太阳能板预期寿命长达20~25年,然而户外环境的风吹日晒、沙尘覆盖遮阴都会影响发电表现,装设后才是太阳能板挑战的开始。
太阳能案场是由数片模块连接成串行,最后排成太阳能数组,设备规模可大可小,具备弹性设计与模块化优势,然而就如同俗语“一粒老鼠屎,坏了一锅粥”,太阳能板上的一小片遮阴就会影响到整个串行,进而降低太阳能案场收益。
有许多原因都可能会造成模块遮荫,除了树林、附近建筑等现场环境影响,云层与砂尘堆积、鸟屎等脏污都会冲击太阳能模块的发电表现,部分遮荫引发的能量损失每年可达5~25%。这主要是因为,遮荫会让太阳能模块电池内部阻抗升高,电流路径堵住出现反向电流情形,电流转换成热能损失,导致太阳能电池局部发热,最后造成热斑、黄化、玻璃破裂。
除了树林、附近建筑等现场环境影响,云层与砂尘堆积、鸟屎等脏污都会冲击太阳能模块的发电表现,部分遮荫引发的能量损失每年可达5~25%。 (Source:SolarEdge)
此外,就算具有完美环境、看似没有任何遮荫的案场,电池衰退、模块老化、撞击、模块功率正公差0~3 %等也为影响太阳能发电量的潜在原因之一,根据美国再生能源实验室(NREL)研究,2000年后期造的太阳能板每年退化程度为0.8%,中位数为0.6%,且纵使太阳能板外观可能没有受损、数组模块整理状况良好,模块老化程度不一也会造成模块失配。
也就是说,模块失配可说是太阳能电厂难以避免的挑战,为此以色列太阳能公司SolarEdge已带来解决方案,通过专利优化器连接串行中每片太阳能模块,让太阳能模块变成智能设备,并以优化器中的最大功率点关注(MPPT)优化每片太阳能发电量,降低潜在发电损失。
优化器也能即时监控每片模块性能,结合自动警示、即时及远程侦测功能将发电资料传到监控平台,客户能快速掌握太阳能系统发电状况,不仅能用应用程序查看每日发电量,若有遮荫、电池老化等问题,也能轻松找到问题点,不用再付费通过第三方监控服务,花费大量人力及时间进行大海捞针一般寻找,降低运维成本与速度。优化器更具有专利的SafeDC™功能,发生紧急状况,以及逆变器或电网电源关闭时,会自动将太阳能模块的直流电电压降低到安全范围,这是市面上较少见的功能。
客户可以通过即时监测系统随时关注模块发电量状况,颜色愈深代表发电量愈低。 (Source:SolarEdge)
不只是屋顶用,还能用在水面、地面与双面太阳能系统
为了实现2025年太阳能20GW能源目标,经济部已设下2021年底,要达到8.75GW累计设备量,将盘点工业、公设、农业等各式屋顶设备光电,并同时大力推动渔电共生、污染土地光电、港口停车场太阳能等,致力达标。
屋顶太阳能、大型地面太阳能、渔电共生将是台湾未来发展重点,其中在水面上架设太阳能板,既可降低水蒸发,太阳能板也能借由水的冷却效果提高发电效率与性能,与此同时也可以降低湖水蒸发与富营养化。
地面型、水面型案场也可以采用近年发展气势正盛的双面太阳能系统,这些两面都可以发电的太阳能模块,正面转换阳光发电,背面则是吸收地面、湖面反射光与漫射光,发电量比传统单面太阳能板多出2-3成,无论是对于空间有限或土地狭小,都可最大化土地利用与发电效益。
不过地面型、水面型案场也有得面对的挑战,除了鸟屎、灰尘、砂石堆积等脏污造成的模块失配问题,水面型太阳能还会遇到水波、台风与温度差等挑战,而水波动会造成模块受的光程度不同,若水面型案场使用双面模块,反射的光程度不同也会造成差异。双面太阳能板也需要考虑到正面与背面不均匀的光辐射,最近美国国家再生能源实验室(NREL)的双面模块失配研究,发现若是支架高度较低,屋顶太阳能年度失配损失会达2%,高度足够也会出现0.5%损失。
对此SolarEdge解决方案皆可根据个别模块的特定需求调整电流及电压,不用再担心太阳能案场串行被性能最低的模块拖垮,随时可以发挥太阳能系统的最大潜力,显示SolarEdge在双面模块上极有优势。
模块失配与遮荫难避免
SolarEdge优化器都有独立的MTTP功能,可实现灵活且弹性的安装设计,第一时间回避附近树木或建筑的遮荫,同时优化器也可以稳定电压,允许同一串数组中使用不同长度、倾斜角度与方向的太阳能模块,有助于设计发电条件最佳的太阳能系统。
以SolarEdge在日本山梨县50kw案例为例,案主太阳能电厂原先便苦于电线杆与电线遮荫问题,案场附近的树木也愈加高大,导致案场落成后的四年发电效益每况下滑;以及荷兰1.6MW的屋顶太阳能也因为模块衰退不均匀,同一数组出现最多10%失配。这些案场随后也在SolarEdge翻新整改后重生。
在实务上,太阳能系统都会遇上模块失配问题,除了云层、鸟屎与砂石等遮荫造成,可能的撞击、电池老化不均等都会冲击发电量,再完美的案场环境也无法保证运行20年之后周围依然毫无屏蔽物,如新盖的建筑物或是长高的树等。因此若要最大化太阳能案场发电效率,弹性的案场设计、优化模块发电以及即时监控警示皆不可少,才能让模块高效运行直到最后。
(图片来源:SolarEdge)