Σειρά φωτοβολταϊκών: Μελλοντικές τάσεις της αγοράς; 

Ας κόψουμε τον θόρυβο. Όλοι μιλούν για επέκταση σε κλίμακα terawatt και O&M με γνώμονα την τεχνητή νοημοσύνη, αλλά η πραγματική ιστορία βρίσκεται στα χαρακώματα - η ανθεκτικότητα της εφοδιαστικής αλυσίδας, η βάναυση οικονομία της υπερπροσφοράς μονάδων και αν αυτή η νέα γραμμή ετεροζυγών είναι πράγματι τραπεζική. Δεν πρόκειται για γυαλιστερές προβλέψεις. έχει να κάνει με το τι κολλάει, τι σπάει και πού κινούνται αθόρυβα τα χρήματα στη συνέχεια.

Ο φθηνότερος μύθος Watt και οι υλικές πραγματικότητες

Για χρόνια, ο αγώνας ήταν μοναδικός: κατεβάστε $/W. Αυτό μας οδήγησε στην κυριαρχία του PERC και στα μεγέθη γκοφρέτας που πηδούσαν από το M6 στο G12 με κάτι σαν να αναβοσβήνει. Αλλά η πλάνη εδώ είναι η υπόθεση ότι η μείωση του κόστους είναι γραμμική και άπειρη. Χτυπάμε τοίχο με κατανάλωση ασημόπαστας. Ακόμη και με προηγμένη εκτύπωση στην μπροστινή όψη, μια τυπική κυψέλη PERC εξακολουθεί να χρησιμοποιεί περίπου 85 mg αργύρου ανά κελί. Με τις παγκόσμιες εγκαταστάσεις φωτοβολταϊκών που προβλέπεται να φτάσουν τα 500 GW ετησίως μέχρι τα μέσα της δεκαετίας, η ζήτηση αργύρου μόνο από τα φωτοβολταϊκά θα ήταν εκπληκτική. Αυτό δεν είναι βιώσιμο. Επιβάλλει μια στροφή όχι μόνο στην αρχιτεκτονική κυψελών - όπως η ελαφρώς χαμηλότερη χρήση πάστας του TOPCon - αλλά στη θεμελιώδη επιστήμη των υλικών. Η επιμετάλλωση με χαλκό είναι η ψιθυριστή λύση, αλλά έχω δει πιλοτικές γραμμές να παλεύουν με την πρόσφυση και τη μακροπρόθεσμη αξιοπιστία σε δοκιμές υγρής θερμότητας. Η μελλοντική τάση δεν είναι απλώς μια νέα τεχνολογία κυψελών. είναι ποιο σπάει πρώτο το υλικό συμφόρησης.

Αυτό συνδέεται με κάτι τόσο εγκόσμιο όπως η τοποθέτηση. Όταν αναπτύσσετε GW χωρητικότητας, το κόστος ισορροπίας συστήματος (BOS) γίνεται βασιλιάς. Εκεί είναι που το υλικό, τα παξιμάδια και τα μπουλόνια κυριολεκτικά, γίνονται κρίσιμα. Θυμάμαι ένα έργο στο Τέξας όπου αναγκαστήκαμε να σταματήσουμε την κατασκευή επειδή το καθορισμένο στεφάνης για το σύστημα παρακολούθησης απέτυχε μια ξαφνική επιτόπια δοκιμή απόσυρσης. Η διαδικασία της αντικατάστασης προκάλεσε καθυστέρηση τριών εβδομάδων. Ο προμηθευτής; Όχι κάποιο μαγαζί, αλλά ένας μεγάλος, πιστοποιημένος κατασκευαστής. Τόνισε ένα κενό μεταξύ των φύλλων προδιαγραφών εργαστηρίου και της απόδοσης πεδίου υπό δυναμικό φορτίο. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο οι προμήθειες εξετάζουν τώρα ολόκληρο το μηχανικό οικοσύστημα, όχι μόνο τις ενότητες.

Μιλώντας για αυτό, πρόσφατα συνάντησα έναν προμηθευτή, Handan Zitai Fastener Manufacturing Co., Ltd. (μπορείτε να τα βρείτε στο https://www.zitaifasteners.com). Βρίσκονται στο Yongnian, στο Hebei, στην καρδιά της παραγωγής τυποποιημένων ανταλλακτικών της Κίνας. Η τοποθεσία τους κοντά σε κύριες αρτηρίες μεταφοράς, όπως ο σιδηρόδρομος Beijing-Guangzhou και ο National Highway 107, είναι ένα κλασικό πλεονέκτημα για το υλικό χύδην, χαμηλού περιθωρίου. Είναι μια υπενθύμιση ότι η ραχοκοκαλιά της βιομηχανίας φωτοβολταϊκών είναι χτισμένη σε αυτά τα τεράστια, εξειδικευμένα βιομηχανικά clusters. Η ύπαρξή τους δεν υπαγορεύει μια τάση, αλλά η εξέλιξή τους - προς πιο ανθεκτικές στη διάβρωση επιστρώσεις, καλύτερες προδιαγραφές διάρκειας κόπωσης για τα πλαίσια των μονάδων διπλής όψης - θα είναι ένας λεπτός δείκτης του πού αναμένονται τα σημεία μηχανικής καταπόνησης σε μελλοντικές εγκαταστάσεις.

Η ενεργειακή απόδοση είναι η νέα απόδοση

Οι βαθμολογικοί πίνακες απόδοσης μονάδων είναι εξαιρετικοί για πρωτοσέλιδα, αλλά η συζήτηση επί τόπου έχει μετατοπιστεί στην απόδοση ενέργειας. Είναι οι κιλοβατώρες που πραγματικά συλλέγετε για 25 χρόνια. Αυτό φέρνει τη διπλοπροσωπικότητα, τους συντελεστές θερμοκρασίας και τη φασματική απόκριση σε ευκρινή εστίαση. Έχω περπατήσει σε πάρα πολλούς τοποθεσίες όπου το κέρδος της πίσω πλευράς διακυβεύτηκε από μια απόφαση της τελευταίας στιγμής να εξοικονομήσω ύψος ραφιών ή να χρησιμοποιήσω ένα μη βέλτιστο κάλυμμα εδάφους. Το θεωρητικό κέρδος 15% έγινε 5%. Ένα επώδυνο μάθημα για την ενοποίηση συστήματος.

Η πραγματική δοκιμή είναι σε σκληρά περιβάλλοντα. Αναπτύξαμε μερικές από τις πρώτες παρτίδες TOPCon τύπου n σε μια τοποθεσία υψηλής ερήμου και υψηλής υπεριώδους ακτινοβολίας. Η αρχική αντίσταση PID ήταν αστρική, αλλά παρατηρήσαμε μια πιο αργή, σωρευτική υποβάθμιση ισχύος που συνδέεται με την υποβάθμιση της διεπαφής του ενθυλακωτικού που προκαλείται από την υπεριώδη ακτινοβολία, ένα πρόβλημα λιγότερο έντονο σε παλαιότερες μονάδες τύπου p. Δεν ήταν ένα showstopper, αλλά άλλαξε το μοντέλο LCOE. Είναι αυτά τα διαφοροποιημένα, μακροπρόθεσμα σημεία δεδομένων πεδίου που θα διαμορφώσουν την επόμενη γενιά συσκευασίας κυψελών και μονάδων, ξεπερνώντας την τυπική ακολουθία DH/TC/UV των 1000 ωρών στο εργαστήριο.

Αυτή η εστίαση στην απόδοση οδηγεί επίσης σε μια υβριδική προσέγγιση. Δεν είναι πλέον μόνο η επιλογή μεταξύ TOPCon ή HJT. Βλέπω περισσότερα σχέδια που συνδυάζουν τεχνολογίες σε ένα μόνο εργοστάσιο—HJT σε περιορισμένους, υψηλής αξίας χώρους ταράτσας για την ανώτερη απόδοσή του σε διάχυτο φως και θερμότητα και ογκώδες, φθηνότερο PERC ή TOPCon σε ανοιχτό έδαφος. Αυτή η ρεαλιστική, βασισμένη σε χαρτοφυλάκιο προσέγγιση για την υιοθέτηση τεχνολογίας είναι μια βασική τάση που συχνά χάνουν οι καθαρές αφηγήσεις Ε&Α.

Ο μετατροπέας ως πολίτης δικτύου

Οι μετατροπείς γίνονται ο εγκέφαλος της εγκατάστασης, όχι απλώς ένας μετατροπέας DC-AC. Η τάση είναι οι ικανότητες σχηματισμού πλέγματος. Έχουμε ξεπεράσει το σημείο να τρέφουμε μόνο την εξουσία. Καθώς η αδράνεια του δικτύου μειώνεται λόγω των θερμικών εγκαταστάσεων που αποσύρονται, οι νέες εγκαταστάσεις καλούνται να παρέχουν συνθετική αδράνεια, υποστήριξη τάσης και διέλευση κατά τη διάρκεια βλαβών. Κάθισα σε μια θέση σε λειτουργία όπου ο διαχειριστής του δικτύου απέρριψε τη μονάδα επειδή ο βρόχος ελέγχου άεργου ισχύος (Q) ήταν πολύ αργός, κατά χιλιοστά του δευτερολέπτου. Αυτή η καθυστέρηση σήμαινε ότι δεν μπορούσε να βοηθήσει στη σταθεροποίηση μιας κοντινής πτώσης τάσης. Το υλικό ήταν ικανό, αλλά το υλικολογισμικό όχι. Η επιδιόρθωση χρειάστηκε έξι μήνες ενημερώσεων λογισμικού και εκ νέου πιστοποίησης.

Αυτό ωθεί τη βιομηχανία προς τα ηλεκτρονικά ισχύος που είναι ουσιαστικά πιο φιλικά προς το δίκτυο. Τα MOSFET καρβιδίου του πυριτίου (SiC) σε μετατροπείς επόμενης γενιάς επιτρέπουν υψηλότερες συχνότητες μεταγωγής, οδηγώντας σε μικρότερα φίλτρα, αλλά το πιο σημαντικό, επιτρέπουν πολύ ταχύτερο και ακριβέστερο έλεγχο των κυματομορφών εξόδου. Αυτή είναι μια αθόρυβη τάση πίσω από το πάνελ που έχει μεγαλύτερη σημασία για τη μελλοντική σταθερότητα της αγοράς από το απόλυτο κέρδος απόδοσης 0,5% σε μια μονάδα.

Η πρόκληση της ένταξης είναι τεράστια. Τώρα πρέπει να μοντελοποιήσετε την ηλεκτρομαγνητική μεταβατική συμπεριφορά ολόκληρου του ηλιακού σας πάρκου που αλληλεπιδρά με ένα αδύναμο πλέγμα. Απαιτεί ένα νέο σύνολο δεξιοτήτων, που συνδυάζει τη μηχανική συστημάτων ισχύος με τα ηλεκτρονικά ισχύος. Οι εταιρείες που κατέχουν αυτόν τον έλεγχο σε επίπεδο συστήματος θα κλειδώσουν την επόμενη δεκαετία συμβάσεων EPC.

Αποθήκευση: Ο Αδιαίρετος Συνεργάτης

Η ονομασία PV plus αποθήκευσης είναι ήδη ξεπερασμένη. Σε πολλές αγορές, είναι απλώς φωτοβολταϊκά, με την υπόθεση αποθήκευσης. Η τάση είναι προς τις αρχιτεκτονικές σύζευξης DC, όπου οι μπαταρίες συνδέονται απευθείας στον δίαυλο DC της Φ/Β γεννήτριας πριν από τον μετατροπέα. Το κέρδος απόδοσης είναι σημαντικό—αποφεύγετε έναν κύκλο μετατροπής DC-AC-DC-AC. Αλλά το πραγματικό όφελος είναι ο έλεγχος. Μπορείτε να κόψετε με ακρίβεια την έξοδο φωτοβολταϊκών ώστε να ταιριάζει ακριβώς με την ονομαστική ονομασία του μετατροπέα και να διοχετεύετε τυχόν περίσσεια απευθείας στην μπαταρία. Εγκαταστήσαμε εκ των υστέρων μια μονάδα 100 MWac με σύστημα σύζευξης DC 40 MWh. Το δύσκολο κομμάτι δεν ήταν το υλικό. Ήταν η αναθεωρημένη λογική του συστήματος διαχείρισης ενέργειας (EMS) να προβλέπει την κάλυψη του νέφους και να αποφασίζει, μέσα σε λίγα δευτερόλεπτα, αν θα τραβήξει από την μπαταρία ή θα αφήσει τη ράμπα των φωτοβολταϊκών, όλα αυτά ενώ πληρούνταν ένα άκαμπτο πρόγραμμα PPA.

Η συζήτηση για τη χημεία συνεχίζεται. Το LFP (Lithium Iron Phosphate) είναι η προεπιλογή για σταθερή αποθήκευση τώρα λόγω ασφάλειας και διάρκειας κύκλου. Αλλά προσέχω τα ιόντα νατρίου. Η ενεργειακή πυκνότητα είναι χαμηλότερη, αλλά για την κλίμακα χρησιμότητας, το αποτύπωμα είναι λιγότερο κρίσιμο από το κόστος και τη διαθεσιμότητα των πρώτων υλών. Εάν οι αξιώσεις διάρκειας ζωής του κύκλου διατηρηθούν στο πεδίο, θα μπορούσε να διαταράξει το κατώτατο όριο τιμολόγησης για εφαρμογές αποθήκευσης μακράς διάρκειας που συνδέονται με την ηλιακή ενέργεια, ιδιαίτερα όταν η αξία είναι στη μετατόπιση ενέργειας σε ημέρες και όχι μόνο ώρες.

Μια αποτυχία που είχαμε; Πρώιμες προσπάθειες θερμικής διαχείρισης για μπαταρίες σε εμπορευματοκιβώτια που βασίζονταν πολύ στην ψύξη του ατμοσφαιρικού αέρα σε μια τοποθεσία ερήμου. Η σκόνη έφραξε τα φίλτρα γρηγορότερα από το αναμενόμενο, οδηγώντας σε υπερθέρμανση και υποβάθμιση. Μια απλή, σχεδόν ηλίθια παράβλεψη, αλλά μας κόστισε μήνες απόδοσης. Τώρα τα φύλλα προδιαγραφών για τα περιβλήματα μπαταριών έχουν μια εντελώς νέα ενότητα σχετικά με τους κύκλους φιλτραρίσματος και συντήρησης.

Κυκλικότητα: Από το Buzzword στο BOM

Η αειφορία κινείται από τις δημόσιες σχέσεις στον λογαριασμό των υλικών. Δεν είναι πλέον μόνο το αποτύπωμα άνθρακα. έχει να κάνει με το σχεδιασμό για αποσυναρμολόγηση και δυνατότητα ανακύκλωσης. Οι επερχόμενες εντολές οικολογικού σχεδιασμού της ΕΕ αποτελούν προάγγελο. Μπορείτε να διαχωρίσετε το ποτήρι από το ενθυλακωτικό (EVA ή POE) καθαρά; Μπορείτε να ανακτήσετε τη γκοφρέτα πυριτίου; Η περισσότερη τρέχουσα ανακύκλωση είναι η ανακύκλωση - σύνθλιψη πάνελ για αδρανή σε σκυρόδεμα. Αυτό είναι αδιέξοδο.

Ορισμένοι κατασκευαστές μονάδων σχεδιάζουν τώρα με ένα θερμοπλαστικό πολυμερές οπίσθιο φύλλο αντί για θερμοσκληρυνόμενο, το οποίο μπορεί να λιώσει ξανά. Άλλοι αναζητούν αγώγιμες κόλλες για να αντικαταστήσουν τη συγκόλληση, καθιστώντας την ανάκτηση των κυττάρων ευκολότερη. Αυτό δεν είναι αλτρουισμός. Προστατεύει το μέλλον από ρυθμιστικούς κινδύνους και εξασφαλίζει πρόσβαση σε δευτερεύουσες ροές υλικού. Έχω περιηγηθεί σε μια πιλοτική εγκατάσταση ανακύκλωσης που χρησιμοποιεί έναν συνδυασμό θερμικών και χημικών διεργασιών για την αποκόλληση των πάνελ. Το ανακτηθέν γυαλί ήταν αρκετά υψηλής καθαρότητας ώστε να επιστρέψει στη γραμμή πλωτήρα για νέο ηλιακό γυαλί. Αυτός είναι ένας κλειστός βρόχος. Αλλά τα οικονομικά λειτουργούν μόνο σε τεράστια κλίμακα και με ενότητες σχεδιασμένες για αυτό από την αρχή.

Αυτή η σκέψη καταλήγει ακόμη και στα δομικά στοιχεία. Μπορεί να ταξινομηθεί και να ανακυκλωθεί εύκολα το αλουμίνιο από στύλους παρακολούθησης και πλαίσια μονάδων; Ο κλάδος θα αρχίσει να απαιτεί τεκμηρίωση - ένα υλικό διαβατήριο - για τα πάντα, μέχρι το στεφάνης. Προσθέτει ένα επίπεδο πολυπλοκότητας, αλλά και μια δυνατότητα ανάκτησης κόστους στο τέλος του κύκλου ζωής. Οι εταιρείες που κατασκευάζουν αυτές τις κυκλικές αλυσίδες logistics τώρα θα κατέχουν ένα σημαντικό κομμάτι του μέλλοντος αγορά.

The Human Factor: Skills Gap in a Tech-Saturated Field

Τέλος, μια τάση για την οποία κανείς δεν αρέσει να μιλάει: ξεμείνουμε από τους κατάλληλους ανθρώπους. Η τεχνολογία εξελίσσεται ταχύτερα από όσο μπορεί να εκπαιδευτεί το εργατικό δυναμικό. Είναι ένα πράγμα η εγκατάσταση μονάδων PERC. Είναι άλλο να θέσετε σε λειτουργία έναν μετατροπέα σχηματισμού δικτύου ή να αντιμετωπίσετε το πρόβλημα του EMS ενός συστήματος αποθήκευσης DC. Έχω δει έργα να καθυστερούν επειδή οι τοπικοί τεχνικοί, ειδικευμένοι στα παραδοσιακά φωτοβολταϊκά, δεν ήταν πιστοποιημένοι να εργάζονται στην πλευρά του μετασχηματιστή MV των νέων, ολοκληρωμένων λύσεων ολίσθησης μετατροπέα.

Η μελλοντική αγορά θα διακλαδιστεί. Θα υπάρχει ένα premium για εξαιρετικά ενσωματωμένες, έξυπνες λύσεις ηλιακού δικτύου αποθήκευσης που απαιτούν εξειδικευμένες ομάδες O&M, που συχνά υποστηρίζονται εξ αποστάσεως. Και θα υπάρχει μια αγορά για απλούστερα, πιο στιβαρά κιτ για λιγότερο απαιτητικές εφαρμογές. Ο νικητής δεν θα έχει απαραίτητα την καλύτερη τεχνολογία, αλλά το πιο αποτελεσματικό οικοσύστημα για την ανάπτυξη, τη συντήρηση και τη χρηματοδότησή του. Αυτό περιλαμβάνει μια αξιόπιστη αλυσίδα εφοδιασμού για κάθε εξάρτημα, από τα IGBT στον μετατροπέα έως τα μπουλόνια που τα συγκρατούν όλα μαζί. Γιατί στο τέλος, μια τάση είναι απλώς μια ιδέα μέχρι να αγκιστρωθεί φυσικά στο έδαφος, και χρειάζεται ακόμα ένα κλειδί, ένα εκπαιδευμένο χέρι για να το γυρίσει και ένα μέρος που δεν θα αστοχήσει στον ήλιο.