Källa: roedl.com
Förutom potentialen för att uppnå minskade utjämnade energikostnader (LCOE), erbjuder bifacial PV-moduler nya installations- och marknadsföringsmöjligheter. Detta kommer i sin tur med relaterade fördelar som ytterligare utbyten och högre effekttätheter. Dessutom, på grund av sin speciella energigenereringsprofil, erbjuder vertikalt monterade bifacial-moduler elprisfördelar i tider då el måste marknadsföras utan EEG-stöd och kan hjälpa till att låsa upp ny användning för annars otillgängliga områden.
Grundläggande information
I princip är bifacial solcellsmoduler (PV) helt enkelt PV-moduler vars fulla bakre kontakt har ersatts med en fingeravtryckskontakt. Detta innebär att även panelens baksida kan utsättas för solstrålning och användas för att producera ström. Hur mycket solstrålning som kommer att tas emot av panelens baksida beror mest av allt på reflektionsförmågan hos den omgivande ytan och på sättet att montera modulerna. Det så kallade albedovärdet är måttet på hur väl en yta reflekterar solstrålning. Till exempel är albedovärdet ca. 10 % för hög sol över djupt vatten, 10 % - 30 % för ängar och upp till 75 % - 95 % för nyfallen snö.1Albedovärdet för en omgivande yta är en betydande faktor för avkastningsökningen (se illustration2).
En annan faktor är den så kallade "bifaciality factor" som är ett mått på hur mycket energi baksidan av panelen kommer att producera jämfört med fronten på panelen. För närvarande, i bifaciala moduler, varierar bifacialitetsfaktorerna normalt mellan 70 % och 95 %. Till exempel betyder en bifacialitetsfaktor på 95 % att under samma förhållanden kommer bakdelen endast att producera 95 % av energin som produceras av fronten. Men i slutändan är det avkastningsvinsten som spelar roll, och här, om en anläggning är placerad gynnsamt under idealiska installationsförhållanden (högt albedovärde t.ex. snö eller en ljus takyta, perfekt orientering, ingen skuggning), de möjliga värdena för avkastningsvinsten kan variera mellan 30 % och 50 % pa3I Tyskland bör man dock snarare förvänta sig att avkastningsvinsten kommer att variera mellan 5 % och 15 % pa, beroende på systemdesign och ytan under modulen.
Grundläggande överväganden om inverkan av albedo på avkastningsvinst
Innovativa systemdesigner
Det som är speciellt med bifacial-moduler är att, förutom avkastningsvinsterna som genereras från baksidan, erbjuder denna typ av modul även andra installationsmöjligheter. Visst är den mest radikala förändringen jämfört med de konventionella panelerna den vertikala installationen. Vanligast är panelernas öst/västorientering. Detta medför två huvudsakliga skillnader jämfört med den konventionella layouten.
Först och främst innebär den vertikala layouten en förändrad produktionsprofil. Istället för ett enda middagsmaximum produceras nu två toppar: en på morgonen och en på eftermiddagen, även om produktionen efter middagstid fortfarande är relativt hög. Förutom att de få jämförbara kraftverken ger avkastningsvinster på mellan 5 % och 10 %, är den verkliga fördelen att det nu produceras mer el mot allmänt stigande spotmarknadspriser. I Tyskland och över hela världen kan man se att fler och fler kraftverk planeras eller byggs utan EEG-stöd.4 För dessa kraftverk kommer det framtida elpris som noteras på elbörsen att ha betydelse för övervägandena om lönsamhet. Möjligheten att undvika den så kallade "kannibaliseringseffekten" (dvs. fallet i topppriset vid middagstid även till nivån för negativa priser) för solcellskraftverk kan bli en avgörande faktor. Analysen av den spanska elmarknaden illustrerar tydligt det kontroversiella problemet med icke-subventionerade elpriser.5
Konventionell kontra vertikal installation: Energigenereringsprofil och spotmarknadspriser per 2017-05-26; Källa:/Next2Sun
En annan väsentlig skillnad är förändringen av markanvändningen. Jämfört med konventionellt monterade paneler kräver vertikalt monterade bifacial-moduler betydligt större radavstånd för att undvika överdriven själv-hading. Å ena sidan leder detta till lägre markutnyttjande och å andra sidan är det just det större radavståndet som bidrar till att marken förblir användbar för jordbruksändamål åtminstone med vissa restriktioner. Att upprätthålla jordbrukets produktivitet innebär i slutändan möjligheten att minska kostnaderna för markarrenden jämfört med konventionella kraftverk och därmed möjligheten att motverka det ökande problemet med markkonsumtion utifrån en innovativ samarbetsmodell. Eftersom projektutvecklare normalt snarare strävar efter att uppnå maximal installerad kapacitet för att optimera marginalerna vid försäljning av ett kraftverk, kommer detta koncept att vara mer intressant för energileverantörer. Därmed kan de populära tvivel om markkonsumtion skingras. Här är konceptet att samarbeta med jordbrukskooperativ som äger stora markområden, t.ex. i östra Tyskland, intressant.
En annan fördel med den vertikala monteringen är minimeringen av förluster orsakade av snöavlagringar på
ytan på modulerna. Dessutom, enligt inledande studier, är förlusterna orsakade av föroreningar betydligt lägre (detta är relevant i ökenområden).6
Lämpligheten av bifaciala moduler för användning i vissa typer av kraftverk beror inte bara på det faktum att båda sidor av panelen används utan också på glas-glasmodulens genomskinlighet. Därför är de mest lämpliga för installation i bilhamnar, på bullerbarriärer, som delar av byggnader, i flytande PV7, och även i ovan nämnda Agro PV.
Kostnads- och intäktsstruktur
För jämförelseändamål tar analysen av kostnads- och intäktsstrukturen hänsyn till den konventionella designen av optimalt lutade, södervända solcellskraftverk.
Den uppmärksamma läsaren kommer redan vid denna tidpunkt ha dragit slutsatsen att installationen av bifaciala moduler kräver färre moduler på grund av det högre specifika utbytet. Detta minskar kostnaderna för installation, BoS och markarrende.
Däremot är priserna på moduler högre, för närvarande med cirka 10 %, vilket dock också kan konvergera på lång sikt. Anledningen till detta är att produktionsprocessen är mycket lik den för konventionella moduler3. För närvarande är den globala produktionskapaciteten snarare inriktad på monofaciala moduler. Därför har prissänkningseffekten till följd av stordriftsfördelar ännu inte haft så stor inverkan på bifacial-modulerna.
Det bör dock undersökas från fall till fall vilken typ av modul och vilken installationsmetod som ska väljas för enskilda projekt. Om el säljs utanför EEG-systemet är det rimligt – förutom att fastställa LCOEs – att göra en långsiktig elprisprognos för att fastställa värdet på den producerade elen.
När det gäller vertikalt monterade bifacial-moduler är specifika investeringskostnader ca. 10 % - 20 % högre och arrendekostnaderna är ungefär dubbelt så höga på grund av det större behovet av mark. Vid arrendekostnader är kostnadsminskningar möjliga beroende på om markbiten är lämplig för jordbruksändamål och om dess fortsatta användning är möjlig. Däremot erbjuder bifaciala moduler ca. 5 % till 10 % högre avkastning och högre intäkter från försäljning av el i tider med högre elpriser. Dessutom förväntas användningen av glas-glasmoduler leda till längre service
liv.9
En positiv prognos för den bifaciala marknadsandelen
Det antas att bifaciala moduler kommer att öka i betydelse över hela världen. Prognoserna sträcker sig från 20 % in
202610 till 40 % 2025.11Förutom prisskillnaden uppstår även svårigheter av att frågan om bifacial STC inte är löst ännu. Andra problem är rengöringen av baksidan av panelerna och uppkomsten av hot spots orsakade av monteringsstrukturen. Positivt är att leveranstiderna för bifaciala moduler har normaliserats och avkastningssimuleringar ger tillförlitliga värden.
Slutsats: Bifacial PV-kraftverk med ny systemdesign och affärsfall
Bifacial PV-moduler genererar mer energi på samma modulyta genom en solaktiv baksida av panelen på grund av den omgivande ytans reflektionsförmåga. Med installations- och BoS-kostnaderna på samma nivå leder detta till en högre avkastning som normalt överstiger den högre kostnaden för bifacial-moduler. Dessutom är bifacial-moduler förutbestämda för användning i bullerbarriärer, flytande PV-kraftverk och vertikalt monterade
PV system. Eftersom med vertikalt monterade kraftverk kan mark fortsätta att användas för jordbruksändamål, eliminerar detta den kontroversiella frågan om markkonsumtion12och därmed ökar chansen att få relevanta tillstånd. Samtidigt lovar produktionsprofilen för denna typ av kraftverk högre avkastning på elbörsen, vilket är särskilt attraktivt när det gäller kraftverk som drivs utanför EEG-stödsystemet. Därför är det i princip tillrådligt i alla fall att överväga bifacial PV-moduler och deras vertikala montering i framtida projekt.
________________________________________________________________
1 Dobos, E. (1996) 'Albedo', Engineering (London), 237(7), sid. 21. doi: 10.1081/E-ESS
2 Dupeyrat et al., 2014; Undersökningar om albedoberoende av bifacial PV-utbyte
3 Guo, S., Walsh, TM och Peters, M. (2013) 'Vertically mounted bifacial photovoltaic modules: A global analysis', Energy, 61, s. 447–454. doi:10.1016/j.energy.2013.08.040
Yusufoglu, UA, Pletzer, TM, Koduvelikulathu, LJ, Comparotto, C., Kopecek, R. och Kurz, H. (2015a) 'Analys av den årliga prestandan av bifacial
moduler och optimeringsmetoder', IEEE Journal of Photovoltaics, 5(1), s. 320–328. doi: 10.1109/JPHOTOV.2014.2364406
Shoukry, I. (2015) Bifacial Modules – Simulation and Experiment. Universitetet i Stuttgart
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. och Heckmann, M. (2016) "Behovet av ramlösa monteringsstrukturer för vertikal montering av bifaciala PV-moduler", i 32:a EU PVSEC
7 "Flytande PV– Schwimmende Photovoltaikanlagen als neuer Trend" (EnEws: Ausgabe Februari 2019)
8 Baserat på PV Magazin Webinar am 25.10.2018; Slides abrufbar unter: https://16iwyl195vvfgoqu3136p2ly-wpengine.netdna-ssl.com/wp-content/uploads/2018/10/2018-10-25-Bifacial-Webinar-SOLTEC.pdf
9 Next2Sön
10 International Technology Roadmap for Photovoltaic (ITRPV), mars 2019 [Daten für "true bifacial"]
11 https://www.bloomberg.com/news/articles/2018-05-17/watch-out-for-dubbelsidiga-solpaneler-tar-av-i-Kina
12 https://www.pv-magazine.de/2019/03/04/fdp-politiker-photovoltaik-anlagen-in-unseren-regionen-sind-verbrechen-an-der-menschheit/