Περιεχόμενα

1. Εισαγωγή

2. Η Άνοδος των Φωτοβολταϊκών Μονάδων Υψηλού Ρεύματος

3. Κίνδυνοι και Απώλειες των Φωτοβολταϊκών Μονάδων Υψηλού Ρεύματος

4. Πλεονεκτήματα των Φωτοβολταϊκών Μονάδων Χαμηλού Ρεύματος

5. Συμπέρασμα

Εισαγωγή

Καθώς η τεχνολογία των φωτοβολταϊκών συνεχίζει να εξελίσσεται, η αγορά φωτοβολταϊκών μονάδων έχει μετακινηθεί από το υψηλό ρεύμα στο χαμηλό ρεύμα. Οι φωτοβολταϊκές μονάδες υψηλού ρεύματος έχουν τραβήξει την προσοχή για την υψηλή ισχύ τους, αλλά οι συνοδευόμενοι κίνδυνοι και οι απώλειες δεν μπορούν να αγνοηθούν. Αντίθετα, οι φωτοβολταϊκές μονάδες χαμηλού ρεύματος θεωρούνται όλο και περισσότερο ως πιο έξυπνη επιλογή λόγω των πλεονεκτημάτων τους στην ασφάλεια, την αποδοτικότητα και τη συμβατότητα. Αυτό το άρθρο θα αναλύσει τους κινδύνους και τις απώλειες των φωτοβολταϊκών μονάδων υψηλού ρεύματος και θα εξερευνήσει τα μοναδικά πλεονεκτήματα των μονάδων χαμηλού ρεύματος.

Η Άνοδος των Φωτοβολταϊκών Μονάδων Υψηλού Ρεύματος

Το LCOE (Εξισωμένο Κόστος Ενέργειας) είναι ένα σημαντικό μέτρο αξιολόγησης των φωτοβολταϊκών έργων. Όσον αφορά τις μονάδες, η αποδοτικότητα, η ισχύς και η παραγωγική ικανότητα παίζουν κρίσιμο ρόλο, και η βελτίωση της ισχύος και της αποδοτικότητας των φωτοβολταϊκών μονάδων μπορεί να μειώσει αποτελεσματικά το LCOE. Ήδη από το 2009, η μέγιστη ισχύς των φωτοβολταϊκών μονάδων στη βιομηχανία ήταν μόλις 290W. Μετά από περισσότερα από δέκα χρόνια ανάπτυξης, η ισχύς των φωτοβολταϊκών μονάδων έχει ανέλθει πάνω από 500W, με ορισμένες να υπερβαίνουν τα 600W. Οι κύριες μέθοδοι αύξησης της ισχύος των μονάδων περιλαμβάνουν προόδους στην τεχνολογία των κυψελών που βελτιώνουν την απόδοση μετατροπής, βελτιστοποίηση της διαμόρφωσης των μονάδων και των βοηθητικών υλικών, καθώς και αύξηση των μεγεθών των πλακών πυριτίου. Αρχικά, οι μαζικά παραγόμενες ηλιακές κυψέλες βασίζονταν σε πλάκες πυριτίου 125mm, οι οποίες στη συνέχεια εξελίχθηκαν σε 156mm, 156,75mm, 158,75mm, 166mm και τώρα σε 182mm και 210mm. Η εισαγωγή των μεγάλων πλακών πυριτίου 182mm και 210mm το 2020 όχι μόνο οδήγησε σε σημαντική αύξηση της ισχύος των μονάδων αλλά και σε σημαντική αύξηση του λειτουργικού ρεύματος των φωτοβολταϊκών μονάδων.

Γενικά, το σκεπτικό πίσω από την αύξηση του μεγέθους των πλακών πυριτίου περιλαμβάνει δύο κύρια σημεία: πρώτον, μπορεί να μειώσει αποτελεσματικά το κόστος ανά watt των πλακών πυριτίου και των ηλιακών κυψελών, μειώνοντας έτσι το κόστος παραγωγής των φωτοβολταϊκών μονάδων· δεύτερον, η αύξηση του μεγέθους των πλακών πυριτίου μπορεί να αυξήσει την ισχύ των μονάδων, μειώνοντας έτσι το κόστος ισορροπίας του συστήματος (BOS). Ωστόσο, όλα τα οφέλη υπάρχουν εντός ενός συγκεκριμένου εύρους· όταν το μέγεθος και το ρεύμα των κυψελών αυξάνονται πέρα από ένα συγκεκριμένο σημείο, οι σχετικοί κίνδυνοι, οι απώλειες και οι ζημίες μπορεί να αντισταθμίσουν τα πλεονεκτήματα.

Κίνδυνοι και Απώλειες των Φωτοβολταϊκών Μονάδων Υψηλού Ρεύματος

1. Κίνδυνοι Παραγωγής και Ποιότητας των Φωτοβολταϊκών Μονάδων Υψηλού Ρεύματος

Στη διαδικασία παραγωγής, όταν το μέγεθος των κυψελών αυξάνεται, η απόδοση των προϊόντων τείνει να μειώνεται λόγω της αυξημένης δυσκολίας παραγωγής. Η απόδοση των μεγάλων πλακών πυριτίου και κυψελών στα αρχικά στάδια παραγωγής δεν μπορεί να φτάσει το επίπεδο των αρχικών προϊόντων, και ορισμένα προβλήματα που προκαλούνται από την αύξηση του μεγέθους δεν μπορούν να επιλυθούν πλήρως καθώς η διαδικασία ωριμάζει. Επιπλέον, οι υπερβολικά μεγάλες πλάκες πυριτίου εμποδίζουν την ανάπτυξη λεπτότερων κυψελών, και το αυξημένο μέγεθος των φωτοβολταϊκών μονάδων μπορεί να εμποδίσει τη μείωση του κόστους των πλαισίων και του γυαλιού, επηρεάζοντας το κόστος παραγωγής. Επιπλέον, η αυξημένη πλάκα πυριτίου και το μέγεθος της μονάδας αυξάνουν επίσης τους κινδύνους μηχανικής καταπόνησης, καθιστώντας τη μεταφορά και την εγκατάσταση πιο δύσκολη και απαιτώντας υψηλότερες απαιτήσεις για τις δομές υποστήριξης, επηρεάζοντας την ποιότητα καθ' όλη τη διάρκεια του κύκλου ζωής του προϊόντος και του συστήματος.

2. Επίδραση των Φωτοβολταϊκών Συστημάτων Υψηλού Ρεύματος στην Παραγωγή Ενέργειας

(1) Απώλεια γραμμής καλωδίου

Βασισμένοι σε ένα έργο 100MW, συγκρίναμε τις απώλειες γραμμής των φωτοβολταϊκών μονάδων 182mm (με ρεύμα λειτουργίας περίπου 13A) και των φωτοβολταϊκών μονάδων εξαιρετικά υψηλού ρεύματος (με ρεύμα λειτουργίας περίπου 18A). Υπό τυπικές συνθήκες δοκιμών (STC), χρησιμοποιώντας την ίδια προδιαγραφή καλωδίου 4mm², η λύση φωτοβολταϊκών μονάδων εξαιρετικά υψηλού ρεύματος είχε περίπου 0,2% υψηλότερες απώλειες γραμμής DC σε σύγκριση με τη λύση φωτοβολταϊκών μονάδων 182mm. Ακόμα και με την υπόθεση ότι η πραγματική ηλιακή ακτινοβολία είναι το 70% των συνθηκών STC, υπάρχει ακόμα μια διαφορά απώλειας γραμμής περίπου 0,14%. Σε συστήματα που χρησιμοποιούν διπλής όψης φωτοβολταϊκές μονάδες, η αύξηση του ρεύματος των διπλής όψης μονάδων σε σύγκριση με τις μονοπρόσωπες μπορεί να είναι 10%-20%, αυξάνοντας περαιτέρω τη διαφορά απώλειας γραμμής.

(2) Θερμικές Απώλειες Ισχύος Μονάδων

Πραγματοποιήσαμε επίσης σχετική έρευνα και υπολογισμούς για τις θερμικές απώλειες ισχύος των φωτοβολταϊκών μονάδων: το ποσοστό θερμικών απωλειών ισχύος των φωτοβολταϊκών μονάδων εξαιρετικά υψηλού ρεύματος είναι 0,53% υψηλότερο από αυτό των φωτοβολταϊκών μονάδων 182mm. Για ένα έργο κλίμακας 3GW, λόγω άμεσων θερμικών απωλειών ισχύος, οι φωτοβολταϊκές μονάδες εξαιρετικά υψηλού ρεύματος θα παράγουν 20 εκατομμύρια kWh λιγότερη ενέργεια ετησίως σε σχέση με τις φωτοβολταϊκές μονάδες 182mm.

(3) Υπολογισμός Παραγωγής Ενέργειας και LCOE

Τα αποτελέσματα της προσομοίωσης δείχνουν ότι η παραγωγή ενέργειας των φωτοβολταϊκών μονάδων 182mm είναι 1,8% υψηλότερη από αυτή των μονάδων εξαιρετικά υψηλού ρεύματος, με απόδοση 1.862 kWh/Wp/έτος. Όσον αφορά το LCOE, οι φωτοβολταϊκές μονάδες 182mm είναι 0,03-0,05 Yuan/kWh χαμηλότερες από τις μονάδες εξαιρετικά υψηλού ρεύματος, με τιμή 0,19 yuan/kWh.

(4) Εμπειρική Ανάλυση των Φωτοβολταϊκών Μονάδων Εξαιρετικά Υψηλού Ρεύματος

Για να μελετήσουμε πλήρως την απόδοση παραγωγής ενέργειας και τις διαφορές θερμοκρασίας λειτουργίας των διάφορων φωτοβολταϊκών μονάδων, ένας κορυφαίος κατασκευαστής, σε συνεργασία με την TÜV Nord, πραγματοποίησε ένα υπαίθριο εμπειρικό έργο στη Εθνική Φωτοβολταϊκή Πειραματική Βάση στο Yinchuan τον Φεβρουάριο του 2021. Τα εμπειρικά δεδομένα έδειξαν ότι σε καιρό υψηλής ακτινοβολίας, λόγω περισσότερης ενέργειας που μετατρέπεται σε θερμότητα στις λωρίδες, η θερμοκρασία λειτουργίας των φωτοβολταϊκών μονάδων εξαιρετικά υψηλού ρεύματος ήταν κατά μέσο όρο 1,8°C υψηλότερη από αυτή των φωτοβολταϊκών μονάδων 182mm, με μέγιστη διαφορά θερμοκρασίας περίπου 5°C. Αυτό οφείλεται κυρίως στο ότι το υψηλό λειτουργικό ρεύμα των φωτοβολταϊκών μονάδων οδηγεί σε σημαντικές θερμικές απώλειες στους μεταλλικούς ηλεκτρόδια και τις λωρίδες της επιφάνειας των κυψελών, αυξάνοντας τη θερμοκρασία λειτουργίας της μονάδας. Όπως είναι γνωστό, η απόδοση ισχύος των φωτοβολταϊκών μονάδων μειώνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας, με την ισχύ να μειώνεται κατά περίπου 0,35% για κάθε αύξηση 1°C της θερμοκρασίας. Συνδυάζοντας πολλούς παράγοντες, τα εμπειρικά δεδομένα δείχνουν ότι η απόδοση παραγωγής ανά watt των φωτοβολταϊκών μονάδων 182mm είναι περίπου 1,8% υψηλότερη από αυτή των μονάδων εξαιρετικά υψηλού ρεύματος.

3. Κίνδυνοι Σύνδεσης και Ασφάλειας των Φωτοβολταϊκών Μονάδων Υψηλού Ρεύματος

Τα κουτιά σύνδεσης και οι σύνδεσμοι, αν και μικρά εξαρτήματα, μπορούν να προκαλέσουν σημαντικούς κινδύνους ασφάλειας εάν αποτύχουν.

(1) Κίνδυνος Υπερθέρμανσης των Κουτιών Σύνδεσης

Σύμφωνα με στατιστικά στοιχεία από εξουσιοδοτημένους τρίτους οργανισμούς, οι αστοχίες φωτοβολταϊκών μονάδων (ιδίως πυρκαγιές) που προκαλούνται από φωτοβολταϊκές μονάδες σχετίζονται κυρίως με τα κουτιά σύνδεσης και τους συνδέσμους. Επομένως, το κουτί σύνδεσης είναι ένα κρίσιμο τεχνικό σημείο στον σχεδιασμό της μονάδας, ιδίως για τις μονάδες υψηλού ρεύματος, όπου η ικανότητα ρεύματος των διόδων στο κουτί σύνδεσης είναι κρίσιμη.

Για να διασφαλιστεί η ικανότητα ρεύματος των διόδων στο κουτί σύνδεσης, συνιστάται για μονοπρόσωπες φωτοβολταϊκές μονάδες η ονομαστική ρεύμα του κουτιού σύνδεσης να είναι μεγαλύτερη από 1,25 φορές το ρεύμα βραχυκυκλώματος (Isc). Για διπρόσωπες φωτοβολταϊκές μονάδες, θα πρέπει επίσης να ληφθεί υπόψη ένα κέρδος 30% διπρόσωπης και περίπου 70% πίσω όψης. Οι διπρόσωπες φωτοβολταϊκές μονάδες 182mm χρησιμοποιούν ώριμα κουτιά σύνδεσης ονομαστικού ρεύματος 25A στην αγορά, που διατηρούν περίπου 16% περιθώριο ασφάλειας, διασφαλίζοντας την μακροπρόθεσμη αξιοπιστία των φωτοβολταϊκών μονάδων υψηλού ρεύματος. Οι μονάδες μεγαλύτερου ρεύματος απαιτούν κουτιά σύνδεσης ονομαστικού ρεύματος 30A. Ωστόσο, ακόμα και με κουτιά σύνδεσης 30A, το περιθώριο ασφάλειας για τις φωτοβολταϊκές μονάδες υπερ-υψηλού ρεύματος είναι σχετικά χαμηλό, και ο κίνδυνος υπερφόρτωσης αυξάνεται σημαντικά σε συνθήκες υψηλής ακτινοβολίας και υψηλής θερμοκρασίας.

(2) Κίνδυνος Υπερθέρμανσης Καλωδίων

Βασισμένοι στο πρότυπο IEC 62930, διεξήγαμε μελέτη και υπολογισμούς ικανότητας ρεύματος σε φωτοβολταϊκά καλώδια. Σε γενικά συστήματα εδάφους ή διανεμημένα συστήματα στέγης, τα καλώδια 4mm² μπορούν να καλύψουν τις ανάγκες χρήσης των φωτοβολταϊκών μονάδων 182mm και των φωτοβολταϊκών μονάδων υπερ-υψηλού ρεύματος. Ωστόσο, όταν κάποια διανεμημένα στέγαστρα φτάνουν σε θερμοκρασίες των 70°C, αν οι φωτοβολταϊκές μονάδες υπερ-υψηλού ρεύματος δεν χρησιμοποιούν πιο ακριβά καλώδια φωτοβολταϊκών 6mm², τα καλώδια μπορεί να υπερθερμανθούν και να καούν, αυξάνοντας τον κίνδυνο πυρκαγιάς.

Πλεονεκτήματα των Φωτοβολταϊκών Μονάδων Χαμηλού Ρεύματος

Λαμβάνοντας υπόψη τους διάφορους κινδύνους και τις απώλειες των φωτοβολταϊκών μονάδων υψηλού ρεύματος, οι φωτοβολταϊκές μονάδες χαμηλού ρεύματος έχουν μοναδικά πλεονεκτήματα. Αυτά τα πλεονεκτήματα τις καθιστούν όλο και πιο κυρίαρχες στην αγορά, ιδίως σε εφαρμογές όπου η αξιοπιστία του συστήματος και τα μακροπρόθεσμα οφέλη είναι κρίσιμα.

1. Υψηλότερη Ηλεκτρική Ασφάλεια

Ο χαμηλού ρεύματος σχεδιασμός των φωτοβολταϊκών μονάδων χαμηλού ρεύματος μειώνει σημαντικά τις θερμικές απώλειες και τον κίνδυνο καυτών σημείων, βελτιώνοντας την ηλεκτρική ασφάλεια. Για παράδειγμα, οι φωτοβολταϊκές μονάδες χαμηλού ρεύματος Twisun Pro χρησιμοποιούν σχεδιασμό χαμηλού ρεύματος 10A, ο οποίος μειώνει τη θερμοκρασία λειτουργίας και μειώνει περαιτέρω την πιθανότητα ηλεκτρικών αστοχιών. Αυτός ο σχεδιασμός δεν επεκτείνει μόνο τη διάρκεια ζωής της μονάδας, αλλά διασφαλίζει και την αξιόπιστη λειτουργία σε διάφορα περιβάλλοντα.

2. Υψηλότερη Αποδοτικότητα Παραγωγής Ενέργειας

Οι φωτοβολταϊκές μονάδες χαμηλού ρεύματος Twisun Pro επιτυγχάνουν υψηλότερη αποδοτικότητα παραγωγής ενέργειας μέσω μιας μοναδικής τριμερούς διαδικασίας κυψελών. Σε σύγκριση με τις παραδοσιακές διαδικασίες μισών κυψελών, η τριμερής διαδικασία κυψελών μειώνει τη θερμοκρασία λειτουργίας της μονάδας κατά 20% και αυξάνει την παραγωγή ενέργειας κατά 4,64%. Επιπλέον, ο σχεδιασμός χαμηλού ρεύματος μειώνει τις απώλειες γραμμών, επιτρέποντας σε κάθε watt ισχύος να μετατραπεί πιο αποδοτικά σε χρησιμοποιήσιμη ηλεκτρική ενέργεια.

3. Συμβατότητα του Συστήματος και Οικονομική Αποδοτικότητα

Το τυποποιημένο μέγεθος και ο χαμηλού ρεύματος σχεδιασμός των μονάδων χαμηλού ρεύματος τις καθιστούν πιο συμβατές με τους υπάρχοντες μετατροπείς και τις δομές υποστήριξης, μειώνοντας τα πρόσθετα κόστη προσαρμογής. Σε σύγκριση με τις μονάδες υψηλού ρεύματος, οι φωτοβολταϊκές μονάδες χαμηλού ρεύματος Twisun Pro έχουν υψηλότερη απόδοση μετατροπής, χαμηλότερο LCOE και σημαντικά οικονομικά οφέλη.

Συμπέρασμα

Οι φωτοβολταϊκές μονάδες υψηλού ρεύματος προσφέρουν υψηλότερη ισχύ, αλλά οι συνοδευόμενοι κίνδυνοι και οι απώλειες μπορούν να επηρεάσουν σημαντικά την απόδοσή τους και την αξιοπιστία τους. Αντίθετα, οι φωτοβολταϊκές μονάδες χαμηλού ρεύματος Twisun Pro παρέχουν μια πιο αξιόπιστη και αποδοτική λύση, προσφέροντας υψηλότερη ηλεκτρική ασφάλεια, υψηλότερη αποδοτικότητα παραγωγής ενέργειας και καλύτερη συμβατότητα συστήματος. Είτε πρόκειται για μεγάλα ηλιακά πάρκα είτε για διανεμημένα φωτοβολταϊκά συστήματα, οι μονάδες χαμηλού ρεύματος αποτελούν την εξυπνότερη επιλογή για την κάλυψη των αναγκών σας σε καθαρή ενέργεια.

Μπορεί επίσης να σας αρέσει: