Sumber: reglobal.co
Laporan Indeks Modul PV dari Pusat Uji Energi Terbarukan (RETC) 2022
Ini adalah kutipan dari Laporan Indeks Modul PV dari Renewable Energy Test Center (RETC) 2022. Laporan Indeks Modul PV tahun ini, mengeksplorasi tiga topik yang saling terkait — modul PV tipe-n, forensik lapangan, dan cuaca ekstrem — yang menunjukkan beberapa risiko teknis yang tak terhindarkan terkait dengan pengembangan proyek surya. Topik yang tepat waktu ini juga menjelaskan nilai dari pendekatan berbasis data untuk manajemen risiko.
Mengevaluasi modul PV tipe-N baru
Kemampuan berkelanjutan industri tenaga surya untuk menurunkan biaya sambil meningkatkan kinerja adalah alasan utama tenaga surya menyumbang bagian terbesar dari kapasitas pembangkit listrik baru AS pada tahun 2021. Tren ini paling baik dicontohkan dengan perubahan berkelanjutan pada desain modul dan teknologi sel. Tahun lalu, misalnya, RETC mengeksplorasi manfaat dan tantangan dari pengembangan dan penerapan modul format besar, yang diperkirakan banyak analis akan mendominasi pasar di tahun-tahun mendatang. Tahun ini, RETC memantau dengan cermat tren teknologi lain yang dengan cepat mendapatkan daya tarik dan penerimaan pasar, munculnya sel PV tipe-n generasi berikutnya dengan kontak pasif.
Kebangkitan TOPCon
Banyak analis industri dan ilmuwan material percaya bahwa desain sel PV tipe-n yang muncul adalah perkembangan logis berikutnya pada peta jalan teknologi PV. Pada tahun 2013, para peneliti di Institut Fraunhofer Jerman untuk Sistem Energi Surya mempresentasikan metode produksi sel surya silikon tipe-n efisiensi tinggi dengan struktur terowongan oksida pasif kontak (TOPCon) baru. Berkat pasif permukaan yang sangat baik dan pengangkutan pembawa yang efektif, desain sel baru ini mencapai nilai tinggi untuk tegangan sirkuit terbuka (Voc), faktor pengisian, dan efisiensi. Kurang dari satu dekade kemudian, TOPCon adalah kata tersibuk di matahari. Produsen modul terbesar di dunia memulai produksi volume modul PV dengan sel TOPCon. Sementara LONGi Solar bertaruh besar pada TOPCon tipe-p, banyak perusahaan modul terkemuka lainnya—seperti Jinko Solar, Jollywood Solar Technology, JA Solar, dan Trina Solar—membuat investasi besar dalam modul dengan desain sel TOPCon tipe-n. Pivot kolektif di pasar ini terutama disebabkan oleh kurva efisiensi yang merata untuk modul emitor pasif tipe-p dan sel kontak belakang (PERC). Meskipun ini telah mendominasi pasar dalam beberapa tahun terakhir, produsen mulai mencapai batas fisik desain sel mono PERC tipe-p. Transisi ke sel TOPCon tipe-n akan memungkinkan perusahaan modul untuk meningkatkan efisiensi sel lebih lanjut di laboratorium dan dalam produksi massal.
Manfaat sel tipe-N
Produsen surya telah lama menyadari potensi manfaat efisiensi sel PV tipe-n. Sebagai contoh, Sanyo mulai mengembangkan sel PV n-type heterojunction technology (HJT) pada 1980-an. Selain itu, SunPower telah membangun sel PV interdigitated back contact (IBC) di atas dasar silikon tipe-n dengan kemurnian tinggi. Karena kerumitan manufaktur yang terlibat, modul PV efisiensi tinggi berdasarkan desain sel HJT dan IBC tipe-n relatif mahal untuk diproduksi dan tetap menjadi bagian khusus pasar. Sebagai perbandingan, pembuatan sel TOPCon tipe-n sangat mirip dengan proses PERC. Hasilnya, pabrikan dapat memproduksi modul TOPCon berefisiensi tinggi generasi berikutnya ini pada lini produksi PERC yang ditingkatkan.
Meskipun modul TOPCon tipe-n saat ini sedikit lebih mahal untuk diproduksi pada basis per watt daripada modul PERC mono tipe-p, peningkatan efisiensi menghasilkan biaya energi (LCOE) levelized yang lebih rendah dalam penerapan lapangan skala besar. Yang terbaik dari semuanya, para ahli terkemuka mengharapkan TOPCon tipe-n mendapat manfaat dari kurva pembelajaran yang dipercepat. Keuntungan bahan utama dari sel TOPCon tipe-n relatif terhadap sel mono PERC tipe-p adalah tingkat degradasi yang lebih rendah karena penurunan kerentanan terhadap degradasi yang diinduksi cahaya (LID) dan degradasi yang diinduksi oleh suhu dan suhu yang meningkat (LeTID). Keuntungan tambahan mungkin termasuk faktor bifaciality yang lebih tinggi, serta peningkatan kinerja di bawah kondisi cahaya rendah dan suhu tinggi.
Risiko adopsi dini
Sebagian besar analis mengharapkan modul dengan sel TOPCon tipe-n dengan cepat meningkatkan pangsa pasar berdasarkan keunggulan kinerja ini. Namun, teknologi sel PV yang baru muncul—bahkan yang pada akhirnya terbukti berhasil di lapangan—selalu membawa risiko lebih besar daripada teknologi yang sudah matang dan terbukti. Sampai produk dikerahkan dalam skala besar, ada potensi untuk mekanisme degradasi yang belum ditemukan. Saat ini, misalnya, para insinyur dan pemodal independen menganggap modul PV mono PERC tipe-p sebagai teknologi yang stabil dan berisiko rendah. Penilaian ini tidak selalu merupakan pendapat konsensus. Versi awal modul mono PERC memiliki masalah dengan stabilitas, terutama LID dan, dalam kasus yang jarang terjadi, LeTID. Mode degradasi mono PERC yang tidak terduga ini menunjukkan risiko kinerja yang dihadapi pengguna awal dengan teknologi baru.
Sementara sel PV TOPCon tipe-n telah terbukti tahan terhadap LID dan LeTID, beberapa bukti ada kerentanan terhadap degradasi yang diinduksi ultraviolet. Misalnya, para peneliti di SLAC National Accelerator Laboratory dan National Renewable Energy Laboratory (NREL) telah mendokumentasikan hilangnya daya sisi depan dan belakang dalam teknologi sel surya canggih setelah pengujian paparan UV yang dipercepat secara artifisial. Data ini tidak menunjukkan mekanisme degradasi tunggal tetapi menunjukkan bahwa desain sel yang berbeda terdegradasi melalui jalur yang berbeda.
Analisis forensik kinerja lapangan
Analisis forensik adalah penyelidikan rinci yang berusaha untuk menetapkan akar penyebab kinerja sistem PV yang kurang baik. Dalam banyak kasus, kegagalan inverter atau perkiraan produksi yang tidak akurat yang harus disalahkan atas kinerja sistem yang nyata atau yang dirasakan.
Penilaian dasar
Salah satu cara terbaik bagi pemangku kepentingan proyek untuk mengurangi risiko proyek adalah dengan melibatkan pihak ketiga yang memenuhi syarat untuk melakukan penilaian kesehatan modul dasar selama komisioning proyek. Dengan menangkap pengukuran berkualitas tinggi sebelum operasi komersial, penilaian forensik dasar memberikan manfaat jangka pendek dan jangka panjang selama masa operasi sistem tenaga PV. Dalam jangka pendek, penilaian komisioning dasar meningkatkan akurasi perkiraan kinerja sistem.
Tes EL siang hari
Pengujian Electroluminescence (EL) menggunakan sistem kamera khusus untuk mendokumentasikan emisi cahaya yang terjadi ketika arus listrik melewati sel PV. Pengujian EL memiliki sejarah panjang di laboratorium, di mana ia digunakan untuk mendeteksi berbagai cacat modul tersembunyi. Setelah diturunkan ke lingkungan dalam ruangan yang terkontrol, pengujian EL semakin umum dalam penyelidikan forensik lapangan. Pencitraan EL siang hari memberikan dua manfaat berbeda dibandingkan pendekatan sebelumnya. Pertama, metodologi pengujian EL kami memungkinkan teknisi untuk menguji modul di tempat, yang mempercepat proses pengujian dan menghilangkan kerusakan sel karena pelepasan dan penanganan modul. Kedua, pengujian EL siang hari meniadakan kebutuhan untuk menguji modul di kegelapan malam, lebih meningkatkan keselamatan dan hasil.
Hasil pengujian EL di lapangan sangat berharga untuk mengidentifikasi cacat manufaktur utama, kerusakan pengiriman dan transportasi di luar lokasi, penanganan material di lokasi atau kerusakan pemasangan, atau kerusakan akibat peristiwa cuaca buruk seperti hujan es, angin, atau salju. Gambar EL ini memungkinkan pemangku kepentingan proyek untuk mengidentifikasi kerusakan sel yang dapat menyebabkan ketidaksesuaian termal, titik panas, dan kinerja modul di masa mendatang. Jika didokumentasikan dan dilaporkan secara memadai, gambar EL pihak ketiga dapat membantu menyelesaikan klaim garansi dan asuransi. Tidak seperti citra inframerah udara (IR), yang hanya mengidentifikasi lokasi potensial dari masalah kinerja, investigasi EL siang hari menjelaskan akar penyebab kinerja yang buruk. Temuan ini menguntungkan pemangku kepentingan proyek dengan mempercepat penyelesaian masalah dan meminimalkan kerugian produksi.
Pemeliharaan prediktif
Forensik kinerja lapangan pihak ketiga sangat praktis jika digabungkan dengan platform pemantauan yang kuat dan protokol pemeliharaan prediktif. Seiring bertambahnya usia modul PV, aset yang ditempatkan berada pada peningkatan risiko kinerja yang kurang baik. Microcracking sel sering kali tidak memengaruhi kinerja modul saat modul masih baru, tetapi hal itu tidak selalu terjadi seiring bertambahnya usia sistem. Setelah 5 atau 10 tahun di lapangan, beberapa modul terus bekerja seperti yang diharapkan, sedangkan yang lain mengalami degradasi yang dipercepat.
Membedakan antara modul "baik" dan modul "buruk" bukanlah masalah sederhana, terutama dalam sistem yang diterapkan setelah Departemen Perdagangan AS memberlakukan kebijakan AD/CVD-nya. Proyek besar yang tampaknya memiliki pemasok modul tunggal sebenarnya dapat mengintegrasikan modul yang diproduksi menggunakan sel yang bersumber dari selusin vendor yang berbeda. Mengingat bahwa setiap bill of material (BOM) adalah unik, masing-masing memiliki profil risiko yang berbeda.
Mengurangi risiko cuaca ekstrem
Tidak ada yang memahami bahaya alam yang terkait dengan penyebaran tenaga surya lebih baik daripada spesialis asuransi energi terbarukan seperti Asuransi Gcube. Menurut laporan pasar tahun 2021 perusahaan, "Hail or High Water: The Rising Scale of Extreme Weather and Natural Catastrophe Losses in Renewable Energy", klaim asuransi terkait cuaca telah tumbuh dalam frekuensi dan tingkat keparahan karena proyek surya telah meningkat dalam frekuensi, ukuran dan distribusi geografis. Mengingat pesatnya pertumbuhan pasar tenaga surya secara global, kenaikan yang sepadan dalam klaim asuransi tenaga surya tidak sepenuhnya tidak terduga. Namun, akar penyebab klaim asuransi surya telah mengejutkan beberapa orang dalam industri asuransi. Secara khusus, sejak 2015, kerugian yang diasuransikan terkait dengan peristiwa cuaca ekstrem kira-kira dua kali lipat dari kerugian yang berasal dari bencana alam.
Sementara kejadian cuaca ekstrem mengakibatkan kerugian yang lebih besar daripada bencana alam, klaim asuransi yang terkait dengan kategori kerugian akibat cuaca buruk tidak dapat dihindari. Pemangku kepentingan proyek dapat mencegah atau mengurangi banyak kerugian akibat cuaca ekstrem dengan melakukan kehati-hatian dan pandangan ke depan yang wajar dalam pemilihan produk dan desain sistem. Selain itu, spesialis mitigasi risiko dapat membantu investor ekuitas pajak dan perusahaan asuransi memahami risiko keuangan yang terkait dengan cuaca buruk.
Pengujian komparatif
Pemilihan produk yang strategis merupakan langkah awal yang penting untuk mengurangi penyebab utama kerugian cuaca ekstrem. Hasil pengujian bankabilitas dan sertifikasi di luar RETC menunjukkan bagaimana desain modul PV yang berbeda atau kombinasi modul dan rak menahan berbagai jenis tekanan lingkungan ini. Perbedaan-perbedaan ini sangat penting dalam konteks mitigasi risiko cuaca ekstrem.
Contoh bahaya cuaca ekstrem yang dapat dicegah termasuk angin, hujan es, dan salju. Berdasarkan frekuensi klaim, kejadian angin kencang merupakan penyebab utama kerugian yang diasuransikan pada aset surya yang diterjunkan. Berdasarkan beratnya kerugian, badai hujan es yang dipublikasikan secara luas di Texas Barat merusak sekitar 400,000 modul PV, menghasilkan klaim asuransi surya tunggal terbesar hingga saat ini. Salju adalah bahaya yang relatif lebih rendah secara keseluruhan tetapi menghadirkan risiko yang signifikan pada ketinggian atau garis lintang tertentu.
Tujuan pengujian komparatif dan dipercepat adalah untuk memberdayakan pemangku kepentingan proyek untuk mengidentifikasi dan menentukan produk dan desain sistem terbaik untuk aplikasi dan lingkungan tertentu. Modul yang berkinerja baik di bawah pengujian beban mekanis dinamis sangat cocok untuk ditempatkan di lingkungan angin kencang. Modul yang berkinerja baik dalam urutan Uji Daya Tahan Hujan es (HDT) RETC sangat cocok untuk diterapkan di wilayah yang rawan hujan es. Modul yang berkinerja baik dalam uji beban mekanis paling cocok untuk menahan beban yang terkait dengan es dan salju. Modul yang tidak berkinerja baik dalam kedua pengujian ini bukanlah produk yang "buruk", terutama dalam aplikasi yang tepat. Modul yang dikeraskan terhadap angin dan hujan es sering kali menimbulkan biaya produksi yang lebih tinggi. Kondisi untuk pemasangan di Central Valley California, yang jarang mengalami angin kencang, hujan es atau salju, mungkin tidak membenarkan biaya tambahan ini.
Untuk mengurangi risiko rantai pasokan, pengembang sering mengevaluasi dan mencari berbagai model dan vendor modul PV. Kerentanan cuaca ekstrem akan bervariasi di seluruh portofolio modul PV terpilih ini. Dengan memperhatikan perbedaan ini, pengembang dapat mengarahkan modul yang dikeraskan oleh angin, hujan es, atau salju ke lokasi yang rawan angin, hujan es, atau salju. Jenis penyebaran selektif ini adalah cara yang relatif sederhana dan hemat biaya untuk mengurangi risiko cuaca ekstrem.
Strategi penyimpanan defensif
Setelah memfilter dan secara selektif menyebarkan modul berdasarkan ketahanan terhadap kondisi spesifik lokasi, pemangku kepentingan proyek dapat menerapkan strategi kontrol perangkat lunak yang responsif terhadap cuaca untuk mengurangi risiko cuaca ekstrem lebih lanjut dalam aplikasi utilitas besar. Banyak sistem PV skala besar mengintegrasikan pelacak sumbu tunggal yang dikontrol secara cerdas yang menggunakan perangkat lunak untuk mengikuti matahari sambil menghindari bayangan sendiri. Karena klaim asuransi terkait cuaca telah meningkat, produsen pelacak terkemuka di industri telah menerapkan respons kontrol perangkat lunak baru, seperti mode penyimpanan defensif atau gudang muatan khusus ancaman.
Karena sifat kejadian angin kencang dan badai es yang sangat terlokalisasi dan bergerak cepat, peringatan cuaca buruk sering kali memberikan sedikit peringatan awal kepada operator pembangkit. Selain itu, jenis badai yang menghasilkan angin kencang dan hujan es yang besar sering mengakibatkan putusnya saluran listrik dan hilangnya daya AC. Kontrol perangkat lunak aktif dapat mengatasi tantangan ini dan memberikan mitigasi risiko yang efektif dengan fitur produk seperti inisiasi lokal atau jarak jauh, waktu respons yang cepat, dan cadangan baterai yang tidak aman. Penting juga untuk mempertimbangkan risiko cuaca yang kebetulan.
Meskipun industri asuransi telah lama mengandalkan penilaian risiko probabilistik untuk memberikan pertanggungan secara berkelanjutan, tantangan yang ditimbulkan oleh proyek surya ada dua. Pertama, data historis yang terbatas tersedia untuk memahami risiko cuaca ekstrem, terutama mengingat tingkat perubahan teknologi dan perluasan pasar. Kedua, data bencana alam yang biasanya diandalkan oleh perusahaan asuransi tidak menangkap peristiwa cuaca ekstrem yang "tidak dikategorikan".
Kualitas modul
Produk yang tampak serupa di atas kertas dapat tampil sangat berbeda di dunia nyata. Komitmen manufaktur terhadap kualitas sering kali menjadi penyebab perbedaan ini. Menerjunkan semakin banyak proyek surya berkapasitas lebih tinggi di lokasi di seluruh dunia bukan tanpa risiko. Mengurangi risiko spesifik lokasi memerlukan penerapan produk dan teknologi yang strategis. Pendekatan satu ukuran untuk semua untuk desain produk dan pengembangan proyek selalu meningkatkan profil risiko proyek. Diferensiasi produk strategis meningkatkan ketahanan proyek.
Modul dan desain sistem yang diperkeras dengan hujan es mengurangi risiko proyek di wilayah yang rawan hujan es seperti Texas Barat. Desain produk dan sistem yang menahan efek angin dinamis mengurangi risiko proyek di lokasi angin kencang di seluruh dunia. Desain produk dan sistem yang menahan beban mekanis statis yang tinggi mengurangi risiko kegagalan bencana di lokasi bersalju ekstrem. Produk tahan korosi memperpanjang masa pakai pengoperasian di wilayah pesisir.
Laboratorium penguji menggunakan peralatan yang dikalibrasi dan disertifikasi di bawah kondisi pengujian yang diaudit dan dikendalikan. Karakteristik yang ditangkap di bawah kondisi yang ketat ini mewakili ukuran yang tepat dari kinerja modul PV dan memberikan nilai kepada banyak pemangku kepentingan proyek. Meskipun pengujian pabrik menurut parameter kondisi pengujian standar (STC) sangat ideal untuk menetapkan peringkat pelat nama modul, hasil pengujian pabrik tidak mencirikan kondisi pengoperasian modul yang khas. Untuk memodelkan kinerja sistem secara akurat di dunia nyata, penting untuk memahami bagaimana kinerja modul di bawah kondisi radiasi rendah atau dalam kaitannya dengan perubahan sudut matahari. Selain itu, sangat penting untuk mengkarakterisasi kinerja modul di bawah kondisi pengujian yang mencerminkan kondisi operasi di mana sistem PV biasanya menghasilkan hasil energi yang optimal. Penting juga untuk memahami bagaimana paparan sinar matahari jangka pendek dan degradasi yang dihasilkan berdampak pada kinerja PV di lapangan.
Sepanjang Laporan Indeks Modul PV edisi 2022, RETC telah mengakui 9 produsen berbeda dan memamerkan 61 contoh pencapaian tinggi di bidang manufaktur. Untuk mengidentifikasi yang terbaik dari yang terbaik, ini meninjau dan memberi peringkat keseluruhan distribusi data di ketiga disiplin ilmu: kualitas, kinerja, dan keandalan. Matriks Hasil Keseluruhan menyoroti enam perusahaan berkinerja terbaik berdasarkan pencapaian tinggi secara keseluruhan di bidang manufaktur: JA Solar, JinkoSolar, LONGi Solar, Hanwha Q CELLS, Trina Solar, dan Yingli Solar.
