Traditionele zonnepanelen zetten licht om in elektriciteit met behulp van fotovoltaïsche (PV) cellen aan de bovenzijde van de panelen. Nutsvoorzieningen, Onderzoekers van het National Renewable Energy Laboratory (NREL) werpen een licht op wat eronder ligt.

In mei 2019, een team van NREL startte een driejarige studie om bifaciale modules te evalueren die licht aan beide zijden van een paneel opvangen en tegelijkertijd de zon gedurende de dag volgen. Het belangrijkste voordeel van tweezijdige panelen is het verkrijgen van meer stroomproductie zonder de systeemvoetafdruk uit te breiden of de panelen te veel opnieuw te configureren.

Vroege resultaten laten een aanzienlijke boost zien van de tweezijdige panelen. Gegevens van juni tot november 2019 onthulden een winst van 9% in energieproductie met behulp van tweezijdige panelen in vergelijking met hun eenzijdige neven.

"De cellen zelf hebben ongeveer dezelfde prijs, "Chris Deline, NREL-onderzoeker en hoofdonderzoeker over de studie gezegd. "Je gaat naar een iets duurder pakket. Je moet aan de achterkant iets anders doen - glas of helder, transparant kunststof. In het geheel, het zal minder dan 10% meer kosten."

Om te bepalen hoeveel meer vermogen dergelijke panelen kunnen produceren, het team had gegevens nodig, dus ze verzamelen het. Sommige van hun gegevens zijn al openbaar beschikbaar - een primeur in de branche voor een onderzoek op deze schaal. NREL-onderzoekers verwachten dat nieuwe gegevens belemmeringen voor het bevorderen van de geavanceerde technologie zullen wegnemen door informatie en best practices te verstrekken die de installatie-efficiëntie verhogen, kosten verlagen, en de duurzaamheid te verbeteren. Tot dusver, de resultaten zijn niet teleurgesteld.

"Iedereen is erg enthousiast, want de resultaten komen terug in lijn met de verwachtingen, "Zei Deline. "Vergeleken met de eerste simulaties, we krijgen er eigenlijk meer energie uit dan was gemodelleerd."

Elektriciteit van de grond af

Tijdens de huidige studie, het team is van plan om de voordelen van verschillende bodembedekkers onder de zonnepanelen te evalueren. Omdat de bifaciale PV-energiewinst afhankelijk is van gereflecteerd licht, hoe meer de grond kan reflecteren, hoe krachtiger de panelen.

"We kijken naar manieren om het grondalbedo [het aandeel van het invallende licht of de straling dat wordt gereflecteerd door een oppervlak, te verbeteren, typisch die van een planeet of maan] door verschillende behandelingsopties zoals natuurlijke vegetatie, Verpletterde steen, en onkruidbarrières, "Deline zei. "Een deel daarvan gebeurt al in de industrie, maar dit wordt de eerste meerjarige studie met open data."

In het eerste jaar van de studie, Het team van Deline test natuurlijke bodembedekking. Ze zullen volgen door in het tweede jaar steenslag toe te voegen, en Deline zei dat ze overwegen een soort witte stof uit te rollen voor een derde vergelijking.

"We zien dat als het gras bruin wordt, het wordt meer reflecterend, "Zei Deline. "En sneeuwbedekking is geweldig."

Met sneeuw op de grond, wanneer gemiddeld albedo meerdere malen meer reflecterend is dan gras, alle geteste panelen bereikten hun hoogste geregistreerde winst.

Zonne-energie en opslag — Samen beter

Het team van NREL's Golden, Colorado, onderzoekssite werkt samen met commerciële partners, waaronder Prism Solar, zonprem, en Lumos Solar, een leverancier gevestigd in de nabijgelegen stad Nederland, Colorado, samen met grote internationale fabrikanten. Gebruikmakend van relaties met in totaal zes bedrijven, het lab zal mono- en bifaciale panelen van dezelfde merken over meerdere jaren benchmarken en vergelijken.

De 10-rijige PV-array van het onderzoek volgt de zon met behulp van NEXTracker's eenassige trackertechnologie, het vergroten van de hoeveelheid direct zonlicht die kan worden opgevangen voor energie. De hogere energieproductie van elke module betekent dat installaties minder ondersteunende hardware per megawatt nodig hebben, het verlagen van wat bekend staat als het saldo van systeemkosten.

"Door de output te verhogen, deze modules kunnen ook het totale aantal benodigde panelen verminderen, wat zorgt voor een efficiënter gebruik van omvormers, rekken, volgsystemen, onderling verbonden, en andere hardware, ' zei Deline.

Deline en zijn team hebben de PV-array ook gekoppeld aan twee Avalon Battery vanadium redox flow-batterijen. De batterijen slaan overdag opgewekte energie op en stellen deze beschikbaar voor gebruik tijdens een hogere avondvraag.

die opslag, samen met de zonnevolgtechnologie, helpt om de systeemuitvoer te nivelleren. Het verlicht de steile, productiepieken midden op de dag geboekt door een lagere ochtend- en middagproductie die gewoonlijk wordt geassocieerd met traditionele, stationaire zonne-energie.

"We voeren een scenario voor energiearbitrage met de batterijen die 's middags en' s avonds ontladen met ongeveer vier uur aanhoudende stroom van zonne-opwekking, ' zei Deline. 'Anders, bifaciale winst wordt op de piek afgekapt, maar elders laag, dus dit zorgt voor een stabielere en consistente generatie."

De studie ondersteunt ook onderzoek naar materiaalduurzaamheid in samenwerking met andere onderzoeksorganisaties via het Sustainable Module Materials Consortium (DuraMAT) van het Department of Energy (DOE).

"We kijken naar modulebetrouwbaarheid op enkelassige trackers, en specifiek of modules beschadigd zijn tijdens verzending, resulterend in gebarsten cellen, zijn nog steeds bruikbaar of verslechteren verder wanneer ze op eenassige trackers worden geïnstalleerd, ' zei Deline.

High-Performance Computing voor de winst

Met state-of-the-art computationele modellering en voorspellende simulatiemogelijkheden, De high-performance computing (HPC)-bronnen van NREL verminderen de risico's en onzekerheid die de voortgang van nieuwe en innovatieve technologieën vaak beperken.

"We hebben de laatste tijd veel gebruik gemaakt van de krachtige Eagle-computer, "Zei Deline. "We voltooien prestatiesimulaties van een jaar die vier of vijf dagen zouden duren op een laptop - in minder dan een minuut op Eagle."

Als resultaat, het team kan de output maximaliseren voor verschillende configuratiescenario's, inclusief stellinghoogte, spatiëring, en zelfs materiaalkeuzes zoals zwarte of reflecterende steunlijsten. De simulaties zijn open source, wat betekent dat anderen de datasets kunnen gebruiken en erop kunnen voortbouwen voor toekomstige analyses.

"Onze simulaties beginnen bij het paneel en vliegen fotonen terug naar waar ze de hemelkoepel onderscheppen - het is achterwaartse ray-tracing en evalueert de bestraling bij de modules, "Zei Deline. "Alle soorten geometrieën zijn mogelijk."

Dat betekent ingewikkelde topografie en structuren, waaronder carports, pergola luifels, en verschillende reksystemen kunnen voorafgaand aan de constructie worden geëvalueerd. De simulaties kunnen ook aanvullende scenario's bevatten, zoals voertuigen die geparkeerd staan ​​onder zonnemodules die in carports worden gebruikt.

De norm zetten voor zakelijke investeringen en veiligheid

Wanneer PV-ontwikkelaars een nieuw systeem ontwerpen, ze weten dat een monofaciale module van 300 watt, niet verrassend, leveren de helft van het vermogen van een 600 watt module. Dankzij test- en certificeringsnormen kunnen bedrijven vertrouwen op dergelijke ongecompliceerde aannames.

"Maar dat hebben we nog niet voor bifaciale modules, "Zei Deline. "Dus als je de gevoeligheid van de achterkant toevoegt, de industrie vraagt ​​om de methodologie die nodig is om een ​​module te labelen om de toegevoegde waarde op een consistente manier weer te geven. Zonder het, kopers zullen de kosten per watt niet weten."

Financiële contracten voor PV-systemen zijn gebaseerd op hoeveel stroom wordt opgewekt, dus installateurs en nutsbedrijven hebben een duidelijk begrip nodig van hoeveel stroom wordt geproduceerd om de extra productie van bifaciale technologie eerlijk te gelde te maken. Het team van Deline maakt capaciteitstests die de nieuwe output bepalen en zal helpen de normen dienovereenkomstig bij te werken.

"Dit alles vereist een nieuw ecosysteem van normen, tools voor prestatiemodellering, en beste praktijken voor instrumentatie, " hij voegt toe.

Veiligheidsnormen zijn een ander belangrijk resultaat van het onderzoek van NREL. Installateurs moeten weten hoe de elektrische stroom zal toenemen bij het installeren van een bifaciale in plaats van monofaciale module. Geleiders, zoals kabels en zekeringen, de juiste maat moeten hebben. Weer hier, nauwkeurige normen en berekeningen zijn nodig voor een efficiënte en veilige installatie.

Investeren in de toekomst van energie

Als nationaal laboratorium met sterke banden met de industrie, NREL is uniek gepositioneerd om de gegevens te leveren, analyse, normen, en best practices die deze technologieën vereisen.

"Door hierover te publiceren, installateurs van zonne-energie krijgen betere voorwaarden voor financiering, "Zei Deline. "Hulpprogramma's zullen zorgen voor meer consistente, hernieuwbaar, en betaalbare energie in hun opwekkingsmix."