Como el núcleo del sistema de generación de energía fotovoltaica, el módulo solar es el equipo más caro y siempre ha sido el foco de toda la industria fotovoltaica. Junto con la rápida disminución tanto en el costo como en el precio del módulo fotovoltaico, la proporción del costo del módulo en el costo total del sistema fotovoltaico siempre ha sido de alrededor del 50% (ligeramente disminuida). Para la reducción del costo de los componentes del Equilibrio del Sistema (BOS), por un lado, depende de la reducción en los costos del inversor, la caja del transformador y otros equipos, así como la optimización del diseño de la capacidad del panel; por otro lado, radica en la dilución resultante de la mejora de la eficiencia del módulo y el cambio de especificaciones, que se analizarán en detalle a continuación.
La Eficiencia Mejorada del Módulo Reduce los Costos de BOS
Es ampliamente conocido que los módulos eficientes pueden reducir los costos de BOS. Desde 2015, el rápido aumento de los módulos monocristalinos y los módulos PERC monocristalinos en la cuota de mercado ha sido reconocido debido a sus ventajas tanto en el ahorro de costos de BOS como en el rendimiento de la generación de energía. El principio básico para el ahorro de costos de BOS es aumentar la potencia total de los módulos en cada soporte mediante el uso de módulos eficientes, por lo que los siguientes elementos involucrados en la central eléctrica con la misma capacidad realizan una disminución aproximadamente proporcional: A. Soporte B. Caja de reagrupación (o inversor string) C. Cables fotovoltaicos y cables de CC (corriente continua) D. Construcción de base de pilotes E. Costos de instalación de módulos y soportes F. Costo inicial del terreno
Por ejemplo, en la segunda mitad de 2016, una comparación entre el módulo multicristalino de 60 células 270Wp y el módulo PERC monocristalino de 60 células 295Wp con el mismo tamaño del módulo muestra que la eficiencia del módulo de 270Wp es un 8,5% menor. Si los costos de BOS del módulo multicristalino afectado por la eficiencia del módulo se consideran en USD 0,25/Wp, los costos de BOS correspondientes del módulo de 295Wp se pueden calcular aproximadamente en función de la ratio de eficiencia: 0,25*270/295=USD 0,23/Wp, el módulo de alta eficiencia aporta aproximadamente USD 0,02/Wp, o aproximadamente un 8,5% en ahorros de costos de BOS.
En la actualidad, los costos de BOS relacionados con la eficiencia del módulo son más bajos que los de años anteriores, pero considerando la mayor disminución en el precio del módulo, la proporción de ahorro de costos BOS en el precio del módulo aumenta, por lo que el producto de alta eficiencia es más favorable en el mercado.
El cálculo anterior toma en cuenta la misma capacidad de instalación y se aplica a las centrales terrestres con suficiente tierra. Para tejados industriales y comerciales (al igual que para tejados residenciales), los módulos de alta eficiencia pueden lograr una mayor capacidad de instalación, de esta manera, además de los costos anteriores, los siguientes costos también se pueden diluir con una capacidad de instalación más grande y el uso de los módulos de alta eficiencia son más rentables:
A. Costo de desarrollo de la central eléctrica
B. Costo de acceso a la red
C. Costo del equipo de automatización integrado
Los Cambios en el Diseño del Módulo Reducen los Costos de BOS
1. Comparación entre el módulo temprano que usa una célula de 125mm y el módulo que usa una célula de 156mm
En 2012, todavía existían módulos hechos de obleas de silicio monocristalino de 125mm en el mercado. El tamaño de los módulos que utilizan 72 células (6*12) fue de 1580*808mm, y la potencia del módulo monocristalino fue de aproximadamente 205Wp; al mismo tiempo, la potencia del módulo de 60 células de 156mm era de aproximadamente 260W y el tamaño era de 1650*991mm. Los voltajes de circuito abierto de estos dos módulos fueron 45,92V y 38,24V respectivamente, por lo tanto, el número de módulos de célula de 156mm en una cadena fue mayor. Teniendo en cuenta que la potencia de un módulo de célula de 156mm es mayor, la potencia total de una cadena de módulos es significativamente mayor que la de una cadena de módulos que utiliza obleas de 125mm. Por lo tanto, el soporte que lleva una cadena de módulos puede hacerse más grande, los costos de soporte y base por Wp se pueden ahorrar significativamente, la eficiencia de mano de obra en la instalación del módulo y de los soportes se pueden mejorar debido al aumento de potencia de los módulos, el consumo de cables fotovoltaicos puede reducirse, y la ocupación de la tierra puede reducirse ligeramente.
Dichos ahorros no pueden calcularse mediante una conversión lineal simple, pero requieren el establecimiento de un modelo de paneles para un análisis específico. Los resultados de los cálculos simples basados en el modelo de costos del año 2012 son los siguientes (el proyecto se ubica en Golmud y es el mismo en el resto de este documento), el aumento de potencia del 30% genera alrededor de USD 0,06/Wp o 16% de ahorro en costos de BOS relacionados con la potencia del módulo.
2. Comparación entre módulos de 60 células y de 72 células
Las células de 156(.75) mm se pueden empaquetar en un módulo de 72 células (6*12) para aumentar aún más la potencia del módulo. El aumento en el número de células aumenta el voltaje del circuito abierto y reduce el número de módulos en una cadena mientras se mantiene el mismo nivel de potencia de una sola cadena de módulos. Sin embargo, para la instalación vertical ordinaria de dos filas, una ligera extensión del haz oblicuo puede hacer que el soporte lleve módulos de 72 células y reduzca ligeramente los costos del soporte. Este efecto es más significativo cuando se utiliza el rastreador monoaxial horizontal de mayor costo. Por lo tanto, el rastreador monoaxial horizontal generalmente se usa junto con los módulos de 72 células; por otro lado, la eficiencia de la mano de obra en el módulo y la instalación del soporte puede reducirse debido a este aumento de la potencia del módulo. La preferencia por los módulos de 60 células en el mercado chino es principalmente una cuestión de hábito. Los mercados asiáticos emergentes como Corea del Sur, la Asia Sudeste y la India generalmente emplearon módulos de 72 células en grandes centrales eléctricas y centrales industriales y comerciales distribuidas para reducir los costos del sistema.
La siguiente tabla muestra que el módulo de 72 células puede generar un ahorro de USD 0,001/Wp en los costos de soporte, cable y caja de reagrupación, un ahorro de USD 0,004/Wp en el costo de instalación simplemente calculado al seguir la cantidad de módulos y un ahorro general de USD 0,006/Wp en costos de BOS en el lado del sistema.
3. Comparación entre el módulo de oblea de silicio más grande (166mm) y el módulo existente
El tamaño del módulo comenzó a aumentar nuevamente en 2018 con dos opciones: aumentar el número de células o aumentar el tamaño de la oblea. El número de células se puede aumentar de 72 a 78 (+ 8,3%) y el tamaño de la oblea se puede aumentar a M4 (longitud del lado 161,7mm, + 5,7%) o incluso 166mm (aproximadamente + 12%). El cambio de 60 células a 72 células muestra que el aumento en el número de células puede reducir el número de cadenas, pero tiene una limitación en los ahorros en el soporte y la base de pilotes, mientras que el aumento en el tamaño de la oblea es más beneficioso para la reducción en los costos de BOS. Por lo tanto, el tamaño de la oblea se aumentará tanto como sea posible, siempre y cuando la producción se pueda realizar y la instalación del módulo no tenga dificultades obvias. La siguiente tabla muestra el cálculo detallado de los costos del sistema usando una oblea de 166mm:
Obviamente, cuando la potencia se incrementa en un 11,8%, los costos de BOS se pueden ahorrar en USD 0,008/Wp, y los ahorros más grandes son la base de pilotes y el soporte. El cálculo anterior se basa en la estructura de menor costo en China, y el ahorro de costos de BOS será aún mayor si se usa el rastreador o en áreas con costos de mano de obra y tierra más altos.
Resumen
Los ahorros en costos de BOS de las centrales eléctricas fotovoltaicas resultantes de la mejora de la eficiencia de los módulos son bien conocidos en la industria, y los ahorros se pueden calcular de manera concisa. El aumento del tamaño del módulo también puede resultar en un ahorro de costos de BOS. Este documento revisa los ahorros en costos de BOS causados por el cambio de tamaño de célula de 125mm a 156mm y el cambio de cantidad de célula de 60 a 72, además aclara que las células pueden hacerse aún más grandes para ahorrar costos de BOS. El cálculo detallado muestra que el uso de una célula monocristalina de 166mm puede ahorrar los costos de BOS en USD 0,008/Wp en comparación con la célula de 156(.75mm) y es una opción ideal en el mercado actual de alta competencia con una presión significativamente mayor en el costo.