Η τεχνολογία ηλιακών φωτοβολταϊκών μονάδων κινείται γρήγορα και προσφέρει συνεχείς βελτιώσεις. Τόσο γρήγορα που δεν είναι ασήμαντο να κρίνουμε τη μακροπρόθεσμη αξιοπιστία των αλλαγών . Είναι ένα κρίσιμο ζήτημα, καθώς οι λειτουργικές μονάδες, αφού αναπτυχθούν, αναμένεται να αποδώσουν αποτελέσματα σε διάρκειες ζωής που εκτείνονται σε δεκαετίες . Η Sara Fall και ο Jarett Zuboy στο NREL περιγράφουν μια διαδικασία που έχει σχεδιαστεί για τον εντοπισμό και την αντιμετώπιση πιθανών προβλημάτων αξιοπιστίας γρήγορα, προτού αυτά παρατηρηθούν στην αγορά. Οι ερευνητές έχουν εντοπίσει έντεκα βασικές τάσεις της τεχνολογίας σε τέσσερις κατηγορίες που πρέπει να αναλυθούν: αρχιτεκτονική μονάδων, διασυνδέσεις, τεχνολογία διπλής όψης και τεχνολογία κυψελών . Στη δημοσιευμένη εργασία τους, οι ερευνητές δίνουν το παράδειγμα της μετάβασης από μονοπρόσωπα σε διπλοπροσωπικά σχέδια φωτοβολταϊκών μονάδων. Ιστορικά, τα φωτοβολταϊκά (PV) πάνελ έχουν επιδείξει υψηλή αξιοπιστία, καθιστώντας τα ένα αξιόπιστο και αυξανόμενο μέρος των παγκόσμιων προσπαθειών απαλλαγής από τις ανθρακούχες εκπομπές. Η τεχνολογία φωτοβολταϊκών μονάδων έχει επίσης μια ιστορία επανάληψης και εξέλιξης με την πάροδο του χρόνου, με πιθανές επιπτώσεις στην αξιοπιστία της μονάδας .

Έχοντας αυτό κατά νου, οι ερευνητές του Εθνικού Εργαστηρίου Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας (NREL) βοηθούν στον εντοπισμό πιθανών μελλοντικών επιπτώσεων στην αξιοπιστία σε ένα πρόσφατο άρθρο ανασκόπησης που δημοσιεύτηκε στο IEEE Journal of Photovoltaics , « Getting Ahead of the Curve: Assessment of New Photovoltaic Module Reliability Risks Associated With Projected Technological Αλλαγές ." Το άρθρο προτείνει επίσης τομείς όπου η πρόσθετη έρευνα, τα πρότυπα και οι δοκιμές θα μπορούσαν να βελτιώσουν την αξιοπιστία της μονάδας . Η εργασία πραγματοποιήθηκε ως μέρος της Κοινοπραξίας Durable Module Materials (DuraMAT) .

Πρόβλεψη και μετριασμό των κινδύνων αξιοπιστίας της μονάδας

«Η πρόβλεψη και ο μετριασμός των κινδύνων αξιοπιστίας της μονάδας είναι κεντρικής σημασίας για την αποστολή της DuraMAT», δήλωσε η Teresa Barnes, μία από τις συγγραφείς του άρθρου και διευθύντρια του DuraMAT Consortium. "Σε αυτό το άρθρο, αρχίζουμε να εντοπίζουμε μελλοντικά οφέλη και προκλήσεις αξιοπιστίας από υλικά και σχέδια μονάδων που δεν έχουν αναπτυχθεί στο πεδίο για αρκετό καιρό για στατιστικά έγκυρη ανάλυση αστοχίας ."

Αντιμετώπιση ανησυχιών, σύλληψη γνώσης

Το άρθρο συνθέτει πληροφορίες σχετικά με μονάδες κρυσταλλικού πυριτίου από αναφορές αγοράς φωτοβολταϊκών, συνεντεύξεις με ερευνητές φωτοβολταϊκών και άλλους ενδιαφερόμενους φορείς και βιβλιογραφία με κριτές για να συνδέσει τις ακαδημαϊκές ανησυχίες με τις ανησυχίες της αγοράς και να συλλάβει καλύτερα τις ταχέως εξελισσόμενες γνώσεις και προοπτικές.

«Είμαστε τυχεροί στο NREL που έχουμε συναδέλφους με τεχνογνωσία που περιλαμβάνει όλο το φάσμα των τεχνολογιών και της έρευνας αξιοπιστίας των μονάδων , καθώς και πρόσβαση σε πρόσθετους ερευνητές και απόψεις του κλάδου μέσω του DuraMAT », εξήγησε ο συγγραφέας Jarett Zuboy, αναλυτής αγοράς και πολιτικής για το NREL. «Οι συζητήσεις μας με πολλούς από αυτούς τους ειδικούς βοήθησαν να διαμορφώσουμε και να επικυρώσουμε την ανάλυσή μας για τις τάσεις της τεχνολογίας και τις επιπτώσεις της αξιοπιστίας, σε συνδυασμό με δημοσιευμένες πηγές».

Τέσσερις κατηγορίες βασικών τάσεων φωτοβολταϊκών: Αρχιτεκτονική Ενοτήτων, Διασυνδέσεις, Τεχνολογία Διπροσωπίας, Τεχνολογία Κυψελών

Η σύνθεση των πηγών επέτρεψε στους ερευνητές να εντοπίσουν 11 βασικές τάσεις της τεχνολογίας σε τέσσερις κατηγορίες – αρχιτεκτονική μονάδων, διασυνδέσεις, τεχνολογία διπλής όψης και τεχνολογία κυψελών. Για καθεμία από τις 11 τάσεις (που παρατίθενται στο κάτω μέρος του παρακάτω γραφήματος), οι συγγραφείς ανέλυσαν τους οδηγούς τεχνολογίας (όπως βελτιωμένη απόδοση, κόστος ή βιωσιμότητα), προβλέψεις ανάπτυξης, επιπτώσεις αξιοπιστίας, επιλογές για τον μετριασμό των κινδύνων αξιοπιστίας και την ανάγκη για πρόσθετη έρευνα και δοκιμές. Επίσης, διερεύνησαν τις αλληλεπιδράσεις που σχετίζονται με την αξιοπιστία μεταξύ πολλαπλών τάσεων .

Αυτό το γράφημα, που εμφανίζεται στο εξώφυλλο του IEEE Journal of Photovoltaics, απεικονίζει τέσσερις κατηγορίες τεχνολογίας (αναφέρονται στην κορυφή) και 11 βασικές τάσεις σε ένα μοτίβο εργαλείων που υποδηλώνει τις αλληλεπιδράσεις που σχετίζονται με την αξιοπιστία μεταξύ πολλαπλών τάσεων. Στην κατηγορία αρχιτεκτονικής μονάδων, μεγαλύτερες μονάδες, μεγαλύτερες κυψέλες, κοπή κυψελών και λεπτότερες κυψέλες. στην κατηγορία των διασυνδέσεων, αυξημένος πλεονασμός, αλλαγές γεωμετρίας και διεργασιών και αλλαγές υλικού. Στην κατηγορία των διπρόσωπων, διαφανή οπίσθια φύλλα, λεπτότερο γυαλί και πολυολεφίνη σε κάψουλα. στην κατηγορία τεχνολογία κυψελών, μετάβαση σε κελιά τύπου n όπως TOPCon ή SHJ.

Παράδειγμα: η μετάβαση από μονοπρόσωπα σε διπλά σχέδια

Ως ένα παράδειγμα, το άρθρο περιγράφει λεπτομερώς τη συνεχιζόμενη αλλαγή από σχέδια μονοπρόσωπων, τα οποία μετατρέπουν το ηλιακό φως μόνο στο μπροστινό μέρος της μονάδας, σε σχέδια διπλής όψης, τα οποία αυξάνουν την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας μετατρέποντας το φως που λαμβάνεται και στο πίσω μέρος της μονάδας. Αυτή η τάση οδηγεί στην αντικατάσταση των αδιαφανών πολυμερών με γυαλί στις πίσω πλευρές των μονάδων. Οδηγεί επίσης στη χρήση λεπτότερου γυαλιού τόσο στο μπροστινό όσο και στο πίσω μέρος των μονάδων, καθώς και στην αυξημένη χρήση ενθυλακωτικών με βάση την πολυολεφίνη.

Αυτός ο συνδυασμός τάσεων δημιουργεί ζητήματα αξιοπιστίας που διαφέρουν από εκείνα που σχετίζονται με τα σχέδια μονάδων μονοπροσωπίας .

«Επειδή μπορούν να προκύψουν μοναδικοί μηχανισμοί αποικοδόμησης που προκαλούνται από το δυναμικό στην πίσω πλευρά των κυψελών και των μονάδων διπλής όψης, υπάρχει ανάγκη να αναπτυχθούν δοκιμές υποβάθμισης που προκαλούνται από το δυναμικό ειδικά για αυτήν τη διαμόρφωση», δήλωσε η συγγραφέας Elizabeth Palmiotti, επιστήμονας υλικών NREL. «Η έρευνα αξιοπιστίας σχετικά με τη χρήση λεπτότερου γυαλιού – που σχετίζεται τόσο με τις κρούσεις από χαλάζι όσο και με τη δομική ακεραιότητα – καθώς και με τη χρήση μικτών και συνεξωθημένων ενθυλακωτικών και διαφανών πολυμερών φύλλων βάσης θα ήταν επίσης πολύτιμη».

Αξιοπιστία: συμβαδίζει με γρήγορες ταυτόχρονες αλλαγές

Οι επιμέρους αλλαγές της τεχνολογίας των φωτοβολταϊκών έχουν μια σειρά πιθανών επιπτώσεων στην αξιοπιστία της μονάδας, από τη μείωση του κινδύνου προβλημάτων αξιοπιστίας, έως την ελάχιστη ή καθόλου επίπτωση, έως την αύξηση του κινδύνου. Πιο σημαντικά – και πιο περίπλοκα – είναι τα σύνθετα αποτελέσματα της πραγματοποίησης πολλαπλών αλλαγών ταυτόχρονα . Για το λόγο αυτό, το άρθρο κάνει συστάσεις για την αντιμετώπιση της πολυπλοκότητας πολυάριθμων, αλληλένδετων τάσεων τεχνολογίας, εκτός από τις συγκεκριμένες συστάσεις για κάθε κατηγορία τεχνολογίας.

Ο κύκλος εκμάθησης αξιοπιστίας φωτοβολταϊκών επιτρέπει τη συνεχή βελτίωση για τη διασφάλιση της ποιότητας της μονάδας καθώς συνεχίζονται οι ραγδαίες τεχνολογικές αλλαγές.

Οι ερευνητές υπογραμμίζουν το ρόλο του κύκλου εκμάθησης της αξιοπιστίας των φωτοβολταϊκών στη διατήρηση της ποιότητας των μονάδων σε συνάρτηση με τις τεχνολογικές αλλαγές . Ο κύκλος ξεκινά με την εισαγωγή νέων προϊόντων και σχεδίων και τα υπόλοιπα βήματα παρέχουν μια ολιστική αξιολόγηση αξιοπιστίας που περιλαμβάνει διαγνωστικά πεδίου, ανάλυση αστοχιών, επιταχυνόμενες δοκιμές και ανάπτυξη προτύπων και εκτίμηση διάρκειας ζωής και μοντελοποίηση πρόβλεψης. Ο κύκλος ξεκινά ξανά όταν τα προηγούμενα ευρήματα ενσωματωθούν στις βελτιώσεις απόδοσης και αξιοπιστίας της μονάδας μέσω νέων τεχνολογικών αλλαγών .

Αν και το δημοσιευμένο άρθρο καλύπτει μόνο μονάδες κρυσταλλικού πυριτίου, η ομάδα αναπτύσσει ένα επόμενο άρθρο που θα περιλαμβάνει και τεχνολογίες λεπτής μεμβράνης , ενώ θα παρέχει πρόσθετες λεπτομέρειες για τις βασικές τάσεις που επηρεάζουν τις τεχνολογίες κρυσταλλικού πυριτίου.

«Ο κύκλος μάθησης — συμπεριλαμβανομένης της ανάπτυξης προγνωστικών μοντέλων — μας βοηθά να προχωρήσουμε πέρα από την ανάλυση σε οποιαδήποτε δεδομένη χρονική στιγμή για να εντοπίσουμε και να αντιμετωπίσουμε τα πιθανά προβλήματα αξιοπιστίας γρήγορα, πριν αυτά παρατηρηθούν στην αγορά », δήλωσε ο συγγραφέας Martin Springer, επιστήμονας υλικών στο NREL. . «Αυτό εννοούμε με το να προηγούμαστε».

Διαβάστε το πλήρες άρθρο, « Προηγούμενοι από την καμπύλη: Αξιολόγηση νέων κινδύνων αξιοπιστίας φωτοβολταϊκών μονάδων που σχετίζονται με προβλεπόμενες τεχνολογικές αλλαγές », από το IEEE Journal of Photovoltaics . Επικοινωνήστε με τους συγγραφείς των αναφορών Jarett Zuboy και Teresa Barnes για περισσότερες πληροφορίες.

***

Η Sara Fall είναι Communications Project Manager & Writer στο NREL

Ο Jarett Zuboy είναι αναλυτής αγορών και πολιτικής στο NREL

Αυτό το άρθρο δημοσιεύεται με άδεια από το Εθνικό Εργαστήριο Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας