقاوم تصاميم الوحدات الكهروضوئية المختلفة أو مجموعات من الوحدات والأرفف هذه الأنواع المختلفة من الضغوط البيئية. هذه الاختلافات هي مهمة حاسمة في سياق التخفيف من مخاطر الطقس المتطرفة.
تشمل أمثلة مخاطر الطقس القاسية التي يمكن الوقاية منها الرياح والبرد والثلج. بناءً على تكرار المطالبات ، تعد أحداث الرياح الشديدة سببًا رئيسيًا للخسائر المؤمن عليها في أصول الطاقة الشمسية الميدانية. استنادًا إلى شدة الخسائر ، ألحقت عاصفة بَرَد واسعة الانتشار في غرب تكساس أضرارًا بنحو 400 000 من الوحدات الكهروضوئية ، مما أدى إلى أكبر مطالبة منفردة للتأمين على الطاقة الشمسية حتى الآن. الثلج هو خطر أقل نسبيًا بشكل عام ولكنه يمثل مخاطر كبيرة على ارتفاعات أو خطوط عرض محددة.
الهدف من الاختبار المقارن والمتسارع هو تمكين أصحاب المصلحة في المشروع من تحديد وتحديد أفضل المنتجات وتصميمات الأنظمة لتطبيقات وبيئات محددة. الوحدات التي تعمل بشكل جيد في ظل اختبار الحمل الميكانيكي الديناميكي مناسبة تمامًا للنشر في بيئات الرياح الشديدة. تعتبر الوحدات التي تعمل بشكل جيد في تسلسل اختبار متانة البَرَد (HDT) الخاص بشركة RETC مناسبة تمامًا للنشر في المناطق المعرضة للبَرَد. تعتبر الوحدات التي تعمل بشكل جيد في اختبارات الحمل الميكانيكي هي الأنسب لمقاومة الأحمال المرتبطة بالجليد والثلج. الوحدات التي لا تعمل بشكل جيد في هذين الاختبارين ليست منتجات "سيئة" ، خاصة في التطبيق المناسب. غالبًا ما تتحمل الوحدات التي تصلب ضد الرياح والبرد تكاليف تصنيع أعلى. قد لا تبرر ظروف التثبيت في سنترال فالي بكاليفورنيا ، والذي نادرًا ما يواجه رياحًا شديدة أو بردًا أو ثلجًا ، هذه التكاليف الإضافية.
للتخفيف من مخاطر سلسلة التوريد ، غالبًا ما يقوم المطورون بتقييم مجموعة متنوعة من نماذج الوحدات الكهروضوئية والبائعين ومصدرها. ستختلف قابلية التأثر بالطقس القاسي عبر هذه المجموعة من الوحدات الكهروضوئية المختارة. من خلال الانتباه إلى هذه الاختلافات ، يمكن للمطورين توجيه الوحدات المتصلبة بالرياح أو البرد أو الثلج على التوالي إلى المواقع المعرضة للرياح أو البَرَد أو الثلوج. يعد هذا النوع من النشر الانتقائي طريقة بسيطة نسبيًا وفعالة من حيث التكلفة لتقليل مخاطر الطقس الشديدة.
استراتيجيات التخزين الدفاعي
بعد تصفية الوحدات النمطية ونشرها بشكل انتقائي بناءً على مقاومة الظروف الخاصة بالموقع ، يمكن لأصحاب المصلحة في المشروع تنفيذ استراتيجيات التحكم في البرامج المستجيبة للطقس لتقليل مخاطر الطقس القاسية بشكل أكبر في تطبيقات المرافق الكبيرة. تدمج العديد من الأنظمة الكهروضوئية واسعة النطاق أجهزة تتبع أحادية المحور يتم التحكم فيها بذكاء والتي تستخدم برنامجًا لمتابعة الشمس مع تجنب التظليل الذاتي. مع زيادة مطالبات التأمين المتعلقة بالطقس ، طبقت الشركات المصنعة الرائدة في صناعة أجهزة التتبع استجابات جديدة للتحكم في البرامج ، مثل أوضاع التخزين الدفاعي أو أوضاع تحميل الحمولة.
نظرًا للطبيعة المحلية للغاية والسريعة الحركة لظواهر الرياح العاتية وعواصف البرد ، غالبًا ما تعطي تنبيهات الطقس القاسية لمشغلي المحطة القليل من التحذير المسبق. علاوة على ذلك ، فإن أنواع العواصف التي تنتج رياحًا شديدة وبَرَدًا كبيرًا غالبًا ما تؤدي إلى سقوط خطوط الكهرباء وفقدان طاقة التيار المتردد. يمكن لعناصر التحكم النشطة في البرامج معالجة هذه التحديات وتوفير التخفيف الفعال للمخاطر من خلال ميزات المنتج مثل البدء المحلي أو عن بُعد وأوقات الاستجابة السريعة والنسخ الاحتياطي للبطارية الآمنة. من المهم أيضًا مراعاة مخاطر الطقس المتزامنة.
على الرغم من أن صناعة التأمين اعتمدت منذ فترة طويلة على تقييمات المخاطر الاحتمالية لتوفير تغطية مستدامة ، فإن التحدي الذي تشكله مشاريع الطاقة الشمسية مزدوج. أولاً ، تتوفر بيانات تاريخية محدودة لفهم مخاطر الطقس الشديدة ، لا سيما بالنظر إلى معدل التغير التكنولوجي وتوسع السوق. ثانيًا ، لا تلتقط بيانات الكوارث الطبيعية التي تعتمد عليها شركات التأمين عادةً الأحداث المناخية المتطرفة "غير المصنفة".
جودة الوحدة
قد يكون أداء المنتجات التي تظهر متشابهة على الورق مختلفًا تمامًا في العالم الحقيقي. غالبًا ما يفسر التزام التصنيع بالجودة هذه الاختلافات. إن نشر أعداد متزايدة من مشاريع الطاقة الشمسية عالية السعة في مواقع حول العالم لا يخلو من المخاطر. يتطلب التخفيف من المخاطر الخاصة بالموقع تطبيقًا استراتيجيًا للمنتجات والتقنيات. إن نهج مقاس واحد يناسب الجميع لتصميم المنتجات وتطوير المشروع يزيد دائمًا من ملفات تعريف مخاطر المشروع. التمايز الاستراتيجي للمنتجات يحسن مرونة المشروع.
تخفف تصميمات النظام والوحدات المتشددة من مخاطر المشروع في المناطق المعرضة للبرد مثل غرب تكساس. تعمل تصميمات المنتجات والأنظمة التي تقاوم تأثيرات الرياح الديناميكية على تقليل مخاطر المشروع في مواقع الرياح الشديدة في جميع أنحاء العالم. تعمل تصميمات المنتجات والأنظمة التي تقاوم الأحمال الميكانيكية عالية السكون على تقليل مخاطر الأعطال الكارثية في مواقع الثلوج الشديدة. تعمل المنتجات المقاومة للتآكل على إطالة عمر التشغيل في المناطق الساحلية.
تستخدم مختبرات الاختبار معدات تمت معايرتها ومعتمدة في ظل ظروف اختبار خاضعة للتدقيق والرقابة. تمثل الخصائص التي تم التقاطها في ظل هذه الظروف الصارمة المقياس المناسب لأداء الوحدة الكهروضوئية وتوفر قيمة لأصحاب المصلحة المتعددين في المشروع. بينما يعد اختبار المصنع وفقًا لمعلمات ظروف الاختبار القياسية (STC) مثاليًا لإنشاء تصنيفات لوحة اسم الوحدة ، فإن نتائج اختبار المصنع لا تميز ظروف تشغيل الوحدة النمطية. لنمذجة أداء النظام بدقة في العالم الحقيقي ، من الضروري فهم كيفية أداء الوحدات في ظل ظروف الإشعاع المنخفض أو فيما يتعلق بزوايا الشمس المتغيرة. علاوة على ذلك ، من الأهمية بمكان توصيف أداء الوحدة في ظل ظروف الاختبار التي تعكس ظروف التشغيل التي تنتج بموجبها الأنظمة الكهروضوئية عادةً عوائد الطاقة المثلى. من الأهمية بمكان أيضًا فهم كيفية تأثير التعرض لأشعة الشمس على المدى القصير والتدهور الناتج على الأداء الكهروضوئي في الحقل.
خلال إصدار 2022 من تقرير مؤشر الوحدة الكهروضوئية ، حددت RETC 9 جهات تصنيع مختلفة وعرضت 61 حالة من الإنجازات العالية في التصنيع. لتحديد الأفضل من الأفضل ، قام بمراجعة وتصنيف توزيعات البيانات الإجمالية عبر جميع التخصصات الثلاثة: الجودة والأداء والموثوقية. تسلط مصفوفة النتائج الإجمالية الضوء على ستة من أفضل الشركات أداءً بناءً على الإنجازات العالية الإجمالية في التصنيع: JA Solar و JinkoSolar و LONGi Solar و Hanwha Q CELLS و Trina Solar و Yingli Solar.
