Актуални технологични тенденции в PV индустрията – част 2

ВЕИ енергетикaСп. Енерджи ревю - брой 3, 2020 • 14.05.2020

В първата част на статията, публикувана в бр. 2/2020 на списанието, ви запознахме с пазарните тенденции в сектора на соларната енергетика и новостите при материалите за производство на фотоволтаични панели. Акцент беше поставен и върху тънкослойните технологии, които имат потенциала да променят индустрията. В продължение на темата, в настоящото издание ще разгледаме тенденциите в областта на модулните технологии, както и някои от иновативните приложения на фотоволтаиците.

Усъвършенствани модулни технологии

Появата на нови клетъчни архитектури осигурява възможност за по-високи нива на ефективност. Основна движеща сила за тази промяна са PERC (Passivated Emitter and Rear Cell) клетките и тяхната съвместимост с други иновации. За в бъдеще най-важната технологична тенденция на пазара е свързана с двулицевите клетки и модули.

Двулицевите соларни клетки се разработват от десетилетия и днес техният производствен процес може да се смята за един от най-усъвършенстваните за соларни модули. Двулицевите клетки могат да генерират електроенергия не само от слънчевата светлина, попаднала върху предната им страна, но и от отразената светлина, падаща върху задната им страна. Понастоящем Китай запазва статуса си на най-голям производител и краен пазар на двулицеви модули. В световен мащаб търсенето също нараства, като се наблюдава увеличение на използването на такива модули в PV инсталации за комунални нужди в САЩ, Бразилия и Обединеното кралство.

Използването на двулицеви модули предлага повишаване на ефективността относително с 5 до 20% посредством увеличаване на енергийния добив от определена модулна площ. Според експертите от отдела за модулни технологии на Фраунхофер института за соларни енергийни системи почти всеки производител на клетки, преминал към PERC, работи и върху двулицевата технология. Въпреки ръста и предимствата на двулицевите клетки, технологията трябва да преодолее някои предизвикателства, например липсата на международен стандарт за изпитване и на общи правила за определяне на цените на електроенергията, както и проблемите със симулацията на енергийния добив и рентабилността.

Един от видовете двулицеви модули са типът стъкло-стъкло. Това са соларни панели, чиито клетки са разположени между две стъклени плоскости. Обикновено те се използват за системи за комунални нужди и са добро решение за тежки условия на околната среда (например висока температура и влажност), тъй като са по-устойчиви на проникването на влага. Технологията се разработва от десетилетия, но високите цени и голямото тегло на модулите възпрепятстват тяхното развитие.

Според проучване, през 2018 г. делът на модулите тип стъкло-стъкло е едва 5%, но се очаква до края на 2020 г. да се удвои, а в рамките на следващите 10 години да достигне 40%.

Полуклетките представляват разрязани наполовина клетки посредством високо усъвършенствани лазерни машини. Тази технология се внедрява бързо благодарение на факта, че от производствена гледна точка са необходими минимални промени, за да се включат и машини за лазерно рязане. Полуклетките подобряват ефективността и издръжливостта на модулите и могат да предложат незабавно увеличение на енергията с 5-6 W. Благодарение на интегрирането на PERC, полуклетъчната технология достига ефективност до 18% и номинална мощност до 300 W.

Силициевите соларни клетки са метализирани, с тънки ленти върху предната и задната си повърхност – шини, служещи за провеждането на постоянния ток, генериран от клетката. По-старите панели обикновено имат две шини, но индустрията преминава към по-високи ефективности и броят на шините в соларните клетки вече достига 3 или повече. По-големият брой шини е свързан с по-висока ефективност на модулите поради редуциране на вътрешните загуби от съпротивление, което се дължи на скъсените разстояния между шините.

 

Нови приложения

Плаващите PV инсталации са развиващ се пазар с потенциал за бърз растеж. Според доклад на Световната банка в края на 2018 г. глобалният инсталиран капацитет на плаващи фотоволтаични системи възлиза на 1,1 GW. Търсенето за плаващи PV инсталации нараства, особено в островните и други ограничени откъм земна площ държави, тъй като цената на водната повърхност като цяло е по-евтина от тази на земята. Плаващите соларни системи са особено подходящи за Азия, където земната площ не достига, но има много язовири за производство на хидроенергия с готова преносна инфраструктура. Европа също има огромен потенциал за приложение на плаващите PV системи, особено в Нидерландия и Франция. Като всяка нова технология обаче, и тук има инженерни предизвикателства, които трябва да бъдат преодолени. Анкерните системи например трябва да бъдат проектирани така, че да издържат на динамичните сили на вълни и силни ветрове, но специалистите в областта все още не разполагат с достатъчно опит за прилагането на такива системи за плаващи PV централи, поради което тези инсталации винаги са подвижни до някаква степен.

Друга нарастваща тенденция е интегрирането на соларни панели в сгради, като този подход има няколко преимущества. Първо, интегрираните в сгради соларни панели (building-integrated PV, BIPV) са многофункционални, тъй като могат да бъдат адаптирани за редица повърхности (покриви, прозорци, стени) като интегрирано решение, предоставящо пасивни и активни функции. Ключова пасивна функция е топлинната и звуковата изолация. Други уникални предимства за интегрираните в сгради PV системи са възможността за регулиране в реално време на отоплението и осветлението. На второ място, BIPV са ценово ефективно решение. Те предлагат потенциал за намаляване на разходите, свързан със спестявания на покривен материал и труд. В сравнение с конвенционалните покривни материали BIPV системите са по-скъпи, но като се отчетат допълнителните приходи от генерираната електроенергия, тези по-високи начални инвестиции се компенсират многократно. Сред положителните страни са и универсалността и гъвкавостта по отношение на дизайна (размер, форма и цвят).

Соларните паркинги също набират популярност, като те представляват наземно монтирани фотоволтаични панели, под които се паркират автомобилите. Освен че осигуряват сянка за превозните средства, панелите могат да генерират електроенергия, която да се използва например за зарядни станции за електромобили. На второ място, те могат да предоставят възможност за допълнително съхранение на енергия при наличието на такава интегрирана система. Ръстът при соларните паркинги се обуславя от няколко фактора. Ценовата разлика между покривните PV системи и соларните паркинги продължава да намалява, което ги превръща в атрактивно решение за редица пазари. Движеща сила са и комуналните дружества, които все повече залагат на разпределеното генериране на енергия като начин за подобряване на надеждността на електроснабдителната мрежа.

Соларните дървета приличат много на истинските, тъй като имат наподобяващи листа соларни панели, свързани чрез метални клони. Те могат да се разглеждат като допълнение към покривни соларни инсталации. Отличават се с по-висока ергономичност от конвенционалните хоризонтални системи, заемайки близо 100 пъти по-малко пространство за генерирането на едно и също количество енергия. Това прави соларните дървета подходящо решение за държави, разполагащи с ограничени площи за изграждане на фотоволтаични инсталации.

Повечето съоръжения за обезсоляване на морска вода днес се захранват посредством изкопаеми горива, което ги прави неустойчиви в дългосрочен план. Двете най-често използвани техники, прилагани за обезсоляване и получаване на питейна вода, са мембранният метод (обратна осмоза, нанофилтрация и електродиализа) и термалният метод (различни видове дестилация). Тъй като за мембранните технологии не е необходима топлина, инсталациите, работещи на този принцип, могат да се съчетаят с ветрогенераторна или соларна система. С падането на цените на PV оборудването и увеличаващата се потребност от питейна вода, през следващите години може да се очаква изграждането на още захранвани от соларна енергия инсталации за обезсоляване.

Соларните PV термални (PV-T) системи комбинират производството на електрическа и топлинна енергия в един колектор. Те включват соларен панел с охлаждаща система, в която хладилен агент (вода или въздух) циркулира около соларните клетки, нагрявайки се до степен, позволяваща оползотворяването на топлинната му енергия за различни приложения. Охлаждащата система за PV панели носи двойна полза – съществено повишава ефективността на фотоволтаичните инсталации в електроенергийния сектор и позволява улавянето на топлината от панелите и използването й за отопление на помещения, подгряване на вода или в индустриални процеси. В действителност PV модулите обикновено използват 15-20% от постъпващата соларна енергия, а останалият дял се губи под формата на топлина. PV-T технологията дава възможност за повишаване на общата ефективност чрез оползотворяване на загубената топлинна енергия и охлаждане на фотоволтаичните клетки на панелите.

Агриволтаиката комбинира соларните инсталации със земеделието и включва отглеждането на различни култури под наземно монтирани фотоволтаични панели. Въпреки че концепцията е предложена отдавна, доскоро на нея се отделя малко внимание, докато няколко учени не потвърждават ползите от внедряването й – производство на повече електроенергия, реализиране на по-големи добиви и използване на по-малко вода.


Top