PV_2_22
Welcome to interactive presentation, created with Publuu. Enjoy the reading!
nauka
30
magazyn fotowoltaika 2/2022
finansowanie, od analizy technicznej po usługi energetyczne.
Stanowią oni Branżową Radę Konsultacyjną reprezentująca
doświadczenia zebrane przez całą społeczność zajmującą się
energią słoneczną. W skład Industry Advisory Board (IAB) –
Branżowej Rady Konsultacyjnej – wchodzą: Black & Veatch,
Constellation, DNV GL, Dow Chemical, DuPont, Endurans,
EPRI, GAF, Heliolytics, Nextracker, NRG, Osazada, Pilkington,
PVEL, Silicon Ranch, Southern Company, SunPower, Tesla,
UL, Wells Fargo.
Po pięciu latach badania niezawodności modułów fotowol-
taicznych i przyznaniu 30 mln dol. na projekty o dużym wpły-
wie, SETO przyznała DuraMAT dodatkowe 36 mln dol. finanso-
wania na kolejne sześć lat, począwszy od 2021 r., na dalsze prace,
które umożliwią przejście na bezemisyjną produkcję energii
elektrycznej do 2035 r. Potencjał i wsparcie firm i instytucji
wchodzących w skład IAB jest bezcenne – niewymierne i trudne
do oszacowania.
Moduły fotowoltaiczne: gdzie byliśmy
i dokąd zmierzamy
Moduły fotowoltaiczne przekształcające światło w energię
elektryczną istnieją w swojej nowoczesnej formie od połowy XX
wieku, ale w ciągu ostatnich dwóch dekad technologia ta odno-
towała gwałtowny postęp w rozwoju. Następne dwie dekady, ze
względu na wyznaczone cele klimatyczne oraz zaangażowanie
poważnych ośrodków naukowych na całym świecie, zapowiadają
jeszcze bardziej dynamiczny rozwój technologii słonecznych.
– Jeśli energia słoneczna ma się rozwijać i stać się wszechobecną
technologią, którą mamy w całym naszym systemie elektroenerge-
tycznym, w naszych domach, i być odpowiedzialna za 40% naszej
produkcji energii elektrycznej, to stare technologie nie wystarczą –
powiedziała Teresa Barnes, starszy badacz w NREL i dyrektor
DuraMAT. – Moduły fotowoltaiczne muszą być wydajniejsze, tań-
sze i bardziej zrównoważone na znacznie większą skalę. Ale musimy
również wiedzieć, że te nowe moduły, niezależnie od tego, czy są to
nowe projekty modułów, czy nowe technologie ogniw, takie jak ogniwa
typu bifacial lub tandem, muszą być trwałe i działać przewidywalnie
w terenie – dodaje.
DuraMAT bada pomysły, które mogłyby przedłużyć żywot-
ność modułów słonecznych do 50 lat. Przygląda się też nowym
odmianom technologii modułowych i komórkowych (ogniw),
takich jak moduły dwustronne, które również zbierają odbite
światło na swoich tylnych powierzchniach, lub nowym, wyso-
kowydajnym ogniwom, które wymagają zaawansowanego zabez-
pieczenia, aby przetrwać dłużej niż 30 lat.
Aby lepiej zrozumieć, dlaczego moduły zawodzą, oraz ziden-
tyfikować ich słabe strony, konsorcjum DuraMAT opracowało
przyspieszone testy warunków skrajnych na podstawie warun-
ków środowiskowych obserwowanych w różnych klimatach.
W celu skutecznego ustalenia przyczyn powodujących degra-
dację modułów, testy i analizy wykonywane na zdegradowa-
nych modułach fotowoltaicznych są połączone z zaawansowa-
nymi metodami kryminalistyki materiałoznawczej (stosowa-
nymi przez CSI). Szczegółowe modelowanie fizyczne awarii ma
na celu przewidzenie, kiedy moduły ulegną uszkodzeniu. Dura-
MAT gromadzi dane wynikowe w centralnym, współdzielo-
nym repozytorium danych i wykorzystuje swoje spostrzeżenia
do opracowywania nowych, kreatywnych podejść do poprawy
trwałości modułów.
Ostatecznym celem jest lepsze przewidywanie, jak sprawdzą
się nowe projekty materiałów i modułów, aby uzyskać pewność,
że przetrwają one w terenie przez ponad 30 lat. Nie ma możli-
wości uzyskiwania danych w wyniku obserwacji nowych techno-
logii w realnych warunkach terenowych w czasie rzeczywistym.
Dane terenowe pokazują, że starsze technologie fotowoltaiczne
są trwałe. DuraMAT wykorzystuje tę wiedzę, aby nowe techno-
logie wytrzymywały próbę czasu i działały bezawaryjnie.
Ustalanie przyczyn degradacji
Jednym z najbardziej znanych sukcesów DuraMAT jest zasto-
sowanie połączonych, przyspieszonych testów warunków skraj-
nych. Tradycyjne testy warunków skrajnych poddają moduły
fotowoltaiczne działaniom odzwierciedlającym różne warunki
panujące w terenie, takie jak zmieniające się ciepło, wilgotność
lub światło słoneczne – przy czym moduły poddawane są dzia-
łaniu tylko jednego czynnika, rzadko dwóm naraz. Niektóre
awarie obserwowane w modułach pracujących w naturalnych
warunkach środowiskowych nie są jednak łatwe do odtworzenia
za pomocą tradycyjnych testów obciążeniowych. Prawdopodob-
nie dlatego, że warunki zewnętrzne obciążają działające moduły
w jednoczesnym połączeniu wielu czynników atmosferycznych.
Stresory takie jak ciepło, maksymalne światło i napięcie często
występują razem w słoneczne dni, a kiedy indziej wiatr, deszcz,
śnieg, grad, burze i niskie temperatury kumulują swoje oddziały-
wanie. Do tego dochodzą jeszcze reakcje wywołane zanieczysz-
czeniami środowiskowymi. Badacze DuraMAT odkryli, że stre-
sory muszą być stosowane łącznie, aby mogli oni uzyskać wła-
ściwe, rzeczywiste i wiarygodne wyniki do dalszych analiz.
Chociaż połączone testy warunków skrajnych nie są całkowi-
cie nowym pomysłem, DuraMAT przeniósł go na nowy poziom.
W kontrolowanych komorach w NREL Outdoor Test Facility
moduły fotowoltaiczne są poddawane jednocześnie wielu stre-
sorom, takim jak: ekstremalne temperatury (skrajnie wysokie
i skrajnie niskie występujące w warunkach środowiskowych),
zanurzanie w wodzie i ekspozycja na światło ultrafioletowe.
Dzięki temu w ciągu kilku tygodni lub miesięcy można symulo-
wać to, co dzieje się w terenie przez lata.
Inne testy mają na celu symulację różnych naprężeń, powo-
dowanych przez lata ekspozycji na wietrze, które to napręże-
nia mogą powodować powstawanie i rozszerzanie się pęknięć
w ogniwach fotowoltaicznych. Aby lepiej zrozumieć mechani-
zmy odpowiedzialne za te awarie, DuraMAT łączy informacje
uzyskane w wyniku symulacji z modelowaniem komputerowym
i mikroskopową analizą materiałów z modułów słonecznych,
które zawiodły w terenie.
Zaangażowanie naukowców rozpoczynających
karierę zawodową uwalnia od rutyny badawczej
Jeden z takich projektów powierzono zdolnemu zespół-
owi początkujących naukowców. Na podstawie przyspieszo-
nych testów utworzono zespół, który połączył wiedzę fachową
i mocne strony kilku laboratoriów krajowych. Celem było opra-
cowanie metody przewidywania, które materiały warstwy spod-
niej popękają w terenie. Przemysł doświadczył awarii dość dużej
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60