Introduzione
Con il continuo avanzamento della tecnologia fotovoltaica, il mercato dei moduli fotovoltaici è passato dai moduli ad alta corrente a quelli a bassa corrente. I moduli fotovoltaici ad alta corrente hanno attirato l'attenzione per la loro alta potenza di uscita, ma i rischi e le perdite associati non possono essere ignorati. Al contrario, i moduli fotovoltaici a bassa corrente sono sempre più visti come una scelta più saggia grazie ai loro vantaggi in termini di sicurezza, efficienza e compatibilità. Questo articolo analizzerà i rischi e le perdite dei moduli fotovoltaici ad alta corrente ed esplorerà i benefici unici dei moduli fotovoltaici a bassa corrente.
Indice
- Introduzione
- L'Emergere dei Moduli Fotovoltaici ad Alta Corrente
- Rischi e Perdite dei Moduli Fotovoltaici ad Alta Corrente
- Vantaggi dei Moduli Fotovoltaici a Bassa Corrente
- Conclusione
L'Emergere dei Moduli Fotovoltaici ad Alta Corrente
Il Costo Livellato dell'Energia (LCOE) è una metrica fondamentale per valutare i progetti fotovoltaici. Dal lato dei moduli, l'efficienza, la potenza e la capacità di generazione giocano ruoli cruciali, e migliorare la potenza e l'efficienza dei moduli fotovoltaici può ridurre efficacemente il LCOE. Già nel 2009, la potenza massima dei moduli fotovoltaici nell'industria era solo di 290W. Dopo più di un decennio di sviluppo, la potenza dei moduli fotovoltaici è salita a oltre 500W, con alcuni che superano i 600W.
Le principali vie per migliorare la potenza dei moduli includono progressi nella tecnologia delle celle che aumentano l'efficienza di conversione, l'ottimizzazione del layout dei moduli e dei materiali ausiliari, e l'aumento delle dimensioni delle celle. Inizialmente, le celle solari prodotte in massa erano basate su celle da 125mm, che successivamente sono evolute a 156mm, 156.75mm, 158.75mm, 166mm, e ora a 182mm e 210mm. L'avvento delle celle di grande dimensione da 182mm e 210mm nel 2020 non solo ha portato a un significativo aumento della potenza dei moduli, ma ha anche aumentato notevolmente la corrente operativa dei moduli fotovoltaici.
In generale, la logica dietro l'aumento delle dimensioni delle celle comprende due punti principali: innanzitutto, può ridurre efficacemente il costo per watt delle celle e dei moduli solari, abbassando così il costo di produzione dei moduli fotovoltaici; in secondo luogo, aumentare la dimensione delle celle può migliorare la potenza del modulo, riducendo così il costo del Balance of System (BOS). Tuttavia, qualsiasi guadagno si trova entro un certo intervallo; quando la dimensione delle celle e la corrente aumentano oltre un certo limite, i rischi, i pericoli e le perdite associate possono superare i benefici.
Rischi e Perdite dei Moduli Fotovoltaici ad Alta Corrente
1. Rischi di Produzione e Qualità dei Moduli Fotovoltaici ad Alta Corrente
Nel processo di produzione, con l'aumento delle dimensioni delle celle, la resa del prodotto tende a diminuire a causa dell'aumentata difficoltà di produzione. La resa delle celle e delle lastre di grande dimensione nelle fasi iniziali di produzione potrebbe non raggiungere il livello dei prodotti originali, e alcuni problemi causati dall'aumento delle dimensioni potrebbero non essere risolti perfettamente man mano che il processo matura. Inoltre, le lastre sovradimensionate possono ostacolare lo sviluppo di celle più sottili, e l'aumento delle dimensioni dei moduli fotovoltaici può impedire la riduzione dei costi dei telai e del vetro, influenzando i costi di produzione. Inoltre, l'aumento delle dimensioni delle lastre e dei moduli aumenta anche i rischi di carico meccanico, rendendo il trasporto e l'installazione più difficili e imponendo maggiori esigenze sulle strutture di supporto, influenzando la qualità durante l'intero ciclo di vita del prodotto e del sistema.
2. Impatto dei Moduli Fotovoltaici ad Alta Corrente sulla Generazione di Energia
(1) Perdite di Linea dei Cavi
Basandosi su un progetto da 100MW, abbiamo confrontato le perdite di linea dei moduli fotovoltaici da 182mm (corrente operativa intorno ai 13A) e dei moduli fotovoltaici ultra-alta corrente (corrente operativa intorno ai 18A). In condizioni di test standard (STC), utilizzando la stessa specifica di cavo da 4mm², lo schema dei moduli fotovoltaici ultra-alta corrente ha avuto circa lo 0.2% di perdite di linea lato DC in più rispetto allo schema dei moduli da 182mm. Anche supponendo che l'irraggiamento dell'ambiente applicativo reale sia il 70% delle condizioni STC, c'è ancora una differenza di perdita di linea di circa lo 0.14%. Nei sistemi che utilizzano moduli fotovoltaici bifacciali, l'aumento della corrente dei moduli bifacciali rispetto ai moduli monofacciali può essere del 10%-20%, amplificando ulteriormente la differenza di perdita di linea.
(2) Perdite di Potenza Termica del Modulo
Abbiamo anche condotto ricerche e calcoli sulle perdite di potenza termica dei moduli fotovoltaici: la percentuale di perdita di potenza termica dei moduli fotovoltaici ultra-alta corrente è dello 0.53% più alta rispetto ai moduli fotovoltaici da 182mm. Per un progetto su scala da 3GW, a causa della perdita diretta di potenza termica, i moduli fotovoltaici ultra-alta corrente genereranno 20 milioni di kWh in meno all'anno rispetto ai moduli fotovoltaici da 182mm.
(3) Calcolo della Generazione di Energia e del LCOE
I risultati della simulazione mostrano che la generazione di energia dei moduli fotovoltaici da 182mm è superiore dell'1.8% rispetto a quella dei moduli ultra-alta corrente, con 1.862 kWh/Wp/anno. In termini di LCOE, i moduli fotovoltaici da 182mm sono inferiori di 0.03-0.05 Yuan/kWh rispetto ai moduli ultra-alta corrente, con 0.19 Yuan/kWh.
(4) Analisi Empirica dei Moduli Fotovoltaici Ultra-Alta Corrente
Per studiare appieno le prestazioni di generazione di energia e le differenze di temperatura operativa di diversi moduli fotovoltaici, un marchio leader, in collaborazione con TÜV Nord, ha condotto un progetto empirico all'aperto presso la National Photovoltaic Experimental Base a Yinchuan nel febbraio 2021. I dati empirici hanno mostrato che in condizioni di alta irradiazione, a causa della maggiore energia convertita in calore sui ribbon, la temperatura operativa dei moduli fotovoltaici ultra-alta corrente era in media di 1.8°C più alta rispetto ai moduli fotovoltaici da 182mm, con una differenza di temperatura massima di circa 5°C. Questo è principalmente dovuto al fatto che l'alta corrente operativa dei moduli fotovoltaici porta a significative perdite termiche sugli elettrodi metallici e sui ribbon delle celle, aumentando la temperatura operativa del modulo. È noto che la potenza di uscita dei moduli fotovoltaici diminuisce con l'aumento della temperatura, con una riduzione di circa lo 0.35% per ogni aumento di 1°C; combinando vari fattori, i dati empirici mostrano che la generazione di energia per watt dei moduli fotovoltaici da 182mm è circa dell'1.8% superiore a quella dei moduli ultra-alta corrente.
3. Rischi di Sicurezza Elettrica dei Moduli Fotovoltaici ad Alta Corrente
I moduli fotovoltaici sono dispositivi elettrici che incapsulano celle solari con vetro, backsheet, EVA o POE, e poi trasmettono l'elettricità DC generata attraverso scatole di giunzione, cavi e connettori. Per l'intero modulo fotovoltaico, le scatole di giunzione e i connettori, sebbene siano componenti piccoli e poco appariscenti, possono causare gravi rischi di sicurezza se si guastano.
(1) Rischio di Riscaldamento della Scatola di Giunzione
Secondo le statistiche di organizzazioni terze autorevoli, i guasti delle centrali elettriche (soprattutto incendi) causati dai moduli fotovoltaici sono per lo più legati alle scatole di giunzione e ai connettori. Pertanto, la scatola di giunzione è un punto tecnico critico nella progettazione del modulo, soprattutto per i moduli fotovoltaici ad alta corrente, dove la capacità di trasporto della corrente dei diodi nella scatola di giunzione è cruciale. L'immagine seguente mostra una situazione in cui il riscaldamento della scatola di giunzione ha causato l'incendio del connettore.
Per garantire la capacità di trasporto della corrente dei diodi nella scatola di giunzione, per i moduli fotovoltaici monofacciali, si raccomanda che la corrente nominale della scatola di giunzione sia maggiore di 1.25 volte la corrente di corto circuito (Isc). Per i moduli fotovoltaici bifacciali, bisogna considerare anche un guadagno bifacciale del 30% e circa il 70% del rapporto lato posteriore. I moduli fotovoltaici bifacciali da 182mm utilizzano scatole di giunzione con corrente nominale di 25A, mantenendo un margine di sicurezza di circa il 16%, garantendo l'affidabilità a lungo termine dei moduli fotovoltaici ad alta corrente. I moduli con corrente maggiore richiedono scatole di giunzione con corrente nominale più alta (30A). Tuttavia, anche con scatole di giunzione da 30A, il margine di sicurezza dei moduli fotovoltaici ultra-alta corrente è relativamente basso e il rischio di sovraccarico aumenta significativamente in condizioni di alta irradiazione e alta temperatura.
(2) Rischio di Riscaldamento dei Cavi
Basandosi sullo standard IEC 62930, abbiamo condotto ricerche e calcoli sulla capacità di trasporto della corrente dei cavi fotovoltaici. Nelle centrali elettriche montate a terra o distribuite sui tetti, i cavi da 4 mm² possono soddisfare le esigenze applicative dei moduli fotovoltaici da 182mm e dei moduli fotovoltaici ultra-alta corrente. Tuttavia, quando alcune installazioni sui tetti distribuiti raggiungono temperature di 70°C, se i moduli fotovoltaici ultra-alta corrente non utilizzano cavi fotovoltaici da 6mm² più costosi, i cavi possono surriscaldarsi e bruciare, aumentando il rischio di incendio.
Traducendo i concetti tecnici in un linguaggio semplice e ottimizzato per la SEO, l'articolo mette in evidenza come l'uso di moduli fotovoltaici ad alta corrente comporti diversi rischi di sicurezza legati al riscaldamento e alla capacità di gestione della corrente, soprattutto in condizioni di alta temperatura e alta irradiazione. Questi rischi sottolineano l'importanza di utilizzare componenti adeguati e di considerare le soluzioni a bassa corrente per una maggiore sicurezza ed efficienza a lungo termine.
Vantaggi dei Moduli Fotovoltaici a Bassa Corrente
Di fronte ai vari rischi e perdite dei moduli fotovoltaici ad alta corrente, i moduli fotovoltaici a bassa corrente mostrano vantaggi unici. Questi vantaggi li stanno rendendo sempre più dominanti sul mercato, specialmente nelle applicazioni dove l'affidabilità del sistema e i benefici a lungo termine sono fondamentali.
1. Maggiore Sicurezza Elettrica
Il design a bassa corrente dei moduli fotovoltaici a bassa corrente riduce significativamente le perdite termiche e i rischi di punti caldi, migliorando la sicurezza elettrica. Ad esempio, i moduli fotovoltaici Twisun Pro a bassa corrente utilizzano un design a bassa corrente di 10A, abbassando le temperature operative e riducendo ulteriormente la probabilità di guasti elettrici. Questo design non solo estende la durata del modulo, ma garantisce anche un funzionamento affidabile in vari ambienti.
2. Maggiore Efficienza di Generazione di Energia
I moduli fotovoltaici Twisun Pro a bassa corrente raggiungono una maggiore efficienza di generazione di energia attraverso un esclusivo processo a celle in tre parti. Rispetto ai processi tradizionali a mezza cella, il processo a celle in tre parti abbassa la temperatura operativa del modulo del 20%, aumentando la generazione di energia del 4.64%. Inoltre, il design a bassa corrente riduce le perdite di linea, rendendo ogni watt di potenza più efficace nella conversione in elettricità utilizzabile.
3. Compatibilità del Sistema e Convenienza Economica
Le dimensioni standard e il design a bassa corrente dei moduli a bassa corrente li rendono più compatibili con gli inverter esistenti e i sistemi di montaggio. Ad esempio, il modulo fotovoltaico Twisun Pro ha una corrente di circa 10A e una dimensione standard di 1.998 metri quadrati, rendendolo adatto per inverter e staffe di montaggio mainstream. Questo semplifica il processo di integrazione del sistema e riduce i costi di installazione. Inoltre, la struttura leggera a doppio vetro dei moduli a bassa corrente (solo 21kg) facilita non solo il trasporto e l'installazione, ma riduce anche il carico sui tetti, abbassando ulteriormente la difficoltà e i costi di installazione.
4. Prestazioni in Ambienti a Bassa Irradiazione
I moduli a bassa corrente funzionano eccezionalmente bene in ambienti a bassa irradiazione. I moduli fotovoltaici Twisun Pro iniziano a generare energia prima al mattino e si fermano più tardi la sera in condizioni di bassa luminosità, estendendo il tempo di generazione giornaliera di energia. Questa caratteristica consente ai moduli a bassa corrente di mantenere un'elevata efficienza in varie condizioni meteorologiche, aumentando significativamente la generazione complessiva di energia.
5. Maggiore Durata e Garanzia
Il tasso di degrado ultra-basso dei moduli fotovoltaici Twisun Pro a bassa corrente si traduce in solo l'1% di degrado nel primo anno e dello 0.4% annuale successivamente, garantendo una generazione di energia ad alta efficienza a lungo termine. Inoltre, Twisun Pro offre 30 anni di garanzia sul prodotto e sulla potenza per i suoi moduli a doppio vetro. Questa garanzia a lungo termine rende l'investimento nei moduli a bassa corrente più economicamente vantaggioso, riducendo i costi di manutenzione e sostituzione.
Conclusione
In sintesi, i moduli fotovoltaici a bassa corrente Twisun Pro, con i loro significativi vantaggi in termini di sicurezza elettrica, efficienza di generazione di energia, compatibilità del sistema e convenienza economica, sono diventati una scelta più saggia sul mercato. Essi affrontano i vari rischi associati ai moduli fotovoltaici ad alta corrente, offrendo ai clienti soluzioni fotovoltaiche più sicure, efficienti e affidabili. Scegliere i moduli fotovoltaici a bassa corrente Twisun Pro porterà maggiori ritorni e una durata più lunga al tuo sistema fotovoltaico.
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