I moduli solari tradizionali convertono la luce in elettricità utilizzando celle fotovoltaiche (PV) sul lato superiore dei pannelli. Ora, I ricercatori del National Renewable Energy Laboratory (NREL) stanno facendo luce su ciò che si trova sotto.

A maggio 2019, un team di NREL ha dato il via a uno studio di tre anni per valutare i moduli bifacciali che raccolgono la luce su entrambi i lati di un pannello mentre seguono anche il sole durante il giorno. Il vantaggio principale dei pannelli bifacciali è ottenere una maggiore produzione di energia senza espandere l'ingombro del sistema o riconfigurare eccessivamente i pannelli.

I primi risultati mostrano una spinta significativa dai pannelli bifacciali. I dati da giugno a novembre 2019 hanno rivelato un aumento fino al 9% nella produzione di energia utilizzando pannelli bifacciali rispetto ai loro cugini unilaterali.

"Le celle stesse hanno più o meno lo stesso prezzo, "Chris Deline, Ha detto il ricercatore NREL e investigatore principale dello studio. "Stai andando a un pacchetto leggermente più costoso. Devi fare qualcosa di diverso sul retro:vetro o trasparente, plastica trasparente. Su tutto, costerà meno del 10% in più".

Per determinare quanta più potenza possono produrre tali pannelli, il team aveva bisogno di dati, quindi lo stanno raccogliendo. Alcuni dei loro dati sono già disponibili al pubblico, una novità assoluta nel settore per uno studio di questa portata. I ricercatori NREL prevedono che i nuovi dati rimuoveranno gli ostacoli al progresso della tecnologia all'avanguardia fornendo informazioni e migliori pratiche che aumentano l'efficienza dell'installazione, ridurre i costi, e migliorare la durata. Finora, i risultati non hanno deluso.

"Tutti sono davvero emozionati perché i risultati stanno tornando in linea con le aspettative, " Ha detto Deline. "Rispetto alle simulazioni iniziali, stiamo effettivamente ottenendo più energia di quella che è stata modellata."

Elettricità dalle fondamenta

Durante lo studio in corso, il team prevede di valutare i vantaggi delle diverse coperture del terreno sotto i pannelli solari. Poiché il guadagno di energia FV bifacciale si basa sulla luce riflessa, più il terreno può riflettere, più potenti sono i pannelli.

"Cerchiamo modi per migliorare l'albedo del suolo [la proporzione della luce incidente o della radiazione riflessa da una superficie, tipicamente quello di un pianeta o di una luna] attraverso diverse opzioni di trattamento come la vegetazione naturale, roccia frantumata, e barriere contro le erbacce, " Deline ha detto. "Alcuni di questi stanno già accadendo nell'industria, ma questo sarà il primo studio pluriennale con dati aperti".

Nel primo anno di studio, Il team di Deline sta testando la copertura naturale del suolo. Seguiranno aggiungendo pietrisco nel secondo anno, e Deline ha detto che stanno considerando di stendere una sorta di tessuto bianco per un terzo confronto.

"Stiamo vedendo che quando l'erba diventa marrone, diventa più riflessivo, " Deline ha detto. "E il manto nevoso è fantastico."

Con la neve per terra, quando l'albedo medio è molte volte più riflettente dell'erba, tutti i pannelli testati hanno raggiunto i loro guadagni più alti registrati.

Solare e accumulo:meglio insieme

Il team di NREL's Golden, Colorado, sito di ricerca sta lavorando con partner commerciali tra cui Prism Solar, prematura, e Lumos Solar, un fornitore con sede nella vicina città di Nederland, Colorado, insieme ai principali produttori internazionali. Facendo leva sui rapporti con un totale di sei società, il laboratorio valuterà e confronterà i pannelli mono e bifacciali delle stesse marche nel corso di più anni.

L'array FV a 10 file dello studio segue il sole utilizzando la tecnologia di inseguimento ad asse singolo di NEXTracker, aumentando la quantità di luce solare diretta che può essere catturata per produrre energia. La maggiore produzione di energia da ciascun modulo significa che le installazioni richiedono meno hardware di supporto per megawatt, abbassando quello che è noto come il saldo dei costi di sistema.

"Aumentando la produzione, questi moduli possono anche ridurre il numero totale di pannelli necessari, che rende più efficiente l'uso degli inverter, scaffalature, sistemi di localizzazione, interconnessioni, e altro hardware, "Deline ha detto.

Deline e il suo team hanno anche accoppiato l'array fotovoltaico con due batterie Avalon Battery al vanadio redox flow. Le batterie immagazzinano l'energia generata durante il giorno e la rendono disponibile per l'uso durante la maggiore richiesta serale.

Quel deposito, insieme alla tecnologia di inseguimento solare, aiuta a livellare l'output del sistema. Allevia il ripido, picchi di produzione a metà giornata, segnati da una minore generazione mattutina e pomeridiana che è comunemente associata alla produzione tradizionale, solare stazionario.

"Stiamo eseguendo uno scenario di arbitraggio energetico con le batterie che si scaricano nel pomeriggio e la sera con circa quattro ore di energia continua dalla generazione solare, " Deline ha detto. "Altrimenti, il guadagno bifacciale è ridotto al picco ma basso altrove, quindi questo fornisce una generazione più stabile e coerente."

Lo studio supporta anche la ricerca sulla durabilità dei materiali in collaborazione con altre organizzazioni di ricerca attraverso il Durable Module Materials Consortium (DuraMAT) del Department of Energy (DOE).

"Stiamo esaminando l'affidabilità del modulo sui tracker a un asse, e in particolare se moduli danneggiati durante la spedizione, con conseguente cellule incrinate, sono ancora utilizzabili o si deteriorano ulteriormente se installati su inseguitori monoasse, "Deline ha detto.

Calcolo ad alte prestazioni per la vittoria

Con la modellazione computazionale all'avanguardia e le capacità di simulazione predittiva, Le risorse di calcolo ad alte prestazioni (HPC) di NREL riducono i rischi e le incertezze che spesso limitano i progressi su tecnologie nuove e innovative.

"Di recente abbiamo attinto molto dal computer ad alte prestazioni Eagle, " Ha detto Deline. "Stiamo completando simulazioni di prestazioni di un anno che richiederebbero quattro o cinque giorni su un laptop, in meno di un minuto su Eagle".

Di conseguenza, il team può massimizzare l'output per diversi scenari di configurazione, compresa l'altezza delle scaffalature, spaziatura, e anche scelte di materiali come cornici di supporto nere o riflettenti. Le simulazioni sono open source, il che significa che altri possono utilizzare e basarsi sui set di dati per analisi future.

"Le nostre simulazioni iniziano dal pannello e riportano i fotoni nel punto in cui intercettano la cupola del cielo:è il ray-tracing all'indietro e valuta l'irradianza ai moduli, " Ha detto Deline. "Tutti i tipi di geometrie sono possibili."

Ciò significa topografia e strutture complicate tra cui porti auto, pergolati, e diversi sistemi di rack possono essere valutati prima della costruzione. Le simulazioni possono anche sovrapporre scenari aggiuntivi come i veicoli parcheggiati sotto i moduli solari utilizzati nei porti per auto.

Stabilire lo standard per gli investimenti e la sicurezza aziendale

Quando gli sviluppatori FV stanno progettando un nuovo sistema, sanno che un modulo monofacciale da 300 watt lo farà, non sorprendentemente, fornire metà della potenza di un modulo da 600 watt. Le aziende possono fare affidamento su presupposti così semplici grazie a standard di test e certificazione.

"Ma non lo abbiamo ancora per i moduli bifacciali, " Disse Deline. "Quindi quando aggiungi la sensibilità sul retro, l'industria chiede la metodologia necessaria per etichettare un modulo in modo da riflettere il valore aggiunto in modo coerente. Senza esso, gli acquirenti non conosceranno il costo per watt."

I contratti finanziari per gli impianti fotovoltaici si basano su quanta energia viene generata, quindi gli installatori e le utility hanno bisogno di una chiara comprensione di quanta energia viene prodotta per monetizzare equamente la produzione extra della tecnologia bifacciale. Il team di Deline sta creando test di capacità che determinano il nuovo output e aiuteranno ad aggiornare gli standard di conseguenza.

"Tutto ciò richiede un nuovo ecosistema di standard, strumenti di modellazione delle prestazioni, e le migliori pratiche per la strumentazione, " Aggiunge.

Gli standard di sicurezza sono un altro importante risultato della ricerca di NREL. Gli installatori devono sapere come aumenterà la corrente elettrica durante l'installazione di un modulo bifacciale anziché monofacciale. Conduttori, come cavi e fusibili, devono essere opportunamente dimensionati. Ancora qui, sono necessari standard e calcoli precisi per un'installazione efficiente e sicura.

Investire nel futuro dell'energia

In qualità di laboratorio nazionale con forti legami con l'industria, NREL è posizionato in modo univoco per fornire i dati, analisi, standard, e le migliori pratiche richieste da queste tecnologie.

"Pubblicando su questo, gli installatori solari vedranno condizioni migliori sui finanziamenti, " Deline ha detto. "Le utility porteranno più coerente, rinnovabile, ed energia a prezzi accessibili nel loro mix di generazione."