Risen Energy: прирост выработки электроэнергии в мире и анализ солнечных технологий

В связи с быстрым развитием фотоэлектрической технологии от p-типа к n-типу, все больше внимания уделяется различиям в выработке электроэнергии различными элементами. В настоящее время основными технологиями солнечных элементов являются PERC, TOPCon и HJT. Каждый из них имеет свои преимущества и недостатки, но сравнительным исследованиям в области производства электроэнергии по-прежнему не хватает систематического сравнения всего жизненного цикла, основанного на перспективах глобальных сценариев применения.

С этой целью компания Risen Energy Co., Ltd собирает основные параметры этих трех технологий и измеряет выработку электроэнергии электростанциями коммунального масштаба, работающими на элементах с использованием этих трех технологий, на протяжении 25-летнего жизненного цикла в 21 типичной стране и регионе с различными климатическими условиями по всему миру для создания сравнительной карты прироста мировой выработки электроэнергии.

I. Карта прироста мировой выработки электроэнергии: (технология HJT в сравнении с PERC/TOPCon)

Во всем мире модули с технологией гетероперехода HJT имеют более высокую выработку энергии, которая на 4,37–6,54% выше, чем у модулей PERC, и на 1,25–3,33% выше, чем у модулей TOPCon, и имеют лучшие характеристики выработки электроэнергии, особенно в регионах с высокой температурой (например, на Ближнем Востоке, в Австралии и на юге США), с приростом 6%+ по сравнению с модулями PERC и 3%+ по сравнению с модулями TOPCon, как показано на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 Карта прироста мировой выработки электроэнергии

II. Технический анализ модулей 

Исходя из характеристик модулей, разрыв в выработке электроэнергии между различными технологиями в каждом из регионов, представленных на карте, обусловлен главным образом тремя факторами: температурным коэффициентом, двусторонним коэффициентом и снижением мощности, в связи с чем модули HJT могут обеспечивать более высокий прирост выработки электроэнергии и более стабильный выход электроэнергии для всей фотоэлектрической системы благодаря чрезвычайно стабильному температурному коэффициенту, более высокому двустороннему коэффициенту и более высокому сохранению мощности.

2.1 Чрезвычайно стабильный температурный коэффициент

По сравнению с температурным коэффициентом мощности -0,35%/°C для модулей PERC и -0,32%/°C для модулей TOPCon, модули HJT имеют более стабильный температурный коэффициент мощности -0,24%/°C. Это означает, что модули HJT имеют более низкое снижение мощности по сравнению с модулями PERC и TOPCon по мере повышения рабочей температуры модуля, что снижает потери при выработке электроэнергии, и это преимущество в приросте выработки электроэнергии будет особенно заметным в случае высокой температуры рабочей среды, как показано на рисунке 2.1.

• При рабочей температуре 60°С относительная мощность модулей HJT на 2,8% выше, чем модулей TOPCon, и на 3,5% выше, чем модулей PERC.
• При рабочей температуре 65°С относительная мощность модулей HJT на 3,2% выше, чем модулей TOPCon, и на 4% выше, чем модулей PERC.

Рисунок 2.1 Кривые корреляции мощности и температуры модулей PERC/TOPCon/HJT

2.2  Более высокий двусторонний коэффициент

Благодаря своей естественной симметричной структуре, ячейка HJT по своей сути является двусторонней и в настоящее время представляет собой технологию ячеек с самым высоким двусторонним коэффициентом, как показано на рисунке 2.2. При одинаковом сценарии применения, чем выше двусторонний коэффициент, тем выше прирост выработки электроэнергии на тыльной стороне. Двусторонний коэффициент модулей HJT составляет около 85%, что примерно на 15% выше, чем у модулей PERC и примерно на 5% выше, чем у модулей TOPCon, как показано в таблице 2.1.

Рисунок 2.2 Структура элемента HJT

Таблица 2.1 Двусторонний коэффициент модулей PERC/TOPCon/HJT

При одинаковом сценарии применения наземных электростанций коммунального масштаба более высокий двусторонний коэффициент модулей HJT обеспечивает высокий прирост выработки электроэнергии по сравнению с модулями PERC и TOPCon.

2.3 Более высокое сохранение мощности

На основе кривых снижения мощности солнечных элементов трех различных технологий очевидно, что к концу 25 года коэффициент сохранения мощности модулей HJT составляет 92%, модулей PERC — 87,2% и модулей TOPCon — 89,4%. Это означает, что технология HJT обеспечивает наилучшее сохранение выходной мощности на протяжении всего жизненного цикла электростанций коммунального масштаба, что может привести к более стабильной и относительно более высокой выработке электроэнергии, как показано на рисунке 2.3.

Поскольку описанные выше результаты оцениваются с учетом текущего снижения мощности на 2% в течение первого года, прирост выработки электроэнергии будет более заметным, поскольку совершенствование технологии и материалов для герметизации элементов и модулей может привести к меньшему снижению мощности элементов HJT в первый год.

Рисунок 2.3 Гарантии качества модулей PERC/TOPCon/HJT

Выше приведен краткий анализ функциональных характеристик ячеек и модулей с технологией гетероперехода HJT. Однако каковы основные факторы, влияющие на выработку модулями электроэнергии? Насколько существенно их влияние? Компания Risen Energy попытался провести дальнейший анализ с помощью программного обеспечения PVSYST. 

III . Анализ с помощью PVSYST

Что касается факторов влияния на выработку электроэнергии, то для анализа будут выбраны типичные сценарии применения при высоких и низких температурах соответственно.

3.1 Сценарии применения при низких температурах

В качестве типичного примера для сценария применения при низких температурах был выбран Харбин, который расположен вблизи 45,9° северной широты, со среднегодовой температурой 4,7°C и суммарным солнечным излучением, падающим на горизонтальную поверхность, 1347 кВт⋅ч/м2. Электростанция спроектирована с соотношением постоянного/переменного тока 1,25 и установленной мощностью 4 МВт (с небольшими отклонениями в фактической конструкции), с использованием фиксированного кронштейна с оптимальным углом наклона и подходящих струйных инверторов. К 25 году прирост выработки электроэнергии модулями TOPCon составит 3,94%, а прирост выработки электроэнергии модулями HJT будет еще выше — 7,73% по сравнению с выработкой электроэнергии модулями PERC, как показано в таблице 3.1.

Таблица 3.1 Сравнение прироста выработки электроэнергии модулями PERC/TOPCon/HJT

Согласно сравнению потерь, наиболее важным фактором, влияющим на выработку электроэнергии при низких температурах, является снижение мощности. На конец 25 года снижение мощности составляет 12,86% (1,6% + 11,26%) для модулей PERC, 10,6% (0,6% + 10%) для модулей TOPCon и 7,87% (1,6% + 6,27%) для модулей HJT. См. рисунок 3.1.

Рисунок 3.1 Сравнение основных потерь модулей PERC/TOPCon/HJT при низких температурах

3.2 Сценарии применения при высоких температурах

В качестве типичного примера для сценария применения при высоких температурах был выбран Абу-Даби на Ближнем Востоке, который расположен вблизи 24,4° северной широты, со среднегодовой температурой 28,5°C и суммарным солнечным излучением, падающим на горизонтальную поверхность, 2015,1 кВт⋅ч/м2. Электростанция спроектирована с соотношением постоянного/переменного тока 1,05 и установленной мощностью 4 МВт (с небольшими отклонениями в фактической конструкции), с применением оптимального угла наклона для фиксированного кронштейна и подходящих струйных инверторов. К 25 году прирост выработки электроэнергии модулями TOPCon составит 4,52%, а прирост выработки электроэнергии модулями HJT будет еще выше — 9,67% по сравнению с выработкой электроэнергии модулями PERC, как показано в таблице 3.2.

Таблица 3.2 Сравнение прироста выработки электроэнергии модулями PERC/TOPCon/HJT

Согласно графику сравнения потерь, помимо снижения мощности, снижение рабочей температуры является еще одним важным фактором, влияющим на выработку электроэнергии в условиях высоких температур. На конец 25 года снижение мощности составляет 12,86% (1,6% + 11,26%) для модулей PERC, 10,6% (0,6% + 10%) для модулей TOPCon и 7,87% (1,6% + 6,27%) для модулей HJT; снижение рабочей температуры модулей PERC составляет 8,31%, модулей TOPCon — 7,26% и модулей HJT — 5,81%, как показано на рисунке 3.2.

Рисунок 3.2 Сравнение основных потерь модулей PERC/TOPCon/HJT при высоких температурах

Вышеприведенный анализ показывает, что в сценариях применения при низких температурах снижение мощности модуля является одним из основных факторов, влияющих на выработку им электроэнергии, а в сценариях применения при высоких температурах еще одним важным фактором является рабочая температура. Благодаря чрезвычайно стабильному температурному коэффициенту, более высокому двустороннему коэффициенту и более высокому сохранению мощности модулей HJT, более высокий прирост выработки электроэнергии при использовании технологии HJT очевиден как в областях с высокими температурами, так и в областях с низкими температурами. Технологию HJT также характеризует относительно высокий прирост выработки электроэнергии, что обеспечит более высокий прирост выработки электроэнергии и более стабильный выход электроэнергии для всей фотоэлектрической системы.