Изменение размеров и форм-фактора модулей создает новые проблемы для солнечной отрасли, требуя корректировки, модификации и полного изменения сложившейся практики разработки и строительства проектов.
За последние два года для реализации солнечных проектов используются 210-миллиметровые модули, которые стали явным лидером в области инноваций размеров ячеек и вытеснили предыдущий стандарт 156,75 мм, ранее составляющий 90% рынка. Номинальная мощность 210-миллиметровых модулей превышает 600 Вт по сравнению с модулем PERC с 60 ячейками.
В отрасли, ориентированной на конечную стоимость, предполагается, что увеличение производственных мощностей за счет масштаба снизит затраты на рабочую силу, износ, а также операционные, управленческие и финансовые затраты на одну единицу продукции, то есть значительно сократит стоимость баланса системы и выровненную стоимость электроэнергии. Однако, как выяснилось, изменение размера и форм-фактора модулей, требует корректировки и модификации существующих методов разработки и строительства проектов.
Монтаж и установка.
Возможно, больше всего изменения в отрасли оказывают влияние на трекеры. Производителям приходится учитывать и корректировать новые размеры, вес, а также экологические и эксплуатационные параметры новых доминирующих модулей.
JA Solar представила свои модули Jumbo мощностью 745-810 Вт на выставке SNEC в 2020 году. Как видим, тенденция использования более крупных форматов прочно укоренилась.
Мнение экспертов из двух ведущих компаний отрасли - Коди Нормана, директора по разработке приложений в Array Technologies; и Ника Мэттисона, менеджера по линейке продуктов интеллектуального солнечного трекера NEXTracker NX Horizon, помогает лучше понять проблемы, с какими сталкиваются производители трекеров.
«Применение более крупных фотоэлектрических модулей приводит к более высоким нагрузкам на опорные компоненты модуля, а также на конструкцию трекера и весь фундамент», - сказал Норман.
В свою очередь, увеличение нагрузки на трекер приводит к двум проблемам: нагрузке собственного веса конструкции на весь установленный ряд и динамической нагрузке при усилении ветра и влиянию других неблагоприятных погодных явлений. Вес влияет на трекер, ограничивая количество модулей в ряду, которые трекер способен поддерживать.
«С модулями, которые значительно длиннее и тяжелее, возможно, не получится достичь 100-метровой длины ряда», - сказал Норман. «Есть некоторые механические ограничения на поддержку такой массы вдоль трекера». Ограничение длины ряда является проблемой для NEXTracker, и компания все еще работает над ее решением.
Парусность.
Большинство механических повреждений модулей происходит в результате сильного ветра или снегопада. Причем чем крупнее модуль, тем большее давление ветер или снег оказывает на конструкцию трекера. Этот фактор потребовал дополнительного анализа, который обе компании учитывают при проектировании.
Array Technologies заявила, что стремится увеличить длину, размер и глубину фундамента по всему ряду трекеров.
Модули сами по себе создают парус, и когда увеличивается размер этого паруса, то увеличивается и дополнительная нагрузка.
По словам Нормана, компания Array считает, что необходимо увеличить длину, размер и глубину фундамента трекеров, а также использовать монтажные зажимы большего размера и более прочного материала.
«Модули в конце ряда» необходимо крепить дополнительно, чтобы они выдерживали более сильную нагрузку.
Компания NEXTracker, напротив, не стала добавлять компоненты, выдерживающие статические и динамические нагрузки. Вместо этого, по словам Мэттисона, компания предпочла «усилить» существующее оборудование, в частности, рейки.
Обе компании значительное внимание уделили приводам трекеров - двигателям, с помощью которых ряды панелей перемещаются за солнцем. Однако, за исключением изменений компоновки и расположении динамометрических трубок, приводы практически не изменились.
Установочные деформации.
Процесс установки практически не изменился. Для установки новых и более крупных модулей по-прежнему требуется два специалиста (за исключением, так называемых установок «два в портрете» (2P), где модули и трекеры устанавливаются выше от поверхности).
«Установка модуля, который на пять квадратных футов больше и на 15 фунтов тяжелее обычного модуля довольно сложная задача», - сказал Норман. «Особенно, когда он находится над головой сотрудника».
Инженер NEXTracker устанавливает интеллектуальный солнечный трекер NX Gemini.
За исключением установки 2P, Норман считает проблемы, связанные с этими изменениями, незначительными и рассматривает их как процесс естественного развития технологии. По его мнению, самая большая проблема заключается в том, что «210-миллиметровые модули слишком быстро стали стандартом».
Норман и Мэттисон подчеркнули, что их компании сотрудничают с ведущими производителями модулей, поэтому для компаний Array и NEXTracker «изменение размеров модулей не стало новостью». Проблема, по их мнению, больше заключалась в том, что любой новый стандартизованный форм-фактор должен был пройти всестороннее тестирование перед началом использования, а также испытание на устойчивость к экстремальным погодным условиям, чтобы «подтвердить совместимость трекеров и их оборудования с новыми модулями в каждом конкретном случае использования». По словам Мэттисона и Нормана, «обе компании хорошо справились с проблемой ускорения этих процессов проверки».
Маттисон дополнил, что NEXTracker пришлось проверить на соответствие более чем 100 модулей с ячейками размером 210 мм.
Стандартизация.
Стандартизация – вопрос будущего. Представители отрасли обеспокоены продолжающимся ростом размеров модулей, так как, по их мнению, существует предел размеров модулей, потому что «привлечения третьего монтажника для установки приведет к увеличению затрат на рабочую силу и времени установки».
В связи с этим восемь известных производителей модулей, Risen Energy, Zhonghuan Semiconductor, Tongwei, Trina Solar, Huansheng Photovoltaic, Runyang New Energy Technology, Canadian Solar и Wuxi Shangji Automation, настаивают на стандартизации 210-миллиметровых кремниевых пластин и модулей.
«Сегодня модуль мощностью 600 Вт длиной 2,4 метра и шириной 1,3 метра весит 38 кг, но если его вес увеличится до 40 кг, то он превратится в большой парус», - сказал Норман. «В таком случае возникает ряд вопросов: сколько потребуется металла для рамы, чтобы она выдержала нагрузку, сколько стекла и т.д.?»
В конце октября Trina Solar сообщила, что Китайская ассоциация фотоэлектрической промышленности (CPIA) планирует установить стандартные размеры для широкоформатных модулей, на основе 210-миллиметровой пластины, выпущенной компанией Zhonghuan Semiconductor в 2019 году.
Наличие стандартных размеров должно упростить и, следовательно, удешевить разработку проектов, та как «во всей отрасли сегодня наблюдается неопределенность в отношении размеров модулей и их электрических характеристик».
Мэттисон поддерживает идею стандартизации размеров пластин и модулей, несмотря на то, что «предыдущие усилия по стандартизации не увенчались успехом, но для стабилизации рынка необходим универсальный диапазон размеров».
«Год назад это было повсеместно, но сейчас, похоже, все сводится к нескольким форм-факторам», - сказал Мэттисон.
Оба специалиста в области солнечной энергетики считают, что, по крайней мере, в краткосрочной перспективе, инновации в области удельной мощности, скорее всего, сместятся в сторону повышения эффективности, так как «сектор приближается к максимальному размеру модулей, которые могут устанавливать два сотрудника».