Inhaltsverzeichnis
1. Einführung
2. Die Entstehung von Hochstrom-Photovoltaikmodulen
3. Risiken und Verluste von Hochstrom-Photovoltaikmodulen
4. Vorteile von Niedrigstrom-Photovoltaikmodulen
5. Schlussfolgerung
Einführung
Mit den Fortschritten in der Photovoltaik-Technologie hat sich der Markt für Photovoltaikmodule von Hochstrom- zu Niedrigstrommodulen entwickelt. Hochstrom-Photovoltaikmodule haben aufgrund ihrer hohen Leistungsabgabe Aufmerksamkeit erregt, aber die damit verbundenen Risiken und Verluste dürfen nicht ignoriert werden. Im Gegensatz dazu werden Niedrigstrom-Photovoltaikmodule zunehmend als klügere Wahl angesehen, da sie Vorteile in Bezug auf Sicherheit, Effizienz und Kompatibilität bieten. Dieser Artikel wird die Risiken und Verluste von Hochstrom-Photovoltaikmodulen analysieren und die einzigartigen Vorteile von Niedrigstrom-Photovoltaikmodulen untersuchen.
Die Entstehung von Hochstrom-Photovoltaikmodulen
Levelized Cost of Energy (LCOE) ist eine zentrale Kennzahl zur Bewertung von Photovoltaikprojekten. Auf der Modulseite spielen Effizienz, Leistung und Erzeugungskapazität eine entscheidende Rolle, und die Verbesserung der Leistung und Effizienz von Photovoltaikmodulen kann das LCOE effektiv senken. Bereits 2009 lag die maximale Leistung von Photovoltaikmodulen in der Branche bei nur 290 W. Nach mehr als einem Jahrzehnt der Entwicklung ist die Leistung der Photovoltaikmodule auf über 500 W gestiegen, wobei einige sogar 600 W überschreiten. Die Hauptwege zur Verbesserung der Modulleistung umfassen Fortschritte in der Zelltechnologie, die die Umwandlungseffizienz erhöhen, die Optimierung des Modullayouts und der Hilfsmaterialien sowie die Vergrößerung der Wafergrößen. Anfangs basierten massenproduzierte Solarzellen auf 125-mm-Wafern, die später auf 156 mm, 156,75 mm, 158,75 mm, 166 mm und nun auf 182 mm und 210 mm weiterentwickelt wurden. Die Einführung von 182 mm und 210 mm großen Wafern im Jahr 2020 brachte nicht nur einen signifikanten Anstieg der Modulleistung mit sich, sondern erhöhte auch die Betriebsstromstärke der Photovoltaikmodule erheblich.
Im Allgemeinen umfasst die Logik hinter der Vergrößerung der Wafergröße zwei Hauptpunkte: Erstens kann sie die Kosten pro Watt für Wafer und Solarzellen effektiv senken und dadurch die Produktionskosten von Photovoltaikmodulen senken; zweitens kann die Vergrößerung der Wafergröße die Modulleistung erhöhen und dadurch die Systemkosten senken. Die damit verbundenen Vorteile sind jedoch nur bis zu einem gewissen Grad realisierbar; wenn die Zellgröße und der Strom auf ein bestimmtes Maß ansteigen, können die damit verbundenen Risiken, Gefahren und Verluste die Vorteile überwiegen.
Risiken und Verluste von Hochstrom-Photovoltaikmodulen
1. Produktions- und Qualitätsrisiken von Hochstrom-Photovoltaikmodulen
Im Produktionsprozess tendiert der Produktertrag zur Verringerung, wenn die Zellgröße zunimmt, da die Herstellung schwieriger wird. Der Ertrag von Großformat-Wafern und -Zellen in den frühen Produktionsstadien kann nicht das Niveau der ursprünglichen Produkte erreichen, und einige Probleme, die durch die Vergrößerung der Größe entstehen, können nicht perfekt gelöst werden, wenn der Prozess reift. Zudem können übergroße Wafer die Entwicklung dünnerer Zellen behindern, und die vergrößerte Größe der Photovoltaikmodule kann die Kostenreduktion bei Rahmen und Glas erschweren, was sich auf die Produktionskosten auswirkt. Darüber hinaus erhöht die Vergrößerung der Wafer- und Modulgröße auch die mechanischen Belastungsrisiken, was den Transport und die Installation schwieriger macht und höhere Anforderungen an die Trägersysteme stellt, was die Qualität während des gesamten Produkt- und Systemlebenszyklus beeinträchtigt.
2. Einfluss von Hochstrom-Photovoltaikmodulen auf die Stromerzeugung
(1) Kabelverluste
Basierend auf einem 100-MW-Projekt haben wir die Kabelverluste von 182-mm-Photovoltaikmodulen (Betriebsstrom etwa 13 A) und ultrahochstrom-Photovoltaikmodulen (Betriebsstrom etwa 18 A) verglichen. Unter Standard-Testbedingungen (STC) hatte die ultrahochstrom-Photovoltaikmodul-Lösung bei Verwendung derselben 4-mm²-Kabelspezifikation etwa 0,2 % höhere DC-seitige Kabelverluste im Vergleich zur 182-mm-Modul-Lösung. Selbst bei einer tatsächlichen Anwendungsumgebung mit einer Einstrahlung von 70 % der STC-Bedingungen besteht immer noch ein Kabelverlustunterschied von etwa 0,14 %. In Systemen mit bifazialen Photovoltaikmodulen kann der Stromanstieg der bifazialen Module im Vergleich zu monofazialen Modulen 10 % bis 20 % betragen, was den Kabelverlustunterschied weiter verstärkt.
(2) Modultemperaturverlust
Wir haben auch entsprechende Untersuchungen und Berechnungen zu den thermischen Verlusten von Photovoltaikmodulen durchgeführt: Der thermische Verlustanteil von ultrahochstrom-Photovoltaikmodulen ist um 0,53 % höher als bei 182-mm-Photovoltaikmodulen. Bei einem Projekt im Maßstab von 3 GW werden ultrahochstrom-Photovoltaikmodule aufgrund direkter thermischer Verluste 20 Millionen kWh weniger pro Jahr erzeugen als 182-mm-Photovoltaikmodule.
(3) Stromerzeugung und LCOE-Berechnung
Simulationsergebnisse zeigen, dass die Stromerzeugung von 182-mm-Photovoltaikmodulen um 1,8 % höher ist als die von ultrahochstrom-Modulen, bei 1,862 kWh/Wp/Jahr. In Bezug auf das LCOE sind die 182-mm-Photovoltaikmodule um 0,03-0,05 Yuan/kWh niedriger als die ultrahochstrom-Module, bei 0,19 Yuan/kWh.
(4) Empirische Analyse von Ultrahochstrom-Photovoltaikmodulen
Um die Stromerzeugungsleistung und die Betriebstemperaturunterschiede verschiedener Photovoltaikmodule vollständig zu untersuchen, führte eine führende Marke in Zusammenarbeit mit TÜV Nord im Februar 2021 ein Outdoor-Empirie-Projekt an der Nationalen Photovoltaik-Experimentierbasis in Yinchuan durch. Empirische Daten zeigten, dass bei hohem Einstrahlungswetter aufgrund der Umwandlung von mehr Energie in Wärme auf den Bändern die Betriebstemperatur von ultrahochstrom-Photovoltaikmodulen durchschnittlich 1,8°C höher war als die von 182-mm-Photovoltaikmodulen, mit einem maximalen Temperaturunterschied von etwa 5°C. Dies liegt hauptsächlich daran, dass der hohe Betriebsstrom der Photovoltaikmodule zu erheblichen thermischen Verlusten an den Metallelektroden und Bändern der Zelle führt und die Betriebstemperatur des Moduls erhöht. Es ist bekannt, dass die Ausgangsleistung von Photovoltaikmodulen mit steigender Temperatur abnimmt, wobei die Leistung um etwa 0,35 % pro 1°C Temperaturanstieg sinkt; in Kombination mit mehreren Faktoren zeigen empirische Daten, dass die Ein-Watt-Stromerzeugung von 182-mm-Photovoltaikmodulen etwa 1,8 % höher ist als die von ultrahochstrom-Modulen.
3. Elektrische Sicherheitsrisiken von Hochstrom-Photovoltaikmodulen
Photovoltaikmodule sind elektrische Geräte, die Solarzellen mit Glas, Rückseitenfolie, EVA oder POE verkapseln und dann den erzeugten Gleichstrom durch Anschlussdosen, Kabel und Steckverbinder übertragen. Für das gesamte Photovoltaikmodul können Anschlussdosen und Steckverbinder, obwohl sie unscheinbare kleine Komponenten sind, bei einem Ausfall erhebliche Sicherheitsrisiken verursachen.
(1) Heizrisiko der Anschlussdose
Statistiken von autoritativen Drittorganisationen zeigen, dass Ausfälle von Kraftwerken (insbesondere Brände), die durch Photovoltaikmodule verursacht werden, meist mit Anschlussdosen und Steckverbindern zusammenhängen. Daher ist die Anschlussdose ein kritischer technischer Punkt im Modulentwurf, insbesondere für Hochstrom-Photovoltaikmodule, bei denen die Stromtragfähigkeit der Dioden in der Anschlussdose entscheidend ist. Das folgende Bild zeigt die Situation, in der das Erhitzen der Anschlussdose zum Brennen des Steckverbinders führte.
Um die Stromtragfähigkeit der Dioden in der Anschlussdose sicherzustellen, wird für monofaziale Photovoltaikmodule empfohlen, dass der Nennstrom der Anschlussdose größer als das 1,25-fache des Kurzschlussstroms (Isc) sein sollte. Für bifaziale Photovoltaikmodule sollten auch ein 30 % bifazialer Gewinn und etwa 70 % Rückseitenverhältnis berücksichtigt werden. Die 182-mm-bifazialen Photovoltaikmodule verwenden auf dem Markt verfügbare 25-A-Nennstrom-Anschlussdosen und halten eine Sicherheitsmarge von etwa 16 %, was die langfristige Zuverlässigkeit der Hochstrom-Photovoltaikmodule gewährleistet. Größere Strommodule erfordern Anschlussdosen mit höherem Nennstrom (30 A). Selbst bei 30-A-Anschlussdosen ist jedoch die Sicherheitsmarge der ultrahochstrom-Photovoltaikmodule relativ gering, und das Überlastungsrisiko steigt unter Bedingungen hoher Einstrahlung und hoher Temperaturen erheblich.
(2) Kabelheizrisko
Basierend auf dem IEC 62930-Standard haben wir Untersuchungen und Berechnungen zur Stromtragfähigkeit von Photovoltaikkabeln durchgeführt. In allgemeinen bodenmontierten oder verteilten Dachkraftwerken können 4 mm² Kabel die Anwendungsanforderungen von 182-mm-Photovoltaikmodulen und ultrahochstrom-Photovoltaikmodulen erfüllen. Wenn jedoch einige verteilte Dächer Temperaturen von 70°C erreichen, könnten die Kabel überhitzen und brennen, wenn ultrahochstrom-Photovoltaikmodule nicht teurere 6 mm² Photovoltaikkabel verwenden, was das Brandrisiko erhöht.
Vorteile von Niedrigstrom-Photovoltaikmodulen
Angesichts der verschiedenen Risiken und Verluste von Hochstrom-Photovoltaikmodulen weisen Niedrigstrom-Photovoltaikmodule einzigartige Vorteile auf. Diese Vorteile machen sie zunehmend dominant auf dem Markt, insbesondere in Anwendungen, bei denen Systemzuverlässigkeit und langfristige Vorteile im Vordergrund stehen.
1. Höhere elektrische Sicherheit
Das Niedrigstrom-Design von Niedrigstrom-Photovoltaikmodulen reduziert thermische Verluste und Hot-Spot-Risiken erheblich, was die elektrische Sicherheit erhöht. Zum Beispiel verwenden die Niedrigstrom-Photovoltaikmodule Twisun Pro ein 10-A-Niedrigstrom-Design, das die Betriebstemperatur senkt und die Wahrscheinlichkeit von elektrischen Ausfällen weiter reduziert. Dieses Design verlängert nicht nur die Lebensdauer des Moduls, sondern gewährleistet auch einen zuverlässigen Betrieb in verschiedenen Umgebungen.
2. Höhere Energieerzeugungseffizienz
Twisun Pro Niedrigstrom-Photovoltaikmodule erreichen eine höhere Energieerzeugungseffizienz durch einen einzigartigen Dreiteilchenzellenprozess. Im Vergleich zu traditionellen Halbzellenprozessen senkt der Dreiteilchenzellenprozess die Betriebstemperatur des Moduls um 20 %, was die Energieerzeugung um 4,64 % erhöht. Zudem reduziert das Niedrigstrom-Design die Leitungsverluste, wodurch jeder Watt Leistung effektiver in nutzbaren Strom umgewandelt wird.
3. Systemkompatibilität und Kosteneffizienz
Die Standardgröße und das Niedrigstrom-Design von Niedrigstrommodulen machen sie kompatibler mit bestehenden Wechselrichtern und Montagesystemen. Beispielsweise hat das Twisun Pro Photovoltaikmodul einen Strom von etwa 10 A und eine Standardgröße von 1,998 Quadratmetern, was es für gängige Wechselrichter und Montagehalterungen geeignet macht. Dies vereinfacht den Systemintegrationsprozess und senkt die Installationskosten. Zudem erleichtert die leichte Doppelglasstruktur der Niedrigstrommodule (nur 21 kg) den Transport und die Installation, wodurch die Dachlast weiter reduziert und die Installationsschwierigkeiten und -kosten gesenkt werden.
4. Leistung in Umgebungen mit geringer Einstrahlung
Niedrigstrommodule zeigen hervorragende Leistung in Umgebungen mit geringer Einstrahlung. Twisun Pro Photovoltaikmodule beginnen früher am Morgen mit der Stromerzeugung und hören später am Abend bei schwachem Licht auf, wodurch die tägliche Stromerzeugungszeit verlängert wird. Diese Eigenschaft ermöglicht es Niedrigstrommodulen, in verschiedenen Wetterbedingungen eine hohe Effizienz aufrechtzuerhalten und die Gesamtstromerzeugung erheblich zu steigern.
5. Längere Lebensdauer und Garantie
Die ultraniedrige Degradationsrate der Twisun Pro Niedrigstrom-Photovoltaikmodule führt zu nur 1 % Degradation im ersten Jahr und 0,4 % jährlich danach, was eine langfristig hohe Effizienz der Stromerzeugung gewährleistet. Zudem bietet Twisun Pro 30 Jahre Produkt- und Leistungsgarantie für seine Doppelglasmodule. Diese langfristige Sicherheit macht die Investition in Niedrigstrommodule wirtschaftlich rentabler und reduziert Wartungs- und Ersatzkosten.
Schlussfolgerung
Zusammenfassend haben sich die Twisun Pro Niedrigstrom-Photovoltaikmodule mit ihren erheblichen Vorteilen in Bezug auf elektrische Sicherheit, Energieerzeugungseffizienz, Systemkompatibilität und Kosteneffizienz zu einer klügeren Wahl auf dem Markt entwickelt. Sie adressieren die verschiedenen Risiken, die mit Hochstrom-Photovoltaikmodulen verbunden sind, und bieten den Kunden sicherere, effizientere und zuverlässigere Photovoltaiklösungen. Die Wahl von Twisun Pro Niedrigstrom-Photovoltaikmodulen wird Ihrem Photovoltaiksystem höhere Erträge und eine längere Lebensdauer bringen.
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