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再生可能エネルギー テスト センター (RETC) の PV モジュール インデックス レポート 2022
これは、再生可能エネルギー テスト センター (RETC) の PV モジュール インデックス レポート 2022 からの抜粋です。今年の PV モジュール インデックス レポートでは、相互に関連する 3 つのトピック (n 型 PV モジュール、フィールド フォレンジック、極端な天候) を調査しており、避けられない技術的リスクのいくつかを示しています。太陽光発電プロジェクトの開発に関連しています。 これらのタイムリーなトピックは、リスク管理に対するデータ駆動型アプローチの価値も明らかにします。
新しい N 型 PV モジュールの評価
2021 年に米国の新規発電容量で太陽光発電が最大のシェアを占めた主な理由は、太陽光発電業界が継続的にコストを削減しながら性能を向上させていることです。 たとえば、昨年、RETC は、多くのアナリストが今後数年間で市場を支配すると予想する大型フォーマット モジュールの開発と展開の利点と課題を調査しました。 今年、RETC は、パッシベーション接点を備えた次世代の n 型 PV セルの台頭である、急速に市場を牽引し、受け入れられている別の技術トレンドを注意深く監視しています。
TOPConの台頭
多くの業界アナリストや材料科学者は、新しい n 型 PV セルの設計が、PV 技術ロードマップの次の論理的な進歩であると考えています。 2013 年、ドイツのフラウンホーファー太陽エネルギー システム研究所の研究者は、新しいトンネル酸化物パッシベーション コンタクト (TOPCon) 構造を持つ高効率 n 型シリコン太陽電池を製造する方法を発表しました。 優れた表面パッシベーションと効果的なキャリア輸送のおかげで、この新しいセル設計は、開回路電圧 (Voc)、曲線因子、および効率で高い評価を得ました。 それから 10 年も経たないうちに、TOPCon は太陽光発電業界で最も話題になっている言葉です。 世界最大のモジュール メーカーは、TOPCon セルを使用した PV モジュールの量産を開始しています。 LONGi Solar が p 型 TOPCon に大きく賭けている一方で、Jinko Solar、Jollywood Solar Technology、JA Solar、Trina Solar などの他の多くの大手モジュール企業は、n 型 TOPCon セル設計のモジュールに多額の投資を行っています。 市場におけるこの集団的ピボットは、主に、p 型パッシベーション エミッタおよびリア コンタクト セル (PERC) モジュールの効率曲線が平坦化されたことによるものです。 これらは近年市場を支配してきましたが、メーカーは p 型モノ PERC セル設計の物理的限界に達し始めています。 n型TOPConセルへの移行により、モジュールメーカーは実験室や大量生産においてセル効率をさらに高めることができます。
N型細胞の利点
ソーラー メーカーは、n 型 PV セルの潜在的な効率の利点を長い間認識してきました。 たとえば、三洋電機は 1980 年代に n 型ヘテロ接合技術 (HJT) PV セルの開発を開始しました。 さらに、サンパワーは、高純度の n 型シリコンをベースに、インターデジタイテッド バック コンタクト (IBC) PV セルを構築しました。 製造が複雑なため、n 型 HJT および IBC セル設計に基づく高効率 PV モジュールは、製造コストが比較的高く、市場のニッチな部分にとどまっています。 比較すると、n 型 TOPCon セルの製造は、PERC プロセスに非常に似ています。 その結果、メーカーはこれらの次世代の高効率 TOPCon モジュールをアップグレードされた PERC 生産ラインで生産できます。
今日の n タイプ TOPCon モジュールは、p タイプのモノラル PERC モジュールよりもワットあたりの製造コストがわずかに高くなりますが、効率が向上することで、大規模なフィールド展開での均等化エネルギー コスト (LCOE) が低くなります。 何よりも、主要な専門家は、n 型 TOPCon が学習曲線の加速から恩恵を受けることを期待しています。 p 型モノ PERC セルと比較した n 型 TOPCon セルの主な材料上の利点は、光誘起劣化 (LID) と光および高温誘起劣化 (LeTID) の両方に対する感受性の低下による劣化速度の低下です。 追加の利点には、より高い両面係数、および低照度と高温の両方の条件下でのパフォーマンスの向上が含まれます。
早期採用のリスク
ほとんどのアナリストは、n 型 TOPCon セルを備えたモジュールがこれらの性能上の利点に基づいて市場シェアを急速に拡大すると予想しています。 しかし、新興の PV セル技術は、最終的にはその分野で成功することが証明されたものであっても、成熟した実証済みの技術よりも常に多くのリスクを伴います。 製品が大規模に展開されるまで、まだ発見されていない劣化メカニズムの可能性が存在します。 たとえば、今日、独立したエンジニアや投資家は、p 型モノ PERC PV モジュールを安定したリスクの低い技術と見なしています。 この評価は必ずしもコンセンサスオピニオンではありませんでした。 モノ PERC モジュールの初期のバージョンでは、安定性に問題がありました。特に LID と、まれに LeTID の問題がありました。 これらの予想外の mono PERC 劣化モードは、アーリー アダプターが新しいテクノロジーに直面するパフォーマンス リスクを示しています。
n 型 TOPCon PV セルは、LID および LeTID に対して耐性があることが証明されていますが、紫外線による劣化に対する感受性の証拠がいくつか存在します。 たとえば、SLAC National Accelerator Laboratory と National Renewable Energy Laboratory (NREL) の研究者は、人工的に加速された UV 暴露試験の後、高度な太陽電池技術の前面と背面の電力損失を記録しました。 これらのデータは、単一の劣化メカニズムを示しているわけではありませんが、異なるセル設計が異なる経路を介して劣化することを示唆しています。
フィールドパフォーマンスのフォレンジック分析
フォレンジック分析は、太陽光発電システムのパフォーマンス低下の根本原因を突き止めようとする詳細な調査です。 多くの場合、インバーターの故障または不正確な生産予測が、実際のまたは認識されたシステムのパフォーマンス低下の原因です。
ベースライン評価
プロジェクトの利害関係者がプロジェクトのリスクを軽減するための最良の方法の 1 つは、プロジェクトの試運転中にベースライン モジュールの健全性評価を実施する資格のあるサード パーティを利用することです。 商業運転前に高品質の測定値を取得することにより、ベースラインのフォレンジック評価は、PV 電力システムの動作寿命にわたって短期的および長期的なメリットをもたらします。 短期的には、ベースライン コミッショニング評価により、システム パフォーマンスの見積もりの精度が向上します。
昼間ELテスト
エレクトロルミネッセンス (EL) テストでは、特別なカメラ システムを使用して、電流が PV セルを通過するときに発生する発光を記録します。 EL 試験は実験室で長い歴史があり、広範囲の隠れたモジュールの欠陥を検出するために使用されています。 制御された屋内環境に追いやられてしまうと、EL 試験は現場の法医学調査でますます一般的になってきています。 昼間の EL イメージングには、以前のアプローチに比べて 2 つの明確な利点があります。 まず、当社の EL テスト方法により、技術者はその場でモジュールをテストできます。これにより、テスト プロセスが促進され、モジュールの取り外しや取り扱いによるセルの損傷がなくなります。 第 2 に、昼間の EL テストにより、夜間にモジュールをテストする必要がなくなり、安全性とスループットがさらに向上します。
現場での EL テストの結果は、主要な製造上の欠陥、オフサイトでの出荷および輸送による損傷、現場での材料の取り扱いまたは設置による損傷、または雹、風、雪などの悪天候による損傷を特定するのに役立ちます。 これらの EL 画像により、プロジェクトの利害関係者は、熱の不適合、ホット スポット、および将来のモジュールの性能低下につながる可能性のあるセルの損傷を特定できます。 適切に文書化および報告された場合、サードパーティの EL 画像は、保証および保険請求の解決に役立ちます。 パフォーマンスの問題の潜在的な場所のみを特定する航空赤外線 (IR) 画像とは異なり、日中の EL 調査はパフォーマンス低下の根本原因を解明します。 これらの調査結果は、問題の解決を促進し、生産損失を最小限に抑えることで、プロジェクトの利害関係者に利益をもたらします。
予知保全
サードパーティのフィールド パフォーマンス フォレンジックは、堅牢な監視プラットフォームと予知保全プロトコルと組み合わせると特に実用的です。 PV モジュールが老朽化するにつれて、現場の資産はパフォーマンスが低下するリスクが高まります。 モジュールが新しい場合、セルのマイクロクラックはモジュールの性能に影響を与えないことがよくありますが、システムが古くなると必ずしもそうとは限りません。 現場で 5 年または 10 年使用した後、一部のモジュールは期待どおりに動作し続けますが、他のモジュールは劣化が加速します。
「良い」モジュールと「悪い」モジュールを区別することは簡単なことではありません。特に、米国商務省が AD/CVD ポリシーを制定した後に導入されたシステムではそうです。 単一のモジュール サプライヤが存在するように見える大規模なプロジェクトは、実際には多数の異なるベンダーから供給されたセルを使用して製造されたモジュールを統合している場合があります。 各部品表 (BOM) が一意であるため、それぞれに異なるリスク プロファイルがあります。
異常気象リスクの軽減
GCube Insurance などの再生可能エネルギー保険の専門家ほど、太陽光発電の展開に伴う自然災害をよく理解している人はいません。 同社の 2021 年の市場レポート「雹または高潮: 再生可能エネルギーにおける異常気象と自然災害による損害の規模の拡大」によると、太陽光発電プロジェクトの頻度、規模、規模が拡大するにつれて、天候関連の保険金請求の頻度と深刻度が高まっています。地理的分布。 太陽光発電市場が世界的に急速に成長していることを考えると、それに見合った太陽光保険の請求件数の増加はまったく予想外のことではありません。 しかし、太陽光保険の請求の根本的な原因は、一部の保険業界関係者を驚かせました。 具体的には、2015 年以降、異常気象による保険損害額は、自然災害による損害額の約 2 倍となっています。
極端な気象現象は、自然災害よりも多くの保険損害をもたらしますが、過酷な天候による損害カテゴリに関連する保険金請求は避けられません。 プロジェクトの利害関係者は、製品の選択とシステム設計において合理的な注意と先見性を発揮することで、多くの異常気象による損失を防止または軽減できます。 さらに、リスク軽減の専門家は、タックス エクイティの投資家や保険会社が、悪天候に伴う財務上のリスクを理解するのに役立ちます。
比較試験
戦略的な製品の選択は、異常気象による損失の主な原因を緩和するための重要な第一歩です。 RETC のバンカビリティおよび認証を超えたテスト結果は、さまざまな PV モジュール設計またはモジュールとラックの組み合わせが、これらのさまざまな種類の環境ストレスにどのように抵抗するかを示しています。 これらの違いは、異常気象のリスクを軽減するという文脈において、ミッション クリティカルです。
防止可能な異常気象の危険の例としては、風、雹、雪などがあります。 クレームの頻度に基づくと、強風イベントは、設置されたソーラー資産の保険損害の主な原因です。 損失の深刻度に基づいて、テキサス州西部で広く報道された雹の嵐により、約 400 枚の PV モジュールが損傷しました。000これは、これまでで最大の単一の太陽光保険請求につながりました。000 雪は全体的に比較的危険度が低いですが、特定の標高や緯度では重大なリスクをもたらします。
比較テストと加速テストの目的は、プロジェクトの利害関係者が特定のアプリケーションと環境に最適な製品とシステム設計を特定して指定できるようにすることです。 動的な機械的負荷試験で良好に機能するモジュールは、強風環境での展開に適しています。 RETC の雹耐久性試験 (HDT) シーケンスで良好に機能するモジュールは、雹が発生しやすい地域での展開に適しています。 機械的負荷試験で優れた性能を発揮するモジュールは、氷や雪に関連する負荷に耐えるのに最適です。 これら 2 つのテストでうまく機能しないモジュールは、特に適切なアプリケーションでは、「悪い」製品ではありません。 風や雹に対して強化されたモジュールは、多くの場合、製造コストが高くなります。 カリフォルニア州のセントラル バレーに設置する条件は、強風、雹、または雪がめったに経験しないため、これらの追加費用を正当化できない場合があります。
サプライ チェーンのリスクを軽減するために、開発者は多くの場合、さまざまな PV モジュール モデルとベンダーを評価して調達します。 極端な天候に対する感受性は、選択した PV モジュールのポートフォリオによって異なります。 これらの違いに注意を払うことで、開発者は、風、雹、または雪に強いモジュールをそれぞれ、風、雹、または雪の多い場所に向けることができます。 このタイプの選択的な展開は、異常気象のリスクを軽減するための比較的単純で費用対効果の高い方法です。
防御ストウ戦略
プロジェクトの利害関係者は、サイト固有の条件に対する耐性に基づいてモジュールをフィルタリングして選択的に展開した後、天候に対応するソフトウェア制御戦略を実装して、大規模なユーティリティ アプリケーションで極端な気象リスクをさらに軽減できます。 多くの大規模な PV システムは、ソフトウェアを使用して太陽を追跡しながらセルフ シェーディングを回避する、インテリジェントに制御された単軸トラッカーを統合しています。 気象関連の保険請求が増加するにつれて、業界をリードするトラッカー メーカーは、脅威固有の防御ストウまたはロード シェッド モードなどの新しいソフトウェア制御応答を実装しました。
強風や雹を伴う嵐は非常に局地的で急速に変化する性質があるため、悪天候警報は、多くの場合、発電所のオペレーターにほとんど事前の警告を与えません。 さらに、強風や大規模な雹を発生させるタイプの嵐は、電力線のダウンや AC 電源の損失を引き起こすことがよくあります。 アクティブなソフトウェア制御は、これらの課題に対処し、ローカルまたはリモートの開始、迅速な応答時間、フェイルセーフ バッテリ バックアップなどの製品機能を使用して効果的なリスク軽減を提供できます。 また、同時発生の気象リスクを考慮することも重要です。
保険業界は、持続的に保険を提供するために確率論的リスク評価に長い間依存してきましたが、太陽光発電プロジェクトがもたらす課題は 2 つあります。 まず、異常気象のリスクを理解するために利用できる過去のデータは限られています。特に、技術変化の速度と市場の拡大を考慮するとそうです。 第二に、保険会社が通常頼りにしている自然災害のデータは、「分類されていない」極端な気象現象を捉えていません。
モジュールの品質
紙の上では同じように見える製品でも、実際にはまったく異なるパフォーマンスを示す場合があります。 多くの場合、品質に対する製造上のコミットメントがこれらの違いの原因です。 世界中の場所でますます多くの大容量太陽光発電プロジェクトを展開することには、リスクがないわけではありません。 サイト固有のリスクを軽減するには、製品と技術を戦略的に適用する必要があります。 製品設計とプロジェクト開発に対する画一的なアプローチは、常にプロジェクトのリスク プロファイルを増加させます。 戦略的な製品の差別化により、プロジェクトの回復力が向上します。
雹に強いモジュールとシステム設計により、テキサス州西部のような雹が発生しやすい地域でのプロジェクト リスクが軽減されます。 動的な風の影響に耐える製品とシステムの設計により、世界中の強風地域でのプロジェクトのリスクが軽減されます。 高い静的機械負荷に耐える製品とシステムの設計により、極度の雪が降る場所での壊滅的な障害のリスクが軽減されます。 耐腐食性製品は、沿岸地域での動作寿命を延ばします。
試験所では、監査および管理された試験条件下で、校正および認定された機器を使用しています。 これらの厳しい条件下で取得された特性は、PV モジュールのパフォーマンスの適切な尺度を表し、複数のプロジェクト関係者に価値を提供します。 標準試験条件 (STC) パラメータに従った工場試験は、モジュールの銘板定格を確立するのに理想的ですが、工場試験結果は典型的なモジュール動作条件を特徴付けるものではありません。 現実の世界でシステムのパフォーマンスを正確にモデル化するには、モジュールが低放射照度条件下でどのように機能するか、または太陽の角度の変化に関連してどのように機能するかを理解することが不可欠です。 さらに、PV システムが通常最適なエネルギー収量を生成する動作条件を反映するテスト条件下で、モジュールの性能を特徴付けることが重要です。 また、短期間の日光への露出とその結果生じる劣化がフィールド内の PV 性能にどのように影響するかを理解することも重要です。
PV モジュール インデックス レポートの 2022 年版を通じて、RETC は 9 つの異なる製造業者を認識し、製造業における 61 の優れた成果を紹介しました。 最高のものを特定するために、品質、パフォーマンス、信頼性の 3 つの分野すべてにわたる全体的なデータ分布を確認してランク付けしました。 全体的な結果のマトリックスは、製造業における全体的な高い業績に基づいて、JAソーラー、ジンコソーラー、ロンジソーラー、ハンファQセルズ、トリナソーラー、インリーソーラーの6つのトップパフォーマーを強調しています。
