Os projetos de teste de rendimento fotovoltaico são uma das formas mais importantes de avaliar o desempenho de módulos e sistemas fotovoltaicos e, portanto, têm atraído grande atenção do setor nos últimos anos. A JA Solar e a TÜV Rheinland divulgaram recentemente os resultados de um teste de rendimento energético de um ano na base nacional de testes de rendimento externo para produtos fotovoltaicos em Qionghai, Hainan, China. O objetivo do teste foi estudar e verificar o desempenho de geração de energia de diferentes tipos de módulos, especialmente módulos do tipo N e do tipo P.
1. Informações do Projeto
O projeto de teste de campo está localizado em Qionghai, Hainan, cidade típica de um clima tropical de monções com um ambiente quente e úmido. A média anual de horas de pico é de cerca de 1550 kWh/m 2 (nível horizontal), a média anual de horas de sol é de cerca de 2.155 horas e a temperatura média anual é de cerca de 24 ℃. O projeto de teste em campo é mostrado na Figura 1.
A planta de teste de campo está equipada com um conjunto de módulos bifaciais tipo N da série DeepBlue 4.0 (com célula Bycium+ baseada na tecnologia de contato passivado tipo N) e um conjunto de módulos bifaciais PERC tipo P, com potência instalada de aproximadamente 5kW para cada conjunto (medida pelo laboratório) e um inversor de 6kW para cada conjunto. O projeto utilizou método de instalação de suporte fixo (ângulo de inclinação 19°), com o longo frame do módulo fixado no purlin vertical, para garantir que a parte traseira do módulo não fique bloqueada. O módulo está cerca de 1 metro acima do solo. Além do sistema de monitoramento do local, o projeto foi equipado com medidores de irradiância de alta precisão, medidores CC de alta precisão e sensores de temperatura.
Para o projeto do sistema fotovoltaico e análise do rendimento energético do módulo, apenas os dados do medidor CC foram utilizados para a análise, a fim de evitar o efeito dos inversores no desempenho de geração de energia de diferentes módulos.
2. Comparação do desempenho da geração de energia
De fevereiro de 2023 a julho de 2023, o desempenho do rendimento energético dos módulos do tipo N e dos módulos do tipo P é mostrado no Gráfico 1. O rendimento energético médio diário desses dois módulos foi de 4,32 kWh/kW e 4,20 kWh/kW respectivamente, com módulos do tipo N superando os módulos do tipo P em cerca de 2,9%. A capacidade de geração de energia dos módulos fotovoltaicos depende da degradação de energia, coeficiente de temperatura, temperatura operacional, desempenho de geração bifacial, desempenho em baixa irradiância etc. Embora ambos os tipos de módulos sejam baseados em células solares bifaciais half-cell, a diferença no rendimento energético se deve principalmente ao desempenho da tecnologia da célula.
Em relação à degradação de energia, os módulos do tipo N possuem uma vantagem natural quando comparados aos do tipo P, por conta da ausência de LID e melhor desempenho LeTID. A JA Solar oferece uma garantia de performance de 30 anos com menos de 1% de degradação no primeiro ano e menos de 0,4% de degradação anual nos anos seguintes. Os cálculos mostram que o ganho de geração de energia durante a vida útil do sistema é de até 1,8% e os dados de degradação do primeiro ano mostram um ganho de energia de até 1%.
Quanto ao desempenho do rendimento energético em alta temperatura, principalmente relacionado ao coeficiente de temperatura e à temperatura de operação do módulo, teoricamente, uma tensão de circuito aberto de célula mais alta significa melhor coeficiente de temperatura. A tensão de circuito aberto da célula Bycium+ tipo N pode atingir 725mV, e o coeficiente de temperatura dos módulos tipo N é -0,3%/℃, enquanto nos módulos tipo P é -0,35%/℃. Durante dias de clima quente, assumindo que a temperatura operacional do módulo seja de 55°C (temperatura ambiente de 30°C), a perda por degradação de energia dos módulos do tipo n é de 1% a 1,5% menor do que os módulos do tipo P. Com a temperatura operacional do módulo aumentando continuamente, o desempenho em altas temperaturas dos módulos do tipo N será significativamente melhor. Ao mesmo tempo, devido à maior eficiência de conversão dos módulos do tipo N, a conversão em calor da energia luminosa absorvida é correspondentemente reduzida, reduzindo assim a temperatura operacional dos módulos. Combinado com o excelente coeficiente de temperatura e baixa temperatura operacional, a geração de energia dos módulos do tipo N é cerca de 1,5% a 2% maior do que a dos módulos do tipo P sob condições de alta temperatura.
Além disso, o módulo tipo N possui 80% de bifacialidade, superior aos 70% dos módulos tipo P. Supondo que a irradiância sob a parte traseira seja de 100 a 150 W/m 2, a diferença de bifacialidade de 10% pode trazer ganho de energia do módulo tipo N de 1% a 1,5%, quando em diferentes ambientes terrestres (albedo de 20% a 30%), combinado com diferentes alturas do módulo em relação ao solo, espaçamento frontal e traseiro e montagem traseira com ou sem sombreamento, o ganho de geração de energia do módulo tipo N varia de 0,8% a 1,2%.
Quanto ao desempenho do rendimento energético em baixa irradiância, devido a menor vida útil do portador que leva à recombinação de elétrons de maneira mais rápida e menores resistências internas, a simulação mostra um ganho de cerca de 0,2% para módulos do tipo N, em condições de 600W/m².
3. Análise dos fatores que afetam o ganho de rendimento energético do modulo tipo N
Em diferentes condições climáticas e meteorológicas, diferentes tipos de projetos e ambientes de instalação, o ganho de geração de energia dos módulos do tipo N também foi diferente do dos módulos do tipo P. Os dados de teste de campo durante um ano da JA Solar Yinchuan (JA Solar e TÜV North, na base de teste de campo nacional CPVT Yinchuan PV de fevereiro de 2021 a fevereiro de 2022) mostram que o rendimento de energia dos módulos do tipo N baseados na célula Bycium+ é cerca de 3,9% superior ao dos módulos do tipo P, e o ganho de rendimento energético é de cerca de 3,5% de fevereiro a julho, o que é ligeiramente superior ao do projeto de teste de campo de Hainan.
De fevereiro de 2021 a julho de 2021, o rendimento energético diário do módulo tipo N em Yinchuan foi de 5,31 kWh/kW, e de fevereiro de 2023 a julho de 2023, o rendimento energético diário do módulo tipo N em Hainan foi de 4,32 kWh/kW. Quase nos mesmos meses dos últimos dois anos, o rendimento diário de energia do módulo tipo N de teste de campo de Yinchuan foi cerca de 23% maior do que o teste de campo de Hainan, principalmente por conta da diferença de irradiância entre os dois locais. A seguir, foram selecionados para análise os dados de produção de energia de dois dias ensolarados (alta irradiância, 7 de julho e 13 de julho) e dois dias nublados (baixa irradiância, 26 de fevereiro e 12 de abril) do projeto de teste em campo de Hainan, conforme mostrado na Fig. 3. Ao normalizar a potência instantânea da potência medida do módulo no laboratório, pode-se observar claramente que o ganho de rendimento energético do módulo tipo N é relativamente maior conforme a irradiância é maior, de 4,01% e 4,06% em 7 e 13 de julho, respectivamente. Quando a irradiância é menor, o ganho de rendimento energético do módulo tipo N é relativamente menor, de 1,60% e 1,32% em 26 de fevereiro e 12 de abril, respectivamente. Os dados acima mostram que quando a irradiância é alta, excluindo a influência de outros fatores, o ganho de rendimento de energia do módulo tipo N é maior. O albedo do solo e a altura dos módulos em relação ao chão do teste de campo de Yinchuan e do teste de campo de Hainan são basicamente os mesmos, e a diferença no ganho de rendimento de energia depende principalmente da intensidade da irradiância, os dados de comparação dos dois projetos comprovam ainda mais a excelente potência do módulo tipo N desempenho da geração.
4. Resumo
De fevereiro de 2023 a julho de 2023, foi testada a capacidade de geração de energia dos módulos do tipo N e constatado que é cerca de 2,9% maior do que a geração dos módulos do tipo P – sob análise teórica – principalmente devido à degradação de energia superior, rendimento de temperatura mais alto, desempenho de rendimento de energia bifacial e recursos de baixo rendimento de irradiância dos módulos da série DeepBlue 4.0. Sob condições de alta irradiância, o ganho de energia dos módulos do tipo N é mais proeminente, de modo que o desempenho de geração de energia é melhor para módulos do tipo N em ambientes de alta irradiância e áreas de alta temperatura. Este teste de campo será monitorado continuamente no futuro e fornecerá a base técnica para a seleção de produtos fotovoltaicos disponíveis no mercado e também para os clientes.