Moduły bifacjalne

Moduły bifacjalne (ang. double side solar module, bifacial solar module) wykorzystują ogniwa, dzięki którym obie strony modułu mogą absorbować promieniowanie słoneczne i zmieniać je na energię elektryczną. W celu produkcji energii z tylnej strony, moduły bifacjalne wykorzystują promieniowanie odbite od podłoża. Dzięki takiej funkcji możliwe jest zwiększenie uzysków energii nawet do około 25% przy klasycznych instalacjach naziemnych skierowanych na południe.

Ideowa budowa dwustronnych modułów PV, źródło: solaris18.blogspot.com

Dodatkowa energia

O tym, ile dodatkowej energii uda się uzyskać dzięki tylnej stronie modułu decydują głównie dwa czynniki:
– wysokość, na której są zamontowane moduły PV
– albedo, czyli współczynnik odbicia podłoża.

Im wyższy jest współczynnik odbicia promieni słonecznych od podłoża, tym wyższy jest dodatkowy uzysk z dwustronnych modułów PV. Przykładowo, dla modułów zamontowanych na wysokości 0,5 m (dolna krawędź) pod kątem 30 stopni na południe na trawniku, dodatkowy uzysk oscyluje wokół 6,2%. W przypadku betonu i modułów zamontowanych na tej samej wysokości, dodatkowy uzysk znacząco wzrasta i oscyluje wokół 21,5% rocznie.

Duże znaczenie ma również wysokość montażu. Moduły zamontowane nisko mają ograniczoną możliwość oświetlenia promieniowaniem odbitym od podłoża. Dodatkowe uzyski rosną wraz ze wzrostem wysokości, na której znajdują się moduły. Największy wzrost dodatkowych uzysków można zaobserwować zmieniając wysokość modułów w zakresie od 0 do 40 cm. Powyżej 80 cm dodatkowe uzyski nie rosną już tak znacząco. Montaż modułów dwustronnych powyżej 1 m nie ma energetycznego uzasadnienia. Zaleca się, aby dolna krawędź modułu znajdowała się na wysokości minimum 60 – 80 cm od podłoża.

Szczególne korzyści

Szczególne korzyści energetyczne z zastosowania modułów bifacjalnych pojawiają się, gdy moduły fotowoltaiczne muszą być ustawione pod kątem 90° do podłoża. W takiej konfiguracji dwustronne moduły mogą wyprodukować ok. 50% więcej energii niż klasyczne jednostronne moduły PV. W szczególnych przypadkach, możliwe jest zwiększenie dodatkowego uzysku nawet do 80%. Jest to możliwe, kiedy instalacja jest zamontowana pod kątem 90° do podłoża i skierowana w kierunku wschodnim lub zachodnim. Przykładem takich zastosowań jest wykorzystanie modułów PV jako elementu ogrodzenia, ekranów dźwiękochłonnych, barier itp. Nie jest to jednak typowe wykorzystanie modułów PV.

Jakie jeszcze korzyści niesie ze sobą wykorzystanie modułów bifacjalnych? O odpowiedź poprosiliśmy eksperta – Tomasza Pudlika z firmy SOLGEN.

Moduły bifacjalne w odróżnieniu od tradycyjnych krzemowych modułów fotowoltaicznych są w stanie potencjalnie wygenerować znacząco większą ilość mocy. Dzięki możliwości absorpcji również tylną powierzchnią promieniowania odbitego stają się nową możliwością dla projektantów systemów fotowoltaicznych, do zwiększenia wydajności elektrowni słonecznych, przy jednoczesnym zachowaniu podobnej powierzchni. Co za tym idzie stają się również nowym wyzwaniem i wymagają odpowiedniego podejścia i strategii projektowej. – komentuje Tomasz Pudlik

Na co należy zwrócić uwagę przy doborze falownika do modułów bifacjalnych?

Poprosiliśmy również o odpowiedź na pytanie, na co należy zwrócić uwagę przy doborze falownika do modułów bifacjalnych. Przyjrzyjmy się przykładowi przedstawionemu przez eksperta:

Przy doborze falownika do inwestycji opartej o rozwiązania bifacjalne należy wziąć pod uwagę rozmieszczenie i miejsce montażu paneli. Prąd generowany przez łańcuch składający się z 15 modułów dwustronnych może być wyższy nawet o ⅓ w stosunku do modułów tradycyjnych. Wymaga to doboru falownika pozwalającego obsłużyć wyższe prądy na złączu MPPT oraz szczególnie ostrożne dobieranie połączeń równoległych w zakresie pojedynczego złącza inwertera. Oczywistym jest również, że maksymalna długość łańcucha modułów również ulegnie zmniejszeniu z powodu szybszego osiągnięcia maksymalnej mocy, jaką może obsłużyć pojedynczy MPPT.

Jako przykład posłużę się modułem tradycyjnym Eco Delta 340Wp wykonanym w technologii monokrystalicznej, modułem bifacjalnym Jolywood również o mocy nominalnej 340Wp oraz falownikiem Huawei SUN2000 z serii M1 o mocy 5kW.

Poniżej znajdują się skrócone parametry wybranych urządzeń prezentowane dla warunków STC:

Model
modułu
Voc
[V]
Imp
[A]
Vmp
[V]
Isc
[A]
Pstc
[Wp]
Pgain30%
[Wp]
Iscgain30%
[A]
Imp,gain30%
[A]
Jolywood
bifacial
41,8 9,7 35,1 10,17 340 422 12,55 11,97
Eco Delta 41,1 9,94 34,2 10,6 340 n.d n.d n.d

 

Model
falownika
Pmax
[Wp]
Vin,max
[V]
Impp,max
[A]
Isc,max
A]
Zakres napięć
pracy [V]
Huawei
SUN2000-5KTL-M1
7500 1100 11 15 140-980

 

Podpinając do w.w. falownika łańcuch modułów składający się z 16 modułów Eco delta będzie cechować się parametrami pozwalającymi na swobodną pracę niezależnie od zmian spowodowanych zmianą temperatury ogniwa. Inaczej sprawa ma się w przypadku modułów bifacjalnych o ile biorąc pod uwagę tylko frontowe parametry pracy (montaż równolegle z dachem skośnym) problem doboru również nie występuje, o tyle w przypadku chęci skorzystania z dodatkowego uzysku (np. montaż instalacji naziemnej na gruncie o wysokim albedo) to prąd przy dodatkowej mocy rzędu 30% znacznie przekracza zakres obsługiwany przez inwerter. Co więcej, zysk na poziomie 20% oznacza przekroczenie limitu prądowego dla powyższej konfiguracji. Jak pokazano na powyższym przykładzie, dobór i konfiguracja sprzętowa przy zastosowaniu modułów bifacjalnych powinna następować indywidualnie i z szczególnym zwróceniem uwagi na parametry prądowo napięciowe stosowanego modułu.


Materiał powstał w ramach kampanii „Własny prąd ze słońca – Fotowoltaika dla firm”

Tomasz Pudlik

Projektant systemów fotowoltaicznych w SOLGEN Sp. z o.o.