El módulo PERC bifacial tiene una excelente perspectiva de aplicación en Estados Unidos, donde abundan los recursos de luz y el terreno plano. Para verificar el rendimiento energético del módulo PERC bifacial en esta área, y también para mejorar la financiabilidad del módulo PERC bifacial, LONGi cooperó con B&V (Black & Veatch) y RETC (Renewable Energy Test Center) para construir tres proyectos piloto en los Estados Unidos en 2018. Recientemente, LONGi recibió los informes finales de estos proyectos piloto, por lo tanto, este documento técnico mostrará el rendimiento energético del módulo PERC bifacial de LONGi.
Los tres proyectos piloto se ubicaron en diferentes lugares con diferentes tipos de instalación. Los módulos del proyecto piloto de Fremont se colocaron en estanterías inclinadas fijas ubicadas en el tejado del edificio de la sede de RETC en Fremont, California. Los módulos del proyecto piloto de Livermore se montaron en el seguidor bifacial monoaxial modelo SF7 de Soltec ubicado en el Centro de Evaluación de Seguimiento Bifacial de Soltec (BiTEC) en Livermore, California. Los módulos del proyecto piloto de Pahrump se colocaron en un sistema de estanterías inclinadas fijas ubicado en el sitio de prueba RETC en Pahrump, Nevada. La información detallada se puede ver de la siguiente manera:
Figura 1. La distribución de proyectos piloto.
Tabla 1. Resumen de proyectos piloto.
Tabla 2. Los parámetros IV y el tamaño de los módulos.
Luego se presentarán el diseño del panel y los resultados de las pruebas para tres proyectos piloto.
1) Proyecto piloto de Fremont
Los módulos del proyecto piloto de Fremont se ubicaron en el tejado del edificio de la sede de RETC en Fremont, California (N37,5, W122,0). El diseño del panel se muestra en la figura 2. Para garantizar que los módulos monofaciales y bifaciales tengan la misma condición de sombra, se colocaron módulos Dummy (ficticios) adicionales en la primera y cuarta fila. Cada módulo estaba equipado con un SolarEdge Power Optimizer P505 y luego se conectaba en serie al Inversor SE6000H para calcular el rendimiento energético de cada módulo (se utilizaron datos promedio para la comparación del rendimiento energético).
Figura 2. El diseño del panel y las fotos del proyecto piloto de Fremont.
El período de prueba para el proyecto piloto de Fremont fue del 23 de febrero de 2019 al 1 de junio de 2019. Dado que los módulos se colocaron en el tejado de la sede de RETC, RETC podría cambiar fácilmente la superficie del suelo para evaluar la correlación entre el albedo del suelo y la ganancia bifacial. El albedo del suelo y de la superficie fueron tela negra (8,2%), asfalto gris (24,0%), tela blanca (60,7%), la ganancia bifacial en el período correspondiente fue de 4,4%, 10,6%, 15,7% respectivamente, como se muestra en la Figura 3 a Figura 5. La fluctuación de las curvas de ganancia bifacial se atribuye a la proporción de luz dispersa. En los días nublados con alta proporción de luz dispersa, el rendimiento energético era bajo, sin embargo, la ganancia bifacial era alta. Este fenómeno fue muy obvio en la superficie del suelo de tela negra. Cabe señalar que el proyecto utilizó un estante bajo común para el tejado, donde la altura de instalación fue de 0,444 m. Si la altura de la instalación fuera 1m más alta, la ganancia bifacial podría ser mayor. El asfalto gris fue el material de suelo original, en cuyo caso la ganancia bifacial del 10,6% reflejó el considerable valor de aplicación para los módulos bifaciales.
Figura 3. El rendimiento específico diario y la ganancia bifacial en el suelo de tela negra en el proyecto piloto de Fremont.
Figura 4. El rendimiento específico diario y la ganancia bifacial en el suelo de tela blanca en el proyecto piloto de Fremont.
Figura 5. El rendimiento específico diario y la ganancia bifacial en el suelo de asfalto gris en el proyecto piloto de Fremont.
La Figura 6 muestra la potencia de salida y la ganancia bifacial de los módulos PERC bifaciales y monofaciales en un día soleado típico (suelo de asfalto gris). Se pudo ver que la ganancia bifacial se mantuvo estable de 10 a.m. a 2 p.m. (6% -7%). La curva de ganancia bifacial se inclinó en la mañana y la tarde debido a su alta relación de luz dispersa, cuando la ganancia bifacial más alta podría estar por encima del 50%. Además, la ganancia bifacial promedio fue de 10,2% para todo el día. En el mediodía, la ganancia bifacial fue de aproximadamente 6%, lo que es beneficioso para los inversores coincidentes.
Figura 6. La potencia de salida y la ganancia bifacial de los módulos PERC bifaciales y monofaciales en un día soleado típico (estantería inclinada fija).
2) Proyecto piloto de Livermore
Los módulos del proyecto piloto de Livermore se montaron en el seguidor bifacial monoaxial modelo SF7 de Soltec ubicado en el Centro de Evaluación de Seguimiento Bifacial de Soltec (BiTEC) en California (N37,7, W121,7). El diseño del panel y de estanterías se muestran en la Figura 7: Se montaron 12 módulos en el seguidor bifacial monoaxial de Soltec modelo SF7, que es del tipo 2-Portrait (2P). El ángulo de inclinación del seguidor fue de -60°~ 60°. Los módulos se montaron alternativamente en cada fila formando un patrón de tablero de ajedrez. Cada módulo se conectó a un optimizador de energía para mantenerlo en operación de Punto de Máxima Potencia (MPP). Los módulos de medición de CC de alta precisión se utilizan para medir el voltaje de CC y las características de corriente de cada módulo. El suelo estaba cubierto de grava gris, en la que el albedo es del 21,4%.
Figura 7. El diseño del panel y del seguidor para el proyecto piloto de Livermore.
El período de prueba fue del 20 de septiembre de 2019 al 21 de octubre de 2019. La Figura 8 muestra el rendimiento diario de energía para cada módulo. Se pudo encontrar que el rendimiento energético de los módulos monofaciales y bifaciales fue uniforme. La ganancia bifacial se calculó eligiendo el rendimiento promedio para cada tipo de módulo.
Figura 8. El rendimiento energético para el módulo monofacial y bifacial fue uniforme en Livermore.
La comparación del rendimiento energético entre PERC monofacial y PERC bifacial se muestra en la Figura 9. La ganancia bifacial durante el 20 de septiembre al 21 de octubre fue del 8,3%. Teniendo en cuenta que el seguidor monoaxial aumentará la línea de base para el módulo monofacial, la ganancia del 8,3% fue muy impresionante en la superficie del suelo de grava gris con 21,4% de albedo. Para el terreno desértico con albedo alto, la ganancia bifacial será superior al 10%. Muchos proyectos grandes utilizaron módulos suministrados por LONGi en el desierto, donde hacen coincidir los módulos bifaciales con el seguidor monoaxial.
Figura 9. El rendimiento diario específico y la ganancia bifacial en tierra de grava gris en el proyecto piloto de Livermore.
La Figura 10 muestra la potencia de salida y la ganancia bifacial de los módulos PERC bifaciales y monofaciales en un día soleado típico (suelo de grava gris). La curva de ganancia bifacial se inclinó durante el día para el seguidor monoaxial, que es diferente del soporte fijo. La razón se puede atribuir a que el panel tiene el área de sombra más pequeña en el mediodía. El seguidor monoaxial hizo que la potencia de salida fuera muy estable durante aproximadamente siete horas (de 9:00 a.m. a 4:30 p.m.), lo que será más amigable con la red eléctrica.
Figura 10. La potencia de salida y la ganancia bifacial de los módulos PERC bifaciales y monofaciales en un día soleado típico (seguidor monoaxial).
3) Proyecto piloto de Pahrump
Los módulos del proyecto piloto de Pahrump se colocaron en un sistema de estanterías inclinadas fijas ubicado en el sitio de prueba RETC en Pahrump, Nevada (N36,2, W116,0). La información del panel y de estanterías se muestran en la Figura 11: Los módulos se instalan orientados hacia el sur en un soporte fijo, inclinados a 30° de la horizontal y conectados a un inversor de doble MPP. Los módulos se instalan alternativamente en cada fila formando un patrón de tablero de ajedrez. Ocho (8) módulos bifaciales están conectados en una cadena a una entrada MPPT del inversor y ocho (8) módulos monofaciales en una cadena a la otra entrada MPPT. Los transductores de voltaje de alta precisión y los transformadores de corriente se utilizan para medir las características de potencia de CC de la cadena. El proyecto comenzó a partir del 3 de agosto de 2018, y la superficie del suelo era de grava gris con 21,1% de albedo. Del 20 al 22 de octubre, la superficie del suelo se cambió a grava blanca con una relación de albedo del 37,9%, un 18,3% más de albedo que la grava gris. Los datos de rendimiento fueron hasta el 31 de julio de 2019.
Figura 11. El diseño del panel y fotos para el proyecto piloto de Livermore.
Figura 12. El rendimiento semanal específico y la ganancia bifacial en el proyecto piloto de Pahrump.
El rendimiento energético semanal para los módulos del proyecto piloto Pahrump se mostró en la Figura 12. La ganancia bifacial promedio fue de 8,8% en el suelo de grava gris (21,1% albedo), cuando la superficie del suelo cambió a grava blanca (37,9% albedo) la ganancia bifacial promedio fue de 10,6%. El período de prueba para la grava blanca fue superior a 10 meses, se pudo encontrar que la ganancia bifacial varió con el cambio de estación: más bajo en invierno, más alto en verano (8~14%). La razón es que la proporción de luz dispersa era alta en la mañana y en la tarde en verano, además el ángulo cenital solar variaba periódicamente, lo que afectaría al área de sombra del panel. Además, la figura mostró que la relación de rendimiento en invierno fue más alta que en verano, atribuida principalmente a la gran diferencia de temperatura en California, donde la temperatura en verano fue aproximadamente un 30% más alta que en invierno.
La Figura 12 resumió la relación de irradiación trasera a irradiación frontal en diferentes condiciones climáticas. Se pudo encontrar que la proporción fue más baja (~11%) en clima soleado, más alta (más de 15%) en clima sombrío. La razón es que la proporción de luz dispersa en clima sombrío es alta, lo que puede recibirse en la parte trasera del módulo. Cuando la irradiación del lado trasero es mayor, la ganancia bifacial será mayor.
Figura 13. La relación de irradiación trasera a irradiación frontal en diferentes climáticas.
Resumen:
Los tres proyectos piloto construidos por LONGi junto con B&V (Black & Veatch) y RETC (Renewable Energy Test Center) arriba han verificado completamente la ventaja del PERC bifacial en comparación con el PERC monofacial en diferentes condiciones por un diseño razonable. El resultado de la prueba puede proporcionar una referencia para la aplicación PERC bifacial en una central eléctrica terrestre grande (usando estantería inclinada fija o seguidor monoaxial), central eléctrica en el tejado y central eléctrica flotante. Además, es beneficioso para eliminar las dudas de los inversores y las instituciones financieras, y será muy útil para la aplicación a gran escala del PERC bifacial de LONGi en el mundo.