PV bifacciale e albedo

Fonte: roedl.com

Oltre al potenziale per ottenere un costo livellato dell'energia (LCOE) ridotto, i moduli FV bifacciali offrono nuove opportunità di installazione e commercializzazione. Ciò, a sua volta, comporta vantaggi correlati come rendimenti aggiuntivi e densità di potenza più elevate. Inoltre, grazie al loro speciale profilo di generazione di energia, i moduli bifacciali montati verticalmente offrono vantaggi sul prezzo dell'elettricità in periodi in cui l'elettricità deve essere commercializzata senza il supporto EEG e possono aiutare a sbloccare nuovi utilizzi per aree altrimenti inaccessibili.

Informazioni fondamentali

In linea di principio, i moduli fotovoltaici (FV) bifacciali sono semplicemente moduli FV il cui contatto posteriore completo è stato sostituito con un contatto a impronte digitali. Ciò significa che anche la parte posteriore del pannello può essere esposta alla radiazione solare e utilizzata per produrre energia. La quantità di radiazione solare ricevuta dalla parte posteriore del pannello dipende, soprattutto, dalla riflettività della superficie circostante e dal modo in cui sono montati i moduli. Il cosiddetto valore di albedo è la misura di quanto bene una superficie riflette la radiazione solare. Ad esempio, il valore di albedo è di circa il 10% per il sole alto sopra l'acqua profonda, 10% - 30% per i prati e fino al 75% - 95% per la neve appena caduta.¹Il valore dell'albedo di una superficie circostante è un fattore significativo per l'aumento di rendimento (vedere l'illustrazione²).

Un altro fattore è il cosiddetto "fattore di bifaccialità", che è una misura di quanta energia produrrà la parte posteriore del pannello rispetto alla parte anteriore del pannello. Attualmente, nei moduli bifacciali, i fattori di bifaccialità variano normalmente tra il 70% e il 95%. Ad esempio, un fattore di bifaccialità del 95% significa che, nelle stesse condizioni, la parte posteriore produrrà solo il 95% dell'energia prodotta dalla parte anteriore. Ma, alla fine, è il guadagno di rendimento che conta e, in questo caso, se un impianto è situato favorevolmente in condizioni di installazione ideali (alto valore di albedo, ad esempio neve o una superficie del tetto luminosa, orientamento perfetto, nessuna ombreggiatura), i possibili valori del guadagno di rendimento possono variare tra il 30% e il 50% annuo.³In Germania, tuttavia, ci si dovrebbe aspettare che l'aumento di rendimento vari tra il 5% e il 15% annuo, a seconda della progettazione del sistema e della superficie sottostante il modulo.

Considerazioni di base sull'influenza dell'albedo sull'aumento di resa

Progettazione di sistemi innovativi

Ciò che rende speciali i moduli bifacciali è che, oltre ai guadagni di rendimento generati dal lato posteriore, questo tipo di modulo offre anche altre opzioni di installazione. Certamente, il cambiamento più radicale rispetto ai pannelli convenzionali è l'installazione verticale. Il più comune è l'orientamento est/ovest dei pannelli. Ciò comporta due differenze principali rispetto al layout convenzionale.

Innanzitutto, la disposizione verticale comporta un profilo di produzione modificato. Invece di un singolo massimo a mezzogiorno, ora vengono prodotti due picchi: uno al mattino e uno al pomeriggio, sebbene la produzione dopo mezzogiorno rimanga relativamente alta. Oltre al fatto che le poche centrali elettriche comparabili generano guadagni di rendimento tra il 5% e il 10%, il vero vantaggio è che ora viene generata più elettricità in mezzo a prezzi di mercato spot generalmente in aumento. In Germania e in tutto il mondo, si può vedere che sempre più centrali elettriche vengono progettate o costruite senza il supporto EEG.4 Nel caso di queste centrali elettriche, il prezzo futuro dell'elettricità quotato sulla borsa elettrica sarà importante per le considerazioni relative alla redditività. La capacità di evitare il cosiddetto "effetto cannibalizzazione" (vale a dire la caduta del prezzo di punta a mezzogiorno anche al livello di prezzi negativi) delle centrali elettriche fotovoltaiche può diventare un fattore decisivo. L'analisi del mercato elettrico spagnolo illustra chiaramente la natura controversa del problema dei prezzi dell'elettricità non sovvenzionati.⁵

Installazione convenzionale vs. verticale: profilo di generazione di energia e prezzi spot del mercato al 26/05/2017; Fonte:/Next2Sun

Un'altra differenza significativa è il cambiamento nell'uso del terreno. Rispetto ai pannelli montati in modo convenzionale, i moduli bifacciali montati verticalmente richiedono una spaziatura delle file significativamente maggiore per evitare un'eccessiva auto-concentrazione. Da un lato, ciò comporta tassi di utilizzo del terreno inferiori e, dall'altro, è proprio la maggiore spaziatura delle file che aiuta il terreno a rimanere utilizzabile per scopi agricoli almeno con alcune restrizioni. Alla fine, mantenere la produttività agricola significa la possibilità di ridurre i costi di locazione del terreno rispetto alle centrali elettriche convenzionali e quindi la possibilità di contrastare il crescente problema del consumo di terreno sulla base di un modello di cooperazione innovativo. Poiché gli sviluppatori di progetti normalmente cercano piuttosto di raggiungere la massima capacità installata per ottimizzare i margini quando vendono una centrale elettrica, questo concetto sarà più interessante per i fornitori di energia. Pertanto, i dubbi popolari sul consumo di terreno possono essere dissipati. Qui, interessante è il concetto di collaborazione con cooperative agricole che possiedono vaste aree di terreno, ad esempio nella Germania orientale.

Un ulteriore vantaggio del montaggio verticale è la minimizzazione delle perdite causate dal deposito di neve sulla
superficie dei moduli. Inoltre, secondo studi iniziali, le perdite causate dall'inquinamento sono significativamente inferiori (ciò è rilevante nelle aree desertiche).⁶

L'idoneità dei moduli bifacciali per l'uso in determinati tipi di centrali elettriche non dipende solo dal fatto che vengono utilizzati entrambi i lati del pannello, ma anche dalla trasparenza del modulo vetro-vetro. Pertanto, sono più adatti per l'installazione in posti auto coperti, su barriere antirumore, come elementi di edifici, in impianti fotovoltaici galleggianti⁷e anche nel già citato Agro PV.

Struttura dei costi e dei ricavi

A fini comparativi, l'analisi della struttura dei costi e dei ricavi tiene conto della progettazione convenzionale di centrali fotovoltaiche con inclinazione ottimale e rivolte a sud.

Il lettore attento avrà già concluso a questo punto che l'installazione di moduli bifacciali richiede meno moduli a causa della maggiore resa specifica. Ciò riduce i costi di installazione, BoS e locazione del terreno.

Al contrario, però, i prezzi dei moduli sono più alti, attualmente di circa il 10%, il che potrebbe però anche convergere a lungo termine. Il motivo è che il processo di produzione è molto simile a quello dei moduli convenzionali3. Attualmente, le capacità produttive globali sono piuttosto orientate ai moduli monofacciali. Pertanto, l'effetto di riduzione dei prezzi derivante dalle economie di scala non ha ancora avuto un impatto così forte sui moduli bifacciali.

Tuttavia, si dovrebbe esaminare caso per caso quale tipo di modulo e quale metodo di installazione selezionare per i singoli progetti. Se l'elettricità viene venduta al di fuori dello schema EEG, è ragionevole, oltre a determinare i LCOE, preparare una previsione del prezzo dell'elettricità a lungo termine per determinare il valore dell'elettricità prodotta.

Nel caso di moduli bifacciali montati verticalmente, i costi di investimento specifici sono circa il 10% - 20% più alti e i costi di locazione del terreno sono circa il doppio a causa della maggiore necessità di terreno. Nel caso dei costi di locazione del terreno, sono possibili riduzioni dei costi, a seconda che il terreno sia adatto a scopi agricoli e se sia possibile un suo utilizzo continuato. Al contrario, i moduli bifacciali offrono circa il 5% al ​​10% di rese più elevate e maggiori ricavi dalla vendita di elettricità in periodi di prezzi dell'elettricità più elevati. Inoltre, si prevede che l'uso di moduli vetro-vetro comporterà un servizio più lungo
vita.⁹

Una previsione positiva per la quota di mercato dei dispositivi bifacciali

Si suppone che i moduli bifacciali aumenteranno di importanza in tutto il mondo. Le previsioni variano dal 20% in
2026¹⁰ al 40% nel 2025.¹¹Oltre alla differenza di prezzo, le difficoltà derivano anche dal fatto che la questione dell'STC bifacciale non è stata ancora risolta. Altri problemi sono la pulizia del retro dei pannelli e l'emergere di punti caldi causati dalla struttura di montaggio. Di positivo c'è che i tempi di consegna dei moduli bifacciali si sono normalizzati e le simulazioni di rendimento forniscono valori affidabili.

Conclusione: centrali fotovoltaiche bifacciali con nuovo design di sistema e casi aziendali

I moduli FV bifacciali generano più energia sulla stessa superficie del modulo attraverso una parte posteriore solare attiva del pannello grazie alla riflettività della superficie circostante. Con costi di installazione e BoS allo stesso livello, ciò porta a una resa maggiore che normalmente supera il costo più elevato dei moduli bifacciali. Inoltre, i moduli bifacciali sono predestinati all'uso in barriere antirumore, centrali elettriche FV galleggianti e montate verticalmente.
Sistemi fotovoltaici. Poiché con le centrali elettriche montate verticalmente, il terreno può continuare a essere utilizzato per scopi agricoli, questo elimina la controversa questione del consumo di terreno¹²e quindi aumenta la possibilità di ottenere i permessi pertinenti. Allo stesso tempo, il profilo di produzione di questo tipo di centrali elettriche promette rendimenti più elevati sullo scambio di energia elettrica, il che è particolarmente attraente nel caso di centrali elettriche gestite al di fuori del regime di sostegno EEG. Pertanto, è fondamentalmente consigliabile in ogni caso considerare i moduli FV bifacciali e il loro montaggio verticale nei progetti futuri.

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1 Dobos, E. (1996) 'Albedo', Ingegneria (Londra), 237(7), p. 21. doi: 10.1081/E-ESS

2 Dupeyrat et al., 2014; Indagini sulla dipendenza dell'albedo della resa fotovoltaica bifacciale
3 Guo, S., Walsh, TM e Peters, M. (2013) 'Moduli fotovoltaici bifacciali montati verticalmente: un'analisi globale', Energy, 61, pp. 447–454. doi:10.1016/j.energy.2013.08.040
Yusufoglu, UA, Pletzer, TM, Koduvelikulathu, LJ, Comparotto, C., Kopecek, R. e Kurz, H. (2015a) 'Analisi delle prestazioni annuali dei denti bifacciali
moduli e metodi di ottimizzazione', IEEE Journal of Photovoltaics, 5(1), pp. 320–328. doi: 10.1109/JPHOTOV.2014.2364406
Shoukry, I. (2015) Moduli bifacciali – Simulazione ed esperimento. Università di Stoccarda

4 https://www.pv-magazine.de/2019/03/04/enbw-plant-photovoltaik-anlagen-mit-400-megawatt-ohne-foerderung-in-deutschland/
5 https://www.pv-magazine.de/2019/03/01/photovoltaik-in-spanien-kurzer-ueberblick-ueber-einspeisetarife-sowie-projektentwicklung-und-finanzierung-von-freiflaechenanlagen/

6 Rabanal-Arabach, J., Mrcarica, M., Schneider, A., Kopecek, R. e Heckmann, M. (2016) 'La necessità di strutture di montaggio senza cornice per il montaggio verticale di moduli fotovoltaici bifacciali', nel 32° EU PVSEC
7 "Floating PV – Impianti fotovoltaici galleggianti come nuova tendenza" (EnEws: edizione febbraio 2019)
8 Basato sul webinar di PV Magazin del 25.10.2018; Le diapositive possono essere scaricate qui: https://16iwyl195vvfgoqu3136p2ly-wpengine.netdna-ssl.com/wp-content/uploads/2018/10/2018-10-25-Bifacial-Webinar-SOLTEC.pdf
9 Prossimo2Sole
10 Roadmap tecnologica internazionale per il fotovoltaico (ITRPV), marzo 2019 [dati per "true bifacial"]
11 https://www.bloomberg.com/notizie/particelle/2018-05-17/attenzione-per-pannelli-solari-bifacciali-che decollano-in-Cina

12 https://www.pv-magazine.de/2019/03/04/fdp-politiker-photovoltaik-anlagen-in-unseren-regionen-sind-verbrechen-an-der-menschheit/