Introdução
À medida que a tecnologia fotovoltaica continua avançando, o mercado de módulos fotovoltaicos evoluiu de alta corrente para baixa corrente. Os módulos fotovoltaicos de alta corrente têm chamado atenção por sua alta produção de energia, mas os riscos e perdas associados não podem ser ignorados. Em contraste, os módulos fotovoltaicos de baixa corrente estão sendo cada vez mais vistos como uma escolha mais sábia devido às suas vantagens em segurança, eficiência e compatibilidade. Este artigo analisará os riscos e perdas dos módulos fotovoltaicos de alta corrente e explorará os benefícios exclusivos dos módulos fotovoltaicos de baixa corrente.
Sumário
1. Introdução
2. A Emergência dos Módulos Fotovoltaicos de Alta Corrente
3. Riscos e Perdas dos Módulos Fotovoltaicos de Alta Corrente
4. Vantagens dos Módulos Fotovoltaicos de Baixa Corrente
5. Conclusão
A Emergência dos Módulos Fotovoltaicos de Alta Corrente
O Custo Nivelado de Energia (LCOE) é uma métrica central para avaliar projetos fotovoltaicos. No lado do módulo, a eficiência, potência e capacidade de geração desempenham papéis críticos, e melhorar a potência e eficiência dos módulos fotovoltaicos pode reduzir efetivamente o LCOE. Já em 2009, a potência máxima dos módulos fotovoltaicos na indústria era apenas de 290W. Após mais de uma década de desenvolvimento, a potência dos módulos fotovoltaicos aumentou para mais de 500W, com alguns ultrapassando 600W. Os principais caminhos para melhorar a potência do módulo incluem avanços na tecnologia das células que aumentam a eficiência de conversão, otimização do layout do módulo e materiais auxiliares, e o aumento do tamanho das pastilhas. Inicialmente, as células solares produzidas em massa eram baseadas em pastilhas de 125mm, que depois evoluíram para 156mm, 156.75mm, 158.75mm, 166mm, e agora para 182mm e 210mm. A chegada das pastilhas de grande tamanho de 182mm e 210mm em 2020 não só trouxe um aumento significativo na potência do módulo, mas também aumentou consideravelmente a corrente operacional dos módulos fotovoltaicos.
Geralmente, a razão por trás do aumento do tamanho da pastilha inclui dois pontos principais: primeiro, pode reduzir efetivamente o custo por watt das pastilhas e células solares, diminuindo assim o custo de produção dos módulos fotovoltaicos; segundo, aumentar o tamanho da pastilha pode melhorar a potência do módulo, reduzindo assim o custo do Sistema de Balanceamento (BOS). No entanto, quaisquer ganhos estão dentro de uma certa faixa; quando o tamanho da célula e a corrente aumentam até certo ponto, os riscos, perigos e perdas associados podem superar os benefícios.
Riscos e Perdas dos Módulos Fotovoltaicos de Alta Corrente
1.Riscos de Produção e Qualidade dos Módulos Fotovoltaicos de Alta Corrente
No processo de produção, à medida que o tamanho da célula aumenta, o rendimento do produto tende a diminuir devido ao aumento da dificuldade de fabricação. O rendimento de pastilhas e células de grande tamanho nas etapas iniciais de produção pode não alcançar o nível dos produtos originais, e alguns problemas causados pelo aumento do tamanho podem não ser resolvidos perfeitamente à medida que o processo amadurece. Além disso, pastilhas de grande tamanho podem dificultar o desenvolvimento de células mais finas, e o aumento do tamanho dos módulos fotovoltaicos pode impedir a redução de custos em molduras e vidros, impactando os custos de produção. Além disso, o aumento do tamanho da pastilha e do módulo também aumenta os riscos de carga mecânica, tornando o transporte e a instalação mais desafiadores e colocando demandas mais altas nas estruturas de suporte, afetando a qualidade ao longo do ciclo de vida do produto e do sistema.
2. Impacto dos Módulos Fotovoltaicos de Alta Corrente na Geração de Energia
(1) Perda de Linha do Cabo
Com base em um projeto de 100MW, comparamos a perda de linha de módulos fotovoltaicos de 182mm (corrente operacional em torno de 13A) e módulos fotovoltaicos de ultra-alta corrente (corrente operacional em torno de 18A). Sob condições de teste padrão (STC), usando a mesma especificação de cabo de 4mm², o esquema de módulo fotovoltaico de ultra-alta corrente teve cerca de 0.2% a mais de perda de linha do lado CC em comparação com o esquema de módulo de 182mm. Mesmo assumindo que a irradiância do ambiente de aplicação real seja de 70% das condições STC, ainda existe uma diferença de perda de linha de cerca de 0.14%. Em sistemas usando módulos fotovoltaicos bifaciais, o aumento de corrente dos módulos bifaciais em comparação com os módulos monofaciais pode ser de 10% a 20%, ampliando ainda mais a diferença de perda de linha.
(2) Perda de Potência Térmica do Módulo
Também conduzimos pesquisas e cálculos relacionados à perda de potência térmica de módulos fotovoltaicos: a proporção de perda de potência térmica de módulos fotovoltaicos de ultra-alta corrente é 0.53% maior do que a dos módulos fotovoltaicos de 182mm. Para um projeto de escala de 3GW, devido à perda de potência térmica direta, os módulos fotovoltaicos de ultra-alta corrente gerarão 20 milhões de kWh a menos por ano do que os módulos fotovoltaicos de 182mm.
(3) Geração de Energia e Cálculo de LCOE
Os resultados da simulação mostram que a geração de energia dos módulos fotovoltaicos de 182mm é 1.8% maior do que a dos módulos de ultra-alta corrente, em 1.862 kWh/Wp/ano. Em termos de LCOE, os módulos fotovoltaicos de 182mm são 0.03-0.05 Yuan/kWh menores do que os módulos de ultra-alta corrente, em 0.19 Yuan/kWh.
(4) Análise Empírica de Módulos Fotovoltaicos de Ultra-Alta Corrente
Para estudar completamente o desempenho de geração de energia e diferenças de temperatura de operação de diferentes módulos fotovoltaicos, uma marca líder, em colaboração com a TÜV Nord, conduziu um projeto empírico ao ar livre na Base Experimental Nacional Fotovoltaica em Yinchuan em fevereiro de 2021. Os dados empíricos mostraram que sob condições de alta irradiância, devido a mais energia ser convertida em calor nos fitas, a temperatura de operação dos módulos fotovoltaicos de ultra-alta corrente foi em média 1.8°C mais alta do que a dos módulos fotovoltaicos de 182mm, com uma diferença máxima de temperatura de cerca de 5°C. Isso ocorre principalmente porque a alta corrente operacional dos módulos fotovoltaicos leva a perdas térmicas significativas nos eletrodos metálicos e fitas da superfície da célula, aumentando a temperatura de operação do módulo. Como é bem conhecido, a potência de saída dos módulos fotovoltaicos diminui com o aumento da temperatura, com a potência diminuindo cerca de 0.35% para cada aumento de 1°C na temperatura; combinado com múltiplos fatores, os dados empíricos mostram que a geração de energia de um watt dos módulos fotovoltaicos de 182mm é cerca de 1.8% maior do que a dos módulos de ultra-alta corrente.
3. Riscos de Segurança Elétrica dos Módulos Fotovoltaicos de Alta Corrente
Os módulos fotovoltaicos são dispositivos elétricos que encapsulam células solares com vidro, lâmina traseira, EVA ou POE, e então transmitem a eletricidade contínua gerada através de caixas de junção, cabos e conectores. Para o módulo fotovoltaico inteiro, caixas de junção e conectores, embora sejam componentes pequenos e discretos, podem causar riscos significativos à segurança se falharem.
(1) Risco de Aquecimento da Caixa de Junção
De acordo com estatísticas de organizações terceirizadas autoritativas, falhas em usinas elétricas (especialmente incêndios) causadas por módulos fotovoltaicos estão na maioria das vezes relacionadas a caixas de junção e conectores. Portanto, a caixa de junção é um ponto técnico crítico no projeto do módulo, especialmente para módulos fotovoltaicos de alta corrente, onde a capacidade de corrente dos diodos na caixa de junção é crucial. A imagem a seguir mostra a situação em que o aquecimento da caixa de junção causou a queima do conector.
Para garantir a capacidade de corrente dos diodos na caixa de junção, para módulos fotovoltaicos monofaciais, é recomendado que a corrente nominal da caixa de junção seja maior que 1,25 vezes a corrente de curto-circuito (Isc). Para módulos fotovoltaicos bifaciais, um ganho bifacial de 30% e cerca de 70% de razão traseira também devem ser considerados. Os módulos fotovoltaicos bifaciais de 182mm utilizam caixas de junção com corrente nominal de 25A no mercado, mantendo cerca de 16% de margem de segurança, garantindo a confiabilidade a longo prazo dos módulos fotovoltaicos de alta corrente. Módulos de corrente maior requerem caixas de junção com corrente nominal mais alta (30A). No entanto, mesmo com caixas de junção de 30A, a margem de segurança dos módulos fotovoltaicos de ultra-alta corrente é relativamente baixa, e o risco de sobrecarga aumenta significativamente sob condições de alta irradiância e alta temperatura.
(2) Risco de Aquecimento do Cabo
Com base no padrão IEC 62930, conduzimos pesquisas e cálculos de capacidade de corrente em cabos fotovoltaicos. Em geral, em usinas de energia montadas no solo ou em telhados distribuídos, cabos de 4 mm² podem atender às necessidades de aplicação dos módulos fotovoltaicos de 182mm e de ultra-alta corrente. No entanto, quando alguns telhados distribuídos atingem temperaturas de 70°C, se os módulos fotovoltaicos de ultra-alta corrente não utilizarem cabos fotovoltaicos de 6mm² mais caros, os cabos podem superaquecer e queimar, aumentando o risco de incêndio.
Vantagens dos Módulos Fotovoltaicos de Baixa Corrente
Diante dos diversos riscos e perdas dos módulos fotovoltaicos de alta corrente, os módulos fotovoltaicos de baixa corrente apresentam vantagens únicas. Essas vantagens estão tornando-os cada vez mais dominantes no mercado, especialmente em aplicações onde a confiabilidade do sistema e os benefícios de longo prazo são primordiais.
1. Maior Segurança Elétrica
O design de baixa corrente dos módulos fotovoltaicos de baixa corrente reduz significativamente as perdas térmicas e os riscos de pontos quentes, aumentando a segurança elétrica. Por exemplo, os módulos fotovoltaicos de baixa corrente Twisun Pro utilizam um design de baixa corrente de 10A, reduzindo as temperaturas de operação e diminuindo ainda mais a probabilidade de falhas elétricas. Esse design não apenas prolonga a vida útil do módulo, mas também garante uma operação confiável em diversos ambientes.
2. Maior Eficiência na Geração de EnergiaOs módulos
fotovoltaicos de baixa corrente Twisun Pro alcançam uma maior eficiência na geração de energia por meio de um processo de célula único em três partes. Comparado aos processos de células tradicionais, o processo de células em três partes reduz a temperatura de operação do módulo em 20%, aumentando a geração de energia em 4.64%. Além disso, o design de baixa corrente reduz as perdas de linha, fazendo com que cada watt de energia seja convertido de forma mais eficaz em eletricidade utilizável.
3. Compatibilidade do Sistema e Custo-Efetividade
O tamanho padrão e o design de baixa corrente dos módulos de baixa corrente os tornam mais compatíveis com os inversores e sistemas de montagem existentes. Por exemplo, o módulo fotovoltaico Twisun Pro possui uma corrente de cerca de 10A e um tamanho padrão de 1.998 metros quadrados, tornando-o adequado para inversores e suportes de montagem convencionais. Isso simplifica o processo de integração do sistema e reduz os custos de instalação. Além disso, a estrutura leve de vidro duplo dos módulos de baixa corrente (apenas 21kg) não apenas facilita o transporte e a instalação, mas também reduz a carga nos telhados, diminuindo ainda mais a dificuldade e os custos de instalação.
4. Desempenho em Ambientes de Baixa Irradiação
Os módulos de baixa corrente têm um desempenho excepcional em ambientes de baixa irradiação. Os módulos fotovoltaicos Twisun Pro começam a gerar energia mais cedo pela manhã e param mais tarde à noite em condições de pouca luz, estendendo o tempo diário de geração de energia. Essa característica permite que os módulos de baixa corrente mantenham uma alta eficiência em várias condições climáticas, aumentando significativamente a geração total de energia.
5. Maior Vida Útil e Garantia
A taxa de degradação ultra baixa dos módulos fotovoltaicos de baixa corrente Twisun Pro resulta em apenas 1% de degradação no primeiro ano e 0.4% anualmente a partir de então, garantindo uma geração de energia de alta eficiência a longo prazo. Além disso, a Twisun Pro oferece 30 anos de garantia de produto e potência para seus módulos de vidro duplo. Essa garantia de longo prazo torna o investimento em módulos de baixa corrente mais economicamente viável, reduzindo os custos de manutenção e substituição.
Conclusão
Em resumo, os módulos fotovoltaicos de baixa corrente Twisun Pro, com suas vantagens significativas em segurança elétrica, eficiência na geração de energia, compatibilidade do sistema e custo-efetividade, tornaram-se uma escolha mais sábia no mercado. Eles abordam os diversos riscos associados aos módulos fotovoltaicos de alta corrente, ao mesmo tempo em que fornecem aos clientes soluções fotovoltaicas mais seguras, eficientes e confiáveis. Escolher os módulos fotovoltaicos de baixa corrente Twisun Pro trará retornos mais altos e uma vida útil mais longa para seu sistema fotovoltaico.
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