太陽能案場高效長壽關鍵,模組失配議題不可忽略

作者 | 發布日期 2021 年 03 月 23 日 11:30 | 分類 太陽能 , 能源科技 Telegram share ! follow us in feedly


太陽能板預期壽命長達 20~25 年,然而戶外環境的風吹日曬、沙塵覆蓋遮陰都會影響發電表現,裝設後才是太陽能板挑戰的開始。

太陽能案場是由數片模組連結成串列,最後排成太陽能陣列,裝置規模可大可小,具備彈性設計與模組化優勢,然而就如同俗語「一粒老鼠屎,壞了一鍋粥」,太陽能板上的一小片遮陰就會影響到整個串列,進而降低太陽能案場收益。

有許多原因都可能會造成模組遮蔭,除了樹林、附近建築等現場環境影響,雲層與砂塵堆積、鳥屎等髒汙都會衝擊太陽能模組的發電表現,部分遮蔭引發的能量損失每年可達 5~25%。這主要是因為,遮蔭會讓太陽能模組電池內部阻抗升高,電流路徑堵住出現反向電流情形,電流轉換成熱能損失,導致太陽能電池局部發熱,最後造成熱斑、黃化、玻璃破裂。

▲ 除了樹林、附近建築等現場環境影響,雲層與砂塵堆積、鳥屎等髒汙都會衝擊太陽能模組的發電表現,部分遮蔭引發的能量損失每年可達 5~25%。(Source:SolarEdge)

此外,就算具有完美環境、看似沒有任何遮蔭的案場,電池衰退、模組老化、撞擊、模組功率正公差 0~3% 等亦為影響太陽能發電量的潛在原因之一,根據美國再生能源實驗室(NREL)研究,2000 年後製造的太陽能板每年退化程度為 0.8%,中位數為 0.6%,且縱使太陽能板外觀可能沒有受損、陣列模組整理狀況良好,模組老化程度不一也會造成模組失配。

也就是說,模組失配可說是太陽能電廠難以避免的挑戰,為此以色列太陽能公司 SolarEdge 已帶來解決方案,透過專利優化器連接串列中每片太陽能模組,讓太陽能模組變成智慧設備,並以優化器中的最大功率點追蹤(MPPT)最佳化每片太陽能發電量,降低潛在發電損失。

優化器也能即時監控每片模組性能,結合自動警示、即時及遠端偵測功能將發電資料傳到監控平台,客戶能快速掌握太陽能系統發電狀況,不僅能用應用程式查看每日發電量,若有遮蔭、電池老化等問題,也能輕鬆找到問題點,不用再付費透過第三方監控服務,花費大量人力及時間進行大海撈針一般尋找,降低維運成本與速度。優化器更具有專利的 SafeDC™ 功能,發生緊急狀況,以及逆變器或電網電源關閉時,會自動將太陽能模組的直流電電壓降低到安全範圍,這是市面上較少見的功能。

▲ 客戶可以透過即時監測系統隨時追蹤模組發電量狀況,顏色愈深代表發電量愈低。(Source:SolarEdge)

不只是屋頂用,還能用在水面、地面與雙面太陽能系統

為了實現 2025 年太陽能 20GW 能源目標,經濟部已設下 2021 年底,要達到 8.75GW 累計裝置量,將盤點工業、公設、農業等各式屋頂裝置光電,並同時大力推動漁電共生、污染土地光電、港口停車場太陽能等,致力達標。

屋頂太陽能、大型地面太陽能、漁電共生將是台灣未來發展重點,其中在水面上架設太陽能板,既可降低水蒸發,太陽能板也能藉由水的冷卻效果提高發電效率與性能,與此同時也可以降低湖水蒸發與優養化。

地面型、水面型案場也可以採用近年發展氣勢正盛的雙面太陽能系統,這些兩面都可以發電的太陽能模組,正面轉換陽光發電,背面則是吸收地面、湖面反射光與漫射光,發電量比傳統單面太陽能板多出 2-3 成,無論是對於空間有限或土地狹小,都可最大化土地利用與發電效益。

不過地面型、水面型案場也有得面對的挑戰,除了鳥屎、灰塵、砂石堆積等髒汙造成的模組失配問題,水面型太陽能還會遇到水波、颱風與溫度差等挑戰,而水波動會造成模組受的光程度不同,若水面型案場使用雙面模組,反射的光程度不同也會造成差異。雙面太陽能板也需要考量到正面與背面不均勻的光輻射,最近美國國家再生能源實驗室(NREL)的雙面模組失配研究,發現若是支架高度較低,屋頂太陽能年度失配損失會達 2%,高度足夠也會出現 0.5% 損失。

對此 SolarEdge 解決方案皆可根據個別模組的特定需求調整電流及電壓,不用再擔心太陽能案場串列被性能最低的模組拖垮,隨時可以發揮太陽能系統的最大潛力,顯示 SolarEdge 在雙面模組上極有優勢。

模組失配與遮蔭難避免

SolarEdge 優化器都有獨立的 MTTP 功能,可實現靈活且彈性的安裝設計,第一時間迴避附近樹木或建築的遮蔭,同時優化器也可以穩定電壓,允許同一串陣列中使用不同長度、傾斜角度與方向的太陽能模組,有助於設計發電條件最佳的太陽能系統。

以 SolarEdge 在日本山梨縣 50kw 案例為例,案主太陽能電廠原先便苦於電線桿與電線遮蔭問題,案場附近的樹木也愈加高大,導致案場落成後的四年發電效益每況下滑;以及荷蘭 1.6MW 的屋頂太陽能也因為模組衰退不均勻,同一陣列出現最多 10% 失配。這些案場隨後也在 SolarEdge 翻新整改後重生。

在實務上,太陽能系統都會遇上模組失配問題,除了雲層、鳥屎與砂石等遮蔭造成,可能的撞擊、電池老化不均等都會衝擊發電量,再完美的案場環境也無法保證運作 20 年之後周圍依然毫無遮蔽物,如新蓋的建築物或是長高的樹等。因此若要最大化太陽能案場發電效率,彈性的案場設計、優化模組發電以及即時監控警示皆不可少,才能讓模組高效運作直到最後。

(圖片來源:SolarEdge