Das Bifacial-PERC-Modul bietet hervorragende Anwendungsmöglichkeiten in Amerika, wo die Lichtresourcen und das flache Gelände reichlich vorhanden sind. Um die Energieertragsleistung des Bifacial-PERC-Moduls in diesem Bereich zu überprüfen und die Bankfähigkeit des Bifacial-PERC-Moduls zu verbessern, arbeitete LONGi mit B & V (Black & Veatch) und RETC (Renewable Energy Test Center) zusammen, um drei Pilotprojekte in Amerika im Jahr 2018 zu bauen. Kürzlich hat LONGi die Abschlussberichte für diese Pilotprojekte erhalten. Daher wird in diesem Whitepaper die Energieertragsleistung des Bifacial-PERC-Moduls von LONGi dargestellt.
Die drei Pilotprojekte befanden sich an unterschiedlichen Orten mit unterschiedlichen Installationstypen. Die Module des Fremont-Pilotprojekts befanden sich auf Halterungen mit fester Neigung auf dem Dach des RETC-Hauptquartiers in Fremont, Kalifornien. Die Module des Livermore-Pilotprojekts wurden auf dem bifacialen einachsigen Tracker SF7 von Soltec montiert, der sich im Bifacial Tracking Evaluation Center (BiTEC) von Soltec in Livermore, Kalifornien, befindet. Die Module des Pahrump-Pilotprojekts wurden auf einem Halterungssystem mit fester Neigung platziert, das sich am RETC-Teststandort in Pahrump, Nevada, befindet. Die detaillierten Informationen werden wie folgt dargestellt:
Abbildung 1. Die Verteilung von Pilotprojekten.
Tabelle 1. Zusammenfassung der Pilotprojekte.
Tabelle 2. Die IV-Parameter und die Größe der Module.
Anschließend werden das Array-Layout und die Testergebnisse von drei Pilotprojekten vorgestellt.
1) Fremont-Pilotprojekt
Die Module des Fremont-Pilotprojekts befanden sich auf dem Dach des RETC-Hauptquatiers in Fremont, Kalifornien (N 37,5, W122,0). Das Array-Layout ist in Abbildung 2 dargestellt. Um sicherzustellen, dass das Monofacial- und das Bifacial-Modul den gleichen Schattenzustand haben, wurden zusätzliche Dummy-Module in der 1. und 4. Reihe platziert. Jedes Modul wurde mit einem SolarEdge Leistungsoptimierer P505 ausgestattet und dann zur Berechnung des Energieertrags jedes Moduls in Reihe mit dem Wechselrichter SE6000H geschaltet (Durchschnittsdaten wurden für den Vergleich des Energieertrags verwendet).
Abbildung 2. Das Array-Layout und die Fotos des Fremont-Pilotprojekts.
Der Testzeitraum des Fremont-Pilotprojekts war vom 23. Februar 2019 bis zum 1. Juni 2019. Da die Module auf dem Dach der RETC-Zentrale platziert wurden, konnte RETC die Bodenoberfläche leicht ändern, um die Korrelation zwischen der Bodenalbedo und dem bifacialen Ertrag zu bewerten. Der Untergrund und die Oberfläche bestanden aus schwarzem Stoff (Albedo 8,2%), grauem Asphalt (Albedo 24,0%), weißem Stoff (Albedo 60,7%), der Bifacial-Gewinn betrug im entsprechenden Zeitraum 4,4%, 10,6% bzw. 15,7%, wie in Abbildung 3 und Abbildung 5. Dargestellt. Die Schwankung der Bifacial-Ertrag-Kurven wird auf das Streulichtverhältnis zurückgeführt. An bewölkten Tagen mit hohem Streulichtanteil war der Energieertrag gering, der Bifacial-Gewinn jedoch hoch. Dieses Phänomen war in der Grundoberfläche mit schwarzem Stoff sehr offensichtlich. Es ist zu beachten, dass im Projekt ein gewöhnliches niedriges Dachgestell verwendet wurde, bei dem die Installationshöhe 0,444 m betrug. Wenn die Installationshöhe 1 m höher wäre, könnte der bifaciale Gewinn höher sein. Grauer Asphalt war das ursprüngliche Grundmaterial. In diesem Fall spiegelte der bifaciale Gewinn von 10,6% den beträchtlichen Anwendungswert von bifacialen Modulen wider.
Abbildung 3. Täglicher spezifischer Ertrag und bifacialer Ertrag auf schwarzem Stoffgrund im Fremont-Pilotprojekt.
Abbildung 4: Täglicher spezifischer Ertrag und bifacialer Gewinn auf weißem Grund im Fremont-Pilotprojekt.
Abbildung 5. Täglicher spezifischer Ertrag und bifacialer Ertrag auf grauem Asphalt im Fremont-Pilotprojekt.
Abbildung 6 zeigt die Ausgangsleistung und den bifacialen Ertrag für bifaciale und monofaciale PERC-Module an einem typischen sonnigen Tag (grauer Asphaltboden). Es konnte festgestellt werden, dass der bifaciale Ertrag zwischen 10 und 14 Uhr stabil war (6 - 7%). Die Bifacial-Ertrag-Kurven neigten sich morgens und nachmittags aufgrund ihres hohen Streulichtanteils, wobei der höchste Bifacial-Ertrag über 50% liegen könnte. Außerdem betrug der durchschnittliche bifaciale Ertrag den ganzen Tag über 10,2%. In der Mittagszeit betrug der bifaciale Ertrag etwa 6%, was für die Anpassung von Wechselrichtern von Vorteil ist.
Abbildung 6. Die Ausgangsleistung und der bifaciale Ertrag für bifaciale und monofaciale PERC-Module an typischen sonnigen Tagen (Halterung mit fester Neigung).
2) Livermore-Pilotprojekt
Die Module des Livermore-Pilotprojekts wurden auf dem bifacialen Einzelachsentracker SF7 von Soltec montiert, der sich im Bifacial Tracking Evaluation Center (BiTEC) von Soltec in Livermore, Kalifornien (N37,7, W121,7) befindet. Das Array-Layout und das Halterung-Design sind in Abbildung 7 dargestellt: 12 Module wurden auf einem Soltec SF7 bifacialen Einzelachsentracker vom Typ 2-Portrait (2P) montiert. Der Neigungswinkel des Trackers betrug -60°~60°, die Module wurden abwechselnd in jeder Reihe montiert und bildeten ein Schachbrettmuster. Jedes Modul wurde mit einem Leistungsoptimierer verbunden, um den MPP-Betrieb (Maximum Power Point) aufrechtzuerhalten. Hochpräzise DC-Messmodule werden zum Messen der DC-Spannungs- und Stromeigenschaften jedes Moduls verwendet. Der Boden war mit grauem Kies bedeckt, in dem die Albedo 21,4% beträgt.
Abbildung 7. Das Array-Layout und das Tracker-Design für das Livermore-Pilotprojekt.
Die Testperiode dauerte vom 20. September 2019 bis zum 21. Oktober 2019. Abbildung 8 zeigt die tägliche Energieausbeute für jedes Modul. Es konnte festgestellt werden, dass die Energieausbeute sowohl für monofaciale als auch für bifaciale Module einheitlich war. Der bifaciale Gewinn wurde berechnet, indem der Durchschnittsertrag für jedes Typmodul ausgewählt wurde.
Abbildung 8. Der Energieertrag für das monofaciale und das bifaciale Modul war in Livermore einheitlich.
Der Vergleich des Energieertrags von monofacialem PERC und bifacialem PERC ist in Abbildung 9 dargestellt. Der bifaciale Gewinn zwischen dem 20. September und dem 21. Oktober betrug 8,3%. In Anbetracht der Tatsache, dass der einachsige Tracker die Basislinie für das monofaciale Modul erhöhen wird, war der Ertrag von 8,3% bei der grauen Kiesbodenoberfläche mit 21,4% Albedo sehr beeindruckend. Für den Wüstenboden mit hoher Albedo liegt der bifaciale Gewinn über 10%. Viele große Projekte verwendeten Module, die von LONGi in der Wüste geliefert wurden, wobei die bifacialen Module mit einem einachsigen Tracker kombiniert wurden.
Abbildung 9. Täglicher spezifischer Ertrag und bifacialer Gewinn auf grauem Kies im Livermore-Pilotprojekt.
Abbildung 10 zeigt die Ausgangsleistung und den bifacialen Gewinn für bifaciale und monofaciale PERC-Module an einem typischen sonnigen Tag (grauer Kiesboden). Die bifaciale Ertragskurve, die sich tagsüber für den Einzelachsentracker neigt und sich von der festen Gestell unterscheidet. Der Grund kann dem Array zugeschrieben werden, das mittags die kleinste Schattenfläche hat. Der einachsige Tracker hat die Ausgangsleistung für etwa sieben Stunden (von 9.00 bis 16.30 Uhr) sehr stabil gemacht, was das Stromnetz besser schonen könnte.
Abbildung 10. Ausgangsleistung und bifacialer Ertrag für bifaciale und monofaciale PERC-Module an typischen Sonnentagen (einachsiger Tracker).
3) Pahrump-Pilotprojekt
Die Module des Pahrump-Pilotprojekts wurden auf einem Halterungssystem mit fester Neigung platziert, das sich am RETC-Teststandort in Pahrump, Nevada (N36,2, W116,0) befand. Das Array-Layout und die Gestellinformationen sind in Abbildung 11 dargestellt. Die Module sind nach Süden ausgerichtet in einem festen Gestell installiert, 30° zur Horizontalen geneigt und an einen Dual-MPP-Wechselrichter angeschlossen. Die Module werden abwechselnd in jeder Reihe installiert und bilden ein Schachbrettmuster. Acht Bifacial-Module sind in einem String mit einem MPPT-Eingang des Wechselrichters und acht Monofacial-Module in einem String mit dem anderen MPPT-Eingang verbunden. Hochpräzise Spannungswandler und Stromwandler werden zur Messung der Gleichstromeigenschaften des Strings verwendet. Das Projekt begann am 3. August 2018. Die Bodenoberfläche bestand aus grauem Kies mit 21,1% Albedo. Vom 20. bis 22. Oktober wurde die Bodenoberfläche in weißen Kies mit einem Albedoverhältnis von 37,9% geändert, was einer um 18,3% höheren Albedo als der vom grauen Kies entspricht. Die Ertragsdaten waren bis zum 31. Juli 2019 gültig.
Abbildung 11. Das Array-Layout und die Fotos des Livermore-Pilotprojekts.
Abbildung 12. Wöchentlicher spezifischer Ertrag und bifacialer Gewinn im Pahrump-Pilotprojekt.
Der wöchentliche Energieertrag von Modulen des Pahrump-Pilotprojekts ist in Abbildung 12 dargestellt. Der durchschnittliche bifaciale Gewinn betrug 8,8% auf grauem Kiesboden (21,1% Albedo), als sich die Bodenoberfläche in weißen Kies (37,9% Albedo) änderte, betrug der durchschnittliche bifaciale Gewinn 10,6%. Der Testzeitraum vom weißen Kies betrug mehr als 10 Monate. Es zeigte sich, dass der bifaciale Ertrag mit der Jahreszeit variierte: niedrigster im Winter, höchster im Sommer (8~14%). Der Grund dafür ist, dass der Streulichtanteil morgens und nachmittags im Sommer hoch war und sich außerdem der Sonnenzenitwinkel regelmäßig änderte, was sich auf die Schattenfläche des Arrays auswirkte. Darüber hinaus zeigten die Daten, dass das Leistungsverhältnis im Winter höher war als im Sommer, was hauptsächlich auf den großen Temperaturunterschied in Kalifornien zurückzuführen ist, wo die Temperatur im Sommer etwa 30% höher als die im Winter war.
In Abbildung 12 ist das Verhältnis der rückseitigen zur vorderen Bestrahlungsstärke unter verschiedenen Witterungsbedingungen zusammengefasst. Es zeigte sich, dass das Verhältnis bei sonnigem Wetter am niedrigsten (~ 11%) und bei trübem Wetter am höchsten (über 15%) war. Der Grund ist, dass der Streulichtanteil bei trübem Wetter hoch ist, der von der Rückseite des Moduls empfangen werden kann. Wenn die rückseitige Bestrahlungsstärke höher ist, ist der bifaciale Gewinn höher.
Abbildung 13. Das Verhältnis der rückseitigen zur vorderen Bestrahlungsstärke bei unterschiedlichem Wetter.
Zusammenfassung:
Die drei Pilotprojekte, die LONGi zusammen mit B & V (Black & Veatch) und RETC (Renewable Energy Test Center) durchgeführt hat, haben den Vorteil von Bifacial-PERC im Vergleich zu Monofacial-PERC unter verschiedenen Bedingungen durch vernünftiges Design vollständig bestätigt. Das Testergebnis kann als Referenz für die bifaciale PERC-Anwendung in großen Bodenkraftwerken (mit Gestell von fester Neigung oder einachsigem Tracker), Dachkraftwerken und schwimmenden Kraftwerken dienen. Es ist nicht nur nützlich, um die Investoren und Finanzierungsinstituten zu überzeugen, sondern auch, um LONGis Bifacial-PERC in großem Maßstab in der Welt anzuwenden.
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