Dòng quang điện: Xu hướng thị trường trong tương lai? 

Hãy cắt giảm tiếng ồn. Mọi người đang nói về việc mở rộng quy mô terawatt và O&M do AI điều khiển, nhưng câu chuyện thực sự nằm ở chiến hào—khả năng phục hồi của chuỗi cung ứng, tính kinh tế khắc nghiệt của tình trạng dư cung mô-đun và liệu đường dây dị vòng mới đó có thực sự khả thi hay không. Đây không phải là những dự báo bóng bẩy; đó là về những gì dính vào, những gì bị phá vỡ và nơi tiền sẽ lặng lẽ di chuyển tiếp theo.

Huyền thoại về Watt rẻ nhất và Thực tế Vật chất

Trong nhiều năm, cuộc đua chỉ có một: giảm $/W. Điều đó đưa chúng tôi đến sự thống trị của PERC và kích thước tấm bán dẫn tăng từ M6 lên G12 chỉ trong nháy mắt. Nhưng sai lầm ở đây là cho rằng việc giảm chi phí là tuyến tính và vô hạn. Chúng tôi đã gặp phải tình trạng tiêu thụ keo bạc. Ngay cả với tính năng in mặt trước tiên tiến, một tế bào PERC thông thường vẫn sử dụng khoảng 85 mg bạc cho mỗi tế bào. Với việc lắp đặt PV toàn cầu dự kiến ​​​​sẽ đạt 500GW hàng năm vào giữa thập kỷ này, nhu cầu bạc chỉ từ PV sẽ rất đáng kinh ngạc. Điều đó không bền vững. Nó buộc phải chuyển hướng không chỉ trong kiến ​​trúc tế bào—như việc sử dụng chất dán thấp hơn một chút của TOPCon—mà còn trong khoa học vật liệu cơ bản. Mạ điện đồng là giải pháp được thì thầm, nhưng tôi đã thấy các dây chuyền thí điểm gặp khó khăn với độ bám dính và độ tin cậy lâu dài trong các thử nghiệm nhiệt ẩm. Xu hướng tương lai không chỉ là công nghệ tế bào mới; cái nào giải quyết được nút thắt cổ chai về vật chất trước tiên.

Điều này kết nối với một cái gì đó trần tục như gắn kết. Khi bạn triển khai GW công suất, sự cân bằng chi phí hệ thống (BOS) sẽ trở thành vấn đề quan trọng. Đó là lúc mà phần cứng, tức là các đai ốc và bu lông, trở nên quan trọng. Tôi nhớ lại một dự án ở Texas nơi chúng tôi phải tạm dừng xây dựng vì các yêu cầu cụ thể buộc chặt vì hệ thống theo dõi đã thất bại trong cuộc kiểm tra kéo ra đột ngột tại chỗ. Quá trình thay thế đã gây ra sự chậm trễ ba tuần. Nhà cung cấp? Không phải một cửa hàng bán lẻ nào đó mà là một nhà sản xuất lớn, được chứng nhận. Nó nêu bật khoảng cách giữa bảng thông số kỹ thuật của phòng thí nghiệm và hiệu suất tại hiện trường dưới tải trọng động. Đây là lý do tại sao việc mua sắm hiện đang xem xét toàn bộ hệ sinh thái cơ khí chứ không chỉ các mô-đun.

Nhắc mới nhớ, gần đây tôi tình cờ gặp một nhà cung cấp, Công ty TNHH Sản xuất Fastener Handan Zitai. (bạn có thể tìm thấy chúng tại https://www.zitaifasteners.com). Họ có trụ sở tại Yongnian, Hà Bắc—trung tâm sản xuất phụ tùng tiêu chuẩn của Trung Quốc. Vị trí của họ gần các trục giao thông huyết mạch như Đường sắt Bắc Kinh-Quảng Châu và Quốc lộ 107 là một lợi thế kinh điển cho phần cứng số lượng lớn, lợi nhuận thấp. Đó là một lời nhắc nhở rằng xương sống của ngành công nghiệp quang điện được xây dựng trên các cụm công nghiệp chuyên biệt, lớn này. Sự tồn tại của chúng không tạo nên xu hướng, nhưng sự phát triển của chúng—hướng tới nhiều lớp phủ chống ăn mòn hơn, thông số tuổi thọ mỏi tốt hơn cho khung mô-đun hai mặt—sẽ là một chỉ báo tinh tế về nơi dự đoán các điểm ứng suất cơ học trong lắp đặt trong tương lai.

Năng suất năng lượng là hiệu quả mới

Bảng xếp hạng về hiệu suất mô-đun rất phù hợp để làm tiêu đề nhưng cuộc thảo luận thực tế đã chuyển sang hiệu suất năng lượng. Đó là số kilowatt giờ bạn thực sự thu được trong 25 năm. Điều này làm cho tính hai chiều, hệ số nhiệt độ và phản ứng quang phổ trở nên rõ nét. Tôi đã đi quá nhiều địa điểm mà lợi ích mặt sau bị tổn hại do quyết định vào phút cuối là tiết kiệm chiều cao giá đỡ hoặc sử dụng lớp phủ mặt đất dưới mức tối ưu. Mức tăng 15% về mặt lý thuyết đã trở thành 5%. Một bài học đau đớn về tích hợp hệ thống.

Thử nghiệm thực sự là trong môi trường khắc nghiệt. Chúng tôi đã triển khai một số lô TOPCon loại n sớm nhất ở một địa điểm có sa mạc cao, có tia cực tím cao. Điện trở PID ban đầu rất cao, nhưng chúng tôi nhận thấy sự suy giảm năng lượng tích lũy, chậm hơn liên quan đến sự suy giảm giao diện chất đóng gói do tia cực tím gây ra, một vấn đề ít rõ ràng hơn ở các mô-đun loại p cũ hơn. Nó không phải là một điểm nhấn nhưng nó đã điều chỉnh mô hình LCOE. Chính những điểm dữ liệu trường dài hạn, đa sắc thái này sẽ định hình thế hệ đóng gói tế bào và mô-đun tiếp theo, vượt xa trình tự DH/TC/UV 1000 giờ tiêu chuẩn trong phòng thí nghiệm.

Sự tập trung vào năng suất này cũng đang thúc đẩy một cách tiếp cận kết hợp. Nó không còn chỉ là việc lựa chọn giữa TOPCon hay HJT nữa. Tôi đang thấy ngày càng nhiều thiết kế kết hợp các công nghệ trong một nhà máy—HJT trên các không gian hạn chế trên mái nhà có giá trị cao để có hiệu suất vượt trội trong ánh sáng và nhiệt khuếch tán, đồng thời PERC hoặc TOPCon cồng kềnh hơn, rẻ hơn trên đất trống. Cách tiếp cận thực tế, dựa trên danh mục đầu tư này để áp dụng công nghệ là xu hướng chính mà các câu chuyện R&D thuần túy thường bỏ lỡ.

Biến tần với tư cách là công dân lưới điện

Biến tần đang trở thành bộ não của nhà máy chứ không chỉ là bộ chuyển đổi DC-AC. Xu hướng là khả năng hình thành lưới. Chúng ta đã qua thời điểm chỉ cung cấp quyền lực. Với quán tính lưới giảm do các nhà máy nhiệt điện ngừng hoạt động, các nhà máy mới đang được yêu cầu cung cấp quán tính tổng hợp, hỗ trợ điện áp và truyền tải khi có sự cố. Tôi đã tham gia một buổi chạy thử trong đó nhà điều hành lưới điện đã từ chối nhà máy vì vòng điều khiển công suất phản kháng (Q) của nó quá chậm, tính bằng mili giây. Sự chậm trễ đó có nghĩa là nó không thể giúp ổn định tình trạng sụt áp gần đó. Phần cứng có khả năng nhưng phần sụn thì không. Việc khắc phục mất sáu tháng cập nhật phần mềm và chứng nhận lại.

Điều này thúc đẩy ngành công nghiệp hướng tới các thiết bị điện tử công suất về cơ bản thân thiện với lưới điện hơn. MOSFET silicon cacbua (SiC) trong bộ biến tần thế hệ tiếp theo cho phép tần số chuyển đổi cao hơn, dẫn đến bộ lọc nhỏ hơn, nhưng quan trọng hơn, chúng cho phép điều khiển dạng sóng đầu ra nhanh hơn và chính xác hơn nhiều. Đây là một xu hướng ngầm, thầm lặng, có ý nghĩa quan trọng đối với sự ổn định của thị trường trong tương lai hơn là mức tăng hiệu suất tuyệt đối 0,5% trong một mô-đun.

Thách thức hội nhập là rất lớn. Bây giờ bạn phải mô hình hóa hành vi nhất thời điện từ của toàn bộ công viên năng lượng mặt trời của bạn tương tác với lưới điện yếu. Nó đòi hỏi một bộ kỹ năng mới, kết hợp kỹ thuật hệ thống điện với điện tử công suất. Các công ty nắm vững quyền kiểm soát cấp hệ thống này sẽ có được các hợp đồng EPC trong thập kỷ tiếp theo.

Lưu trữ: Đối tác không thể chia cắt

Gọi nó là PV plus storage đã lỗi thời rồi. Ở nhiều thị trường, đó chỉ là PV, với giả định là có dung lượng lưu trữ. Xu hướng hướng tới các kiến ​​trúc kết hợp DC, trong đó pin kết nối trực tiếp với bus DC của mảng PV trước bộ biến tần. Hiệu quả đạt được rất có ý nghĩa—bạn tránh được chu kỳ chuyển đổi DC-AC-DC-AC. Nhưng lợi ích thực sự là sự kiểm soát. Bạn có thể cắt chính xác đầu ra PV để khớp chính xác với xếp hạng của biến tần và chuyển thẳng phần dư thừa vào pin. Chúng tôi đã trang bị thêm hệ thống ghép nối DC 40 MWh cho nhà máy 100MWac. Phần khó khăn không phải là phần cứng; đó là logic của hệ thống quản lý năng lượng (EMS) đã được sửa đổi để dự báo mức độ che phủ của đám mây và quyết định, trong vài giây, xem nên rút khỏi pin hay để PV tăng tốc, đồng thời đáp ứng lịch trình PPA cứng nhắc.

Cuộc tranh luận hóa học đang diễn ra. LFP (Lithium Iron Phosphate) hiện là lựa chọn mặc định cho kho lưu trữ cố định do tính an toàn và vòng đời. Nhưng tôi đang để mắt đến natri-ion. Mật độ năng lượng thấp hơn, nhưng đối với quy mô tiện ích, dấu chân ít quan trọng hơn chi phí nguyên liệu thô và tính sẵn có. Nếu các tuyên bố về vòng đời được áp dụng trên thực tế, nó có thể phá vỡ mức giá sàn cho các ứng dụng lưu trữ dài hạn gắn liền với năng lượng mặt trời, đặc biệt khi giá trị nằm ở việc chuyển đổi năng lượng theo ngày chứ không chỉ theo giờ.

Một thất bại mà chúng ta đã gặp phải? Những nỗ lực ban đầu trong việc quản lý nhiệt cho pin đóng trong container phụ thuộc quá nhiều vào việc làm mát không khí xung quanh ở một địa điểm sa mạc. Bụi làm tắc các bộ lọc nhanh hơn dự đoán, dẫn đến quá nhiệt và giảm hiệu suất. Một sự sơ suất đơn giản, gần như ngu ngốc, nhưng lại khiến chúng tôi mất nhiều tháng thực hiện. Giờ đây, bảng thông số kỹ thuật dành cho vỏ pin đã có một phần hoàn toàn mới về chu trình lọc và bảo trì.

Tính tuần hoàn: Từ Buzzword đến BOM

Tính bền vững đang chuyển từ PR sang hóa đơn nguyên vật liệu. Nó không còn chỉ là về lượng khí thải carbon nữa; đó là về việc thiết kế để có thể tháo rời và tái chế. Các nhiệm vụ thiết kế sinh thái sắp tới của EU là một điềm báo. Bạn có thể tách kính ra khỏi chất đóng gói (EVA hoặc POE) một cách sạch sẽ không? Bạn có thể phục hồi wafer silicon? Hầu hết việc tái chế hiện nay là tái chế - nghiền các tấm để lấy cốt liệu trong bê tông. Đó là một ngõ cụt.

Một số nhà sản xuất mô-đun hiện đang thiết kế tấm nền polyme nhiệt dẻo thay vì nhiệt rắn, có thể nấu chảy lại. Những người khác đang xem xét chất kết dính dẫn điện để thay thế hàn, giúp việc phục hồi tế bào dễ dàng hơn. Đây không phải là lòng vị tha; nó có khả năng chống lại rủi ro pháp lý trong tương lai và đảm bảo quyền truy cập vào các luồng nguyên liệu thứ cấp. Tôi đã đi tham quan một cơ sở tái chế thí điểm sử dụng kết hợp các quy trình nhiệt và hóa học để tách các tấm. Kính thu hồi có độ tinh khiết đủ cao để quay trở lại dây chuyền sản xuất kính năng lượng mặt trời mới. Đó là một vòng khép kín. Nhưng nền kinh tế chỉ hoạt động ở quy mô lớn và với các mô-đun được thiết kế cho nó ngay từ đầu.

Suy nghĩ này thậm chí còn lan xuống các thành phần cấu trúc. Nhôm từ các trụ theo dõi và khung mô-đun có thể được phân loại và tái chế dễ dàng không? Ngành này sẽ bắt đầu yêu cầu giấy tờ – hộ chiếu vật chất – cho mọi thứ, kể cả buộc chặt. Nó làm tăng thêm độ phức tạp nhưng cũng có khả năng thu hồi chi phí khi hết vòng đời. Các công ty xây dựng chuỗi logistics tuần hoàn này giờ đây sẽ sở hữu một phần đáng kể của tương lai thị trường.

Yếu tố con người: Khoảng cách kỹ năng trong lĩnh vực bão hòa công nghệ

Cuối cùng, một xu hướng không ai muốn nói đến: chúng ta đang thiếu người phù hợp. Công nghệ đang phát triển nhanh hơn mức lực lượng lao động có thể được đào tạo. Việc cài đặt các mô-đun PERC là một chuyện; việc khác là vận hành bộ biến tần tạo lưới hoặc khắc phục sự cố EMS của hệ thống lưu trữ ghép nối DC. Tôi đã thấy các dự án bị trì hoãn vì các kỹ thuật viên địa phương, có tay nghề cao trong lĩnh vực quang điện truyền thống, không được chứng nhận để làm việc ở phía máy biến áp trung thế của các giải pháp trượt biến tần tích hợp mới.

Thị trường tương lai sẽ phân nhánh. Sẽ có phí bảo hiểm cho các giải pháp lưới lưu trữ năng lượng mặt trời thông minh, tích hợp cao, yêu cầu các nhóm O&M chuyên biệt, thường được hỗ trợ từ xa. Và sẽ có một thị trường cho những bộ dụng cụ đơn giản hơn, mạnh mẽ hơn dành cho những ứng dụng ít đòi hỏi khắt khe hơn. Người chiến thắng không nhất thiết phải có công nghệ tốt nhất mà là hệ sinh thái hiệu quả nhất để triển khai, duy trì và tài trợ cho nó. Điều đó bao gồm việc có một chuỗi cung ứng đáng tin cậy cho mọi bộ phận, từ IGBT trong biến tần đến các bu lông giữ tất cả lại với nhau. Bởi vì cuối cùng, một xu hướng chỉ là một ý tưởng cho đến khi nó được neo chặt vào mặt đất và điều đó vẫn cần một chiếc cờ lê, một bàn tay được huấn luyện để xoay chuyển nó và một bộ phận sẽ không bị hỏng dưới ánh nắng mặt trời.