Διπρόσωπο PV και Albedo

Πηγή: roedl.com

Εκτός από τη δυνατότητα επίτευξης μειωμένου ισοπεδωμένου κόστους ενέργειας (LCOE), οι φωτοβολταϊκές μονάδες διπλής όψης προσφέρουν νέες ευκαιρίες εγκατάστασης και μάρκετινγκ. Αυτό, με τη σειρά του, συνοδεύεται από σχετικά πλεονεκτήματα, όπως πρόσθετες αποδόσεις και υψηλότερες πυκνότητες ισχύος. Επιπλέον, λόγω του ειδικού προφίλ παραγωγής ενέργειας που διαθέτουν, οι κάθετα τοποθετημένες διπρόσωπες μονάδες προσφέρουν πλεονεκτήματα στην τιμή της ηλεκτρικής ενέργειας σε περιόδους που η ηλεκτρική ενέργεια πρέπει να διατίθεται στην αγορά χωρίς την υποστήριξη EEG και μπορούν να βοηθήσουν στο ξεκλείδωμα της νέας χρήσης σε άλλες δυσπρόσιτες περιοχές.

Θεμελιώδεις Πληροφορίες

Κατ 'αρχήν, οι φωτοβολταϊκές μονάδες διπλής όψης (PV) είναι απλώς φωτοβολταϊκές μονάδες των οποίων η πλήρης πίσω επαφή έχει αντικατασταθεί με μια επαφή δακτυλικών αποτυπωμάτων. Αυτό σημαίνει ότι και το πίσω μέρος του πάνελ μπορεί να εκτεθεί στην ηλιακή ακτινοβολία και να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή ενέργειας. Το πόση ηλιακή ακτινοβολία θα λάβει το πίσω μέρος του πάνελ εξαρτάται, κυρίως, από την ανακλαστικότητα της γύρω επιφάνειας και από τον τρόπο τοποθέτησης των μονάδων. Η λεγόμενη τιμή albedo είναι το μέτρο του πόσο καλά μια επιφάνεια αντανακλά την ηλιακή ακτινοβολία. Για παράδειγμα, η τιμή albedo είναι περίπου. 10 % για υψηλό ήλιο πάνω από βαθιά νερά, 10 % - 30 % για λιβάδια και έως 75 % - 95 % για φρεσκοπεπτό χιόνι.¹Η τιμή albedo μιας περιβάλλουσας επιφάνειας είναι ένας σημαντικός παράγοντας για το κέρδος απόδοσης (βλ. εικόνα²).

Ένας άλλος παράγοντας είναι ο λεγόμενος "συντελεστής διπλοπροσωπικότητας" που είναι ένα μέτρο της ποσότητας ενέργειας που θα παράγει το πίσω μέρος του πίνακα σε σύγκριση με το μπροστινό μέρος του πίνακα. Επί του παρόντος, στις διπροσωπικές μονάδες, οι παράγοντες διπλοπροσωπικότητας κυμαίνονται κανονικά μεταξύ 70 % και 95 %. Για παράδειγμα, ένας συντελεστής διπλής όψης 95 % σημαίνει ότι, στις ίδιες συνθήκες, το πίσω μέρος θα παράγει μόνο το 95 % της ενέργειας που παράγεται από το μπροστινό μέρος. Αλλά, τελικά, είναι το κέρδος απόδοσης που έχει σημασία, και εδώ, εάν μια εγκατάσταση βρίσκεται σε ευνοϊκή τοποθεσία σε ιδανικές συνθήκες εγκατάστασης (υψηλή τιμή albedo π.χ. χιόνι ή φωτεινή επιφάνεια οροφής, τέλειος προσανατολισμός, χωρίς σκίαση), οι πιθανές τιμές το κέρδος απόδοσης μπορεί να κυμαίνεται μεταξύ 30 % και 50 % ετησίως³Στη Γερμανία, ωστόσο, θα πρέπει μάλλον να αναμένεται ότι το κέρδος απόδοσης θα κυμαίνεται μεταξύ 5 % και 15 % ετησίως, ανάλογα με τη σχεδίαση του συστήματος και την επιφάνεια κάτω από τη μονάδα.

Βασικές εκτιμήσεις σχετικά με την επίδραση του albedo στο κέρδος απόδοσης

Καινοτόμα σχέδια συστημάτων

Το ιδιαίτερο με τις διπρόσωπες μονάδες είναι ότι, εκτός από τα κέρδη απόδοσης που παράγονται από την πίσω πλευρά, αυτός ο τύπος μονάδας προσφέρει και άλλες επιλογές εγκατάστασης. Σίγουρα, η πιο ριζική αλλαγή σε σχέση με τα συμβατικά πάνελ είναι η κάθετη τοποθέτηση. Ο πιο συνηθισμένος είναι ο ανατολικός/δυτικός προσανατολισμός των πάνελ. Αυτό συνεπάγεται δύο βασικές διαφορές σε σύγκριση με τη συμβατική διάταξη.

Πρώτα απ 'όλα, η κάθετη διάταξη περιλαμβάνει ένα αλλαγμένο προφίλ παραγωγής. Αντί για ένα μόνο μεσημεριανό μέγιστο, παράγονται τώρα δύο κορυφές: μία το πρωί και μία το απόγευμα, αν και η παραγωγή μετά το μεσημέρι παραμένει σχετικά υψηλή. Πέραν του γεγονότος ότι οι λίγοι συγκρίσιμοι σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής παράγουν κέρδη απόδοσης μεταξύ 5 % και 10 %, το πραγματικό πλεονέκτημα είναι ότι πλέον παράγεται περισσότερη ηλεκτρική ενέργεια εν μέσω γενικά αυξανόμενων τιμών άμεσης αγοράς. Στη Γερμανία και σε όλο τον κόσμο, μπορεί να φανεί ότι όλο και περισσότεροι σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής σχεδιάζονται ή κατασκευάζονται χωρίς την υποστήριξη EEG.4 Στην περίπτωση αυτών των σταθμών ηλεκτροπαραγωγής, η μελλοντική τιμή ηλεκτρικής ενέργειας που αναφέρεται στο χρηματιστήριο ηλεκτρικής ενέργειας θα είναι σημαντική για εκτιμήσεις σχετικά με την κερδοφορία. Η ικανότητα αποφυγής του λεγόμενου «φαινόμενου κανιβαλισμού» (δηλαδή η πτώση της τιμής αιχμής το μεσημέρι ακόμη και στο επίπεδο των αρνητικών τιμών) των φωτοβολταϊκών σταθμών μπορεί να γίνει αποφασιστικός παράγοντας. Η ανάλυση της ισπανικής αγοράς ηλεκτρικής ενέργειας δείχνει ξεκάθαρα το αμφιλεγόμενο φύση του προβλήματος των μη επιδοτούμενων τιμών ηλεκτρικής ενέργειας.⁵

Συμβατική έναντι κάθετης εγκατάστασης: Προφίλ παραγωγής ενέργειας και τιμές άμεσης αγοράς από 26/05/2017. Πηγή:/Next2Sun

Μια άλλη σημαντική διαφορά είναι η αλλαγή στη χρήση της γης. Σε σύγκριση με τα συμβατικά τοποθετημένα πάνελ, οι κάθετα τοποθετημένες διπρόσωπες μονάδες απαιτούν σημαντικά μεγαλύτερη απόσταση σειρών για να αποφευχθεί η υπερβολική αυτοκόλληση. Αφενός, αυτό οδηγεί σε χαμηλότερα ποσοστά χρήσης γης και, αφετέρου, είναι ακριβώς η μεγαλύτερη απόσταση σειρών που βοηθά τη γη να παραμείνει χρησιμοποιήσιμη για γεωργικούς σκοπούς τουλάχιστον με ορισμένους περιορισμούς. Τελικά, η διατήρηση της αγροτικής παραγωγικότητας σημαίνει τη δυνατότητα μείωσης του κόστους μίσθωσης γης σε σύγκριση με τους συμβατικούς σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής και συνεπώς τη δυνατότητα αντιμετώπισης του αυξανόμενου προβλήματος της κατανάλωσης γης με βάση ένα καινοτόμο μοντέλο συνεργασίας. Επειδή οι προγραμματιστές έργων συνήθως επιδιώκουν να επιτύχουν τη μέγιστη εγκατεστημένη ισχύ για τη βελτιστοποίηση των περιθωρίων κέρδους κατά την πώληση ενός σταθμού ηλεκτροπαραγωγής, αυτή η ιδέα θα είναι πιο ενδιαφέρουσα για τους προμηθευτές ενέργειας. Έτσι, οι δημοφιλείς αμφιβολίες για την κατανάλωση γης μπορούν να διαλυθούν. Εδώ, ενδιαφέρουσα είναι η ιδέα της συνεργασίας με αγροτικούς συνεταιρισμούς που κατέχουν τεράστιες εκτάσεις γης, π.χ. στην Ανατολική Γερμανία.

Ένα άλλο πλεονέκτημα της κάθετης τοποθέτησης είναι η ελαχιστοποίηση των απωλειών που προκαλούνται από την εναπόθεση χιονιού στο
επιφάνεια των μονάδων. Επιπλέον, σύμφωνα με αρχικές μελέτες, οι απώλειες που προκαλούνται από τη ρύπανση είναι σημαντικά μικρότερες (αυτό ισχύει για ερημικές περιοχές).⁶

Η καταλληλότητα των μονάδων διπλής όψης για χρήση σε ορισμένους τύπους σταθμών ηλεκτροπαραγωγής δεν εξαρτάται μόνο από το γεγονός ότι χρησιμοποιούνται και οι δύο πλευρές του πίνακα αλλά και από τη διαφάνεια της μονάδας γυαλιού-γυαλιού. Έτσι, είναι καταλληλότερα για εγκατάσταση σε λιμάνια αυτοκινήτων, σε ηχοφράγματα, ως στοιχεία κτιρίων, σε Πλωτά Φ/Β⁷, καθώς και στην προαναφερθείσα Agro PV.

Δομή κόστους και εσόδων

Για λόγους σύγκρισης, η ανάλυση της δομής κόστους και εσόδων λαμβάνει υπόψη τον συμβατικό σχεδιασμό φωτοβολταϊκών σταθμών παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας με βέλτιστη κλίση, με νότιο προσανατολισμό.

Ο προσεκτικός αναγνώστης θα έχει ήδη συμπεράνει σε αυτό το σημείο ότι η εγκατάσταση μονάδων διπλής όψης απαιτεί λιγότερες μονάδες λόγω της υψηλότερης ειδικής απόδοσης. Αυτό μειώνει το κόστος εγκατάστασης, BoS και μίσθωσης γης.

Αντίθετα, ωστόσο, οι τιμές των μονάδων είναι υψηλότερες, επί του παρόντος κατά περίπου 10%, οι οποίες θα μπορούσαν, ωστόσο, να συγκλίνουν μακροπρόθεσμα. Ο λόγος για αυτό είναι ότι η διαδικασία παραγωγής είναι πολύ παρόμοια με αυτή των συμβατικών μονάδων3. Επί του παρόντος, οι παγκόσμιες παραγωγικές ικανότητες είναι μάλλον προσανατολισμένες σε μονοπρόσωπες μονάδες. Ως εκ τούτου, το αποτέλεσμα μείωσης της τιμής που προκύπτει από οικονομίες κλίμακας δεν έχει ακόμη τόσο ισχυρό αντίκτυπο στις διπροσωπικές μονάδες.

Θα πρέπει, ωστόσο, να εξετάζεται κατά περίπτωση ποιος τύπος ενότητας και ποια μέθοδος εγκατάστασης θα επιλεγεί για μεμονωμένα έργα. Εάν η ηλεκτρική ενέργεια πωλείται εκτός του συστήματος EEG, είναι λογικό –πέρα από τον καθορισμό των LCOE– να προετοιμαστεί μια μακροπρόθεσμη πρόβλεψη τιμής ηλεκτρικής ενέργειας για να προσδιοριστεί η αξία της παραγόμενης ηλεκτρικής ενέργειας.

Στην περίπτωση των κάθετα τοποθετημένων μονάδων διπλής όψης, το συγκεκριμένο κόστος επένδυσης είναι περίπου. 10 % - 20 % υψηλότερα και το κόστος μίσθωσης γης είναι περίπου διπλάσιο λόγω της μεγαλύτερης ανάγκης για γη. Στην περίπτωση του κόστους μίσθωσης γης, είναι δυνατές μειώσεις του κόστους, ανάλογα με το εάν το κομμάτι γης είναι κατάλληλο για γεωργικούς σκοπούς και εάν είναι δυνατή η συνέχιση της χρήσης του. Αντίθετα, οι διπρόσωπες μονάδες προσφέρουν περίπου. 5% έως 10% υψηλότερες αποδόσεις και υψηλότερα έσοδα από την πώληση ηλεκτρικής ενέργειας σε περιόδους υψηλότερων τιμών ηλεκτρικής ενέργειας. Επιπλέον, αναμένεται ότι η χρήση μονάδων γυαλιού-γυαλιού θα οδηγήσει σε μεγαλύτερη εξυπηρέτηση
ΖΩΗ.⁹

Μια θετική πρόβλεψη για το διπρόσωπο μερίδιο αγοράς

Υποτίθεται ότι οι διπρόσωπες μονάδες θα αυξηθούν σε σημασία παγκοσμίως. Οι προβλέψεις κυμαίνονται από 20% σε
2026¹⁰ στο 40% το 2025.¹¹Εκτός από τη διαφορά τιμής, δυσκολίες προκύπτουν επίσης από το γεγονός ότι το ζήτημα του διπρόσωπου STC δεν έχει λυθεί ακόμη. Άλλα ζητήματα είναι ο καθαρισμός του πίσω μέρους των πάνελ και η εμφάνιση καυτών σημείων που προκαλούνται από τη δομή στερέωσης. Το θετικό είναι ότι οι χρόνοι παράδοσης για τις διπρόσωπες μονάδες έχουν κανονικοποιηθεί και οι προσομοιώσεις απόδοσης αποδίδουν αξιόπιστες τιμές.

Συμπέρασμα: Διπρόσωποι Φ/Β σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής με νέα σχεδίαση συστήματος και επιχειρησιακές θήκες

Οι φωτοβολταϊκές μονάδες διπλής όψης παράγουν περισσότερη ενέργεια στην ίδια επιφάνεια της μονάδας μέσω ενός ηλιακού πίσω μέρους του πάνελ λόγω της ανακλαστικότητας της γύρω επιφάνειας. Με το κόστος εγκατάστασης και BoS να είναι στο ίδιο επίπεδο, αυτό οδηγεί σε υψηλότερη απόδοση που συνήθως υπερβαίνει το υψηλότερο κόστος των μονάδων διπλής όψης. Επιπλέον, οι μονάδες διπλής όψης προορίζονται για χρήση σε φράγματα θορύβου, πλωτές φωτοβολταϊκές μονάδες ηλεκτροπαραγωγής και κάθετα τοποθετημένες
Φ/Β συστήματα. Επειδή με κάθετα τοποθετημένους σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής, η γη μπορεί να συνεχίσει να χρησιμοποιείται για γεωργικούς σκοπούς, αυτό εξαλείφει το αμφιλεγόμενο ζήτημα της κατανάλωσης γης¹²και έτσι αυξάνει την πιθανότητα απόκτησης των σχετικών αδειών. Ταυτόχρονα, το προφίλ παραγωγής αυτού του τύπου σταθμών ηλεκτροπαραγωγής υπόσχεται υψηλότερες αποδόσεις στο χρηματιστήριο ηλεκτρικής ενέργειας, κάτι που είναι ιδιαίτερα ελκυστικό στην περίπτωση σταθμών παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας που λειτουργούν εκτός του καθεστώτος υποστήριξης EEG. Ως εκ τούτου, είναι βασικά ενδεδειγμένο σε κάθε περίπτωση να ληφθούν υπόψη οι διπρόσωπες φωτοβολταϊκές μονάδες και η κάθετη τοποθέτησή τους σε μελλοντικά έργα.

________________________________________________________________

1 Dobos, E. (1996) 'Albedo', Engineering (London), 237(7), p. 21. doi: 10.1081/E-ESS

2 Dupeyrat et al., 2014; Έρευνες σχετικά με την εξάρτηση από την άλβεδο της απόδοσης των φωτοβολταϊκών δύο όψεων
3 Guo, S., Walsh, TM and Peters, M. (2013) 'Vertically mounted bifacial photovoltaic modules: A global analysis', Energy, 61, σελ. 447–454. doi:10.1016/j.energy.2013.08.040
Yusufoglu, UA, Pletzer, TM, Koduvelikulathu, LJ, Comparotto, C., Kopecek, R. and Kurz, H. (2015a) 'Analysis of the year performance of bifacial
modules and optimization method», IEEE Journal of Photovoltaics, 5(1), σελ. 320–328. doi: 10.1109/JPHOTOV.2014.2364406
Shoukry, I. (2015) Διπροσωπικές Ενότητες – Προσομοίωση και Πείραμα. Πανεπιστήμιο της Στουτγάρδης

4 https://www.pv-magazine.de/2019/03/04/enbw-plant-photovoltaik-anlagen-mit-400-megawatt-ohne-foerderung-in-deutschland/
5 https://www.pv-magazine.de/2019/03/01/photovoltaik-in-spanien-kurzer-ueberblick-ueber-einspeisetarife-sowie-projektentwicklung-und-finanzierung-von-freiflaechenanlagen/

6 Rabanal-Arabach, J., Mrcarica, M., Schneider, A., Kopecek, R. and Heckmann, M. (2016) «The Need of Frameless Mounting Structures for Vertical Mounting of Bifacial PV Modules», στο 32nd EU PVSEC
7 «Πλοούμενο Φ/Β– Schwimmende Photovoltaikanlagen als Neuer Trend» (EnEws: Ausgabe Φεβρουάριος 2019)
8 Βασισμένο στο Webinar PV Magazin στις 25.10.2018. Οι διαφάνειες abrufbar κάτω από: https://16iwyl195vvfgoqu3136p2ly-wpengine.netdna-ssl.com/wp-content/uploads/2018/10/2018-10-25-Bifacial-Webinar-SOLTEC.pdf
9 Επόμενος2Κυρ
10 International Technology Roadmap for Photovoltaic (ITRPV), Μάρτιος 2019 [Daten für "true bifacial"]
11 https://www.bloomberg.com/news/articles/2018-05-17/watch-out-for-double-sided-solar-panels-taking-off-in-china

12 https://www.pv-magazine.de/2019/03/04/fdp-politiker-photovoltaik-anlagen-in-unseren-regionen-sind-verbrechen-an-der-menschheit/