El fin de semana decía: Módulos más grandes, sí, pero ¿mejor…?
Ahora es una tendencia bien establecida. Después del cambio a tamaños de obleas más grandes que se llevó a cabo en 2019, este año prácticamente todos los fabricantes fotovoltaicos más importantes introdujeron nuevos módulos en dimensiones superiores a los 2 metros y con potencias superiores a 500 W, en algunos casos, como de hasta 800 W. A medida que estos módulos comienzan a salir de las líneas de producción en cantidades mayores, es vital analizar los desafíos y oportunidades que brindan al diseño, instalación y operación a largo plazo del sistema.
JA Solar exhibió sus módulos Jumbo 745-810 W en la feria comercial SNEC en agosto. De los módulos en el piso de exhibición quedó claro que la tendencia de formatos más grandes ahora está bien establecida.
Imagen: JA Solar
Para los fabricantes de módulos de nivel 1, el cambio a formatos más grandes tiene claros beneficios en términos de estructura de costos: con la adaptación del equipo, pueden producir un módulo de 600 W en el mismo tiempo que se tarda en producir uno de 400 W, aumentando efectivamente su capacidad de producción. La medida también puede servir para aumentar la participación de mercado, dejando atrás a los productores más pequeños que carecen del efectivo inicial para adaptar el equipo para procesar obleas más grandes, ya que no pueden igualar las calificaciones de potencia.
Si bien estos enormes saltos en la potencia nominal se ven impresionantes en el papel, a menudo se dice que hay poca innovación detrás de ellos, solo un aumento de tamaño. Hay algo de verdad en esto: sin el aumento de tamaño, estaríamos viendo aumentos en el rango de decenas de vatios, en lugar de cientos. Pero fue la innovación anterior de las celdas a medio cortar lo que realmente lo hizo posible. También se ha trabajado mucho en nuevas estrategias de interconexión, así como en esfuerzos para reducir la brecha entre las celdas para aumentar aún más el área de superficie activa.
Para los fabricantes que han invertido en enormes capacidades de producción para celdas y módulos PERC, puede haber pocas otras opciones abiertas, ya que las nuevas formas de aumentar la eficiencia se vuelven más difíciles de encontrar y las nuevas tecnologías de celdas comienzan a acercarse a PERC en términos de costo por vatio. . Y dado que este cambio a formatos más grandes promete aumentar el rendimiento energético y reducir el LCOE a nivel de proyecto, se puede argumentar que es tan valioso como cualquier otra innovación.
Promesas, preocupaciones
Los fabricantes de estos módulos prometen que no es solo una optimización de costes para ellos. A lo largo de este año, los lanzamientos de nuevos módulos que incorporan celdas de 182 mm o 210 mm han estado acompañados de mucha fanfarria y promete que el cambio reducirá los costos en otras partes del diseño del sistema y, en última instancia, conducirá a un menor costo nivelado de la electricidad a nivel de proyecto. .
El primero de ellos es la afirmación de que los módulos más potentes reducirán los costos del rastreador o estantería. Con el módulo en la orientación correcta, el sistema de estanterías solo necesita hacerse un poco más largo para acomodar más módulos y más vatios por pila.
Otra afirmación común a la mayoría de los nuevos módulos de gran formato es que la combinación de celdas cortadas, interconexión multibusbar y diseños de módulos "gemelos" reduce el voltaje del módulo, lo que nuevamente permite a los diseñadores de sistemas instalar más capacidad de energía en la misma cantidad de espacio.
“El bajo coeficiente de temperatura y voltaje en circuito abierto de nuestro módulo Tiger puede aumentar el número de módulos a nivel de cadena”, explica Roberto Murgioni, Jefe de Servicio Técnico para Europa en JinkoSolar. "Y si se conoce la capacidad del lado de CC del proyecto, se puede reducir el número total de cadenas en el proyecto, lo que permite densidades de potencia de 214 vatios por metro cuadrado". El aumento de la cantidad de módulos por cadena debería servir a su vez para reducir la cantidad de cableado y cajas de combinación necesarias, lo que reduciría aún más los costos de BOS.
Al lanzar sus nuevos módulos de la Serie 7 el mes pasado, Canadian Solar presentó cálculos de que los nuevos módulos, basados en una oblea de 210 mm, permiten a los ingenieros aumentar el número de módulos por cadena a más de 30. Esto aumenta la potencia por cadena hasta 20,2 kW. , en comparación con 12,2 kW de una cadena de alrededor de 26 de un módulo mono-PERC Canadian Solar de generación anterior.
El lanzamiento de estos módulos también ha generado varias preocupaciones sobre el salto de tamaño. Algunos han notado que al aumentar el tamaño, los fabricantes no han hecho que el vidrio frontal sea más grueso, lo que hace que el módulo sea un poco más endeble. Trina Solar informa, sin embargo, que resolvió cualquier problema aquí fortaleciendo el marco de metal, y otros fabricantes informan que sus módulos pueden resistir fácilmente la prueba de carga mecánica de 5.400 pascales especificada en las normas IEC. Con un voltaje más bajo también viene una corriente más alta, lo que lleva a algunos a preocupaciones de voz sobre los puntos de acceso que degradan el rendimiento. En respuesta a esto, los fabricantes señalan los diseños de media celda y de módulo doble, así como los espacios más pequeños entre las celdas, entre sus estrategias para evitar que la corriente se eleve demasiado.
Algunos también han expresado su preocupación de que el tamaño y el peso de estos módulos causen problemas en el envío y para los instaladores. Los fabricantes han informado que al empaquetar módulos verticalmente en cajas de envío y al explorar otras optimizaciones, pueden enviar grandes volúmenes sin problemas. Y en el lado de la instalación, Tomaso Charlemont, líder global de adquisición de energía solar en el desarrollador de proyectos RES Group, le dice a pv magazine que el mayor de los nuevos módulos fotovoltaicos generalmente pesa alrededor de los 35 kg. Esto es similar a los módulos de la Serie 6 de First Solar, que no han causado ningún problema importante para los instaladores desde que se introdujeron hace un par de años.
Para los ingenieros y desarrolladores de proyectos, es los primeros días trabajando con estos módulos. Y aunque muchas afirmaciones de los fabricantes parecen válidas, hay más factores en juego que solo se aclararán una vez que veamos que los módulos se utilizan en proyectos reales. Tino Weiss, jefe de compras de BayWa re Solar Projects, dice que puede ver la reducción de los costos de cableado en el campo. También es probable que se reduzcan los costos en el sistema de seguimiento / estantería, pero habrá un límite en cuanto a cuánto más largo / ancho se puede ir sin aumentar el costo de la estructura, dice. Y advierte que el aumento de corriente podría resultar en la necesidad de fusibles de mayor potencia, aumentando el precio de las cajas combinadas. “La verdadera pregunta es cuánto de estos ahorros de BOS son consumidos por el precio del módulo”, dice Weiss.
Grande y luego más grande
La aparición de obleas más grandes, y luego formatos de módulos más grandes, ha hecho que la industria se divida rápidamente en dos campos principales, promoviendo la oblea de 182 mm o la de 210 mm. Los fabricantes ciertamente se están asegurando de que las nuevas líneas de celdas y módulos sean capaces de procesar tamaños de hasta 210 mm e incluso más, pero algunos consideran que esto protege sus apuestas contra la posibilidad de tener que hacer una segunda ronda de costosas actualizaciones en un par de años. años. En términos de planes de producción reales, la industria parece dividida entre aquellos que ven el salto más grande en la producción de potencia habilitado por la oblea de 210 mm como un objetivo que vale la pena perseguir de inmediato, y aquellos que valoran el salto más incremental a 182 mm como menos arriesgado y ruta disruptiva hacia mayores rendimientos de energía y menor LCOE.
En un reciente seminario web de la revista pv, Trina Solar presentó un caso de estudio basado en un sistema de inclinación fija de 100 MW y 1500 V, comparando su módulo Vertex, que utiliza celdas de 210 mm, con un módulo de la competencia que utiliza 182 mm. Esto mostró que el módulo de Trina permitía hasta 36 módulos en una cadena, en comparación con 27 para el rival, y un aumento del 35,8% en la potencia por cadena. Y esto se reduce aún más a una reducción de 62 pilotes, 3,5 kg de acero y 1 kilómetro de cableado por megavatio instalado.
Pero los cambios más grandes significan más incertidumbre y mayores riesgos. El más grande y poderoso de estos nuevos módulos solares ya requiere rediseños en los proveedores de rastreadores e inversores, así como diseños generales del sistema, para que los desarrolladores de proyectos y los inversionistas obtengan sus beneficios. Si bien las recompensas potenciales son tales que algunos seguramente correrán el riesgo, se necesitarán al menos algunos años para que se desarrolle un historial y para que tales cambios sean aceptados y comprendidos por más inversores.
Mientras tanto, los módulos basados en obleas de 182 mm todavía alcanzan salidas de potencia muy superiores a 500 W y, en comparación, solo requieren optimizaciones menores de los componentes existentes y los diseños de la planta. “El módulo de 182 mm es el producto más maduro y rentable”, argumenta Murgioni de JinkoSolar. "Y ofrece rendimiento y capacidad de producción garantizados para el proceso de fabricación de células y módulos existente en la industria".
A corto plazo, al menos, aquellos que trabajan en sistemas completos favorecen la ruta menos disruptiva. Baywa re dice que los módulos que despliegan celdas de 182 mm en un diseño de medio corte parecen ser la solución óptima.
Tomaso Charlemont de RES Group también dice que sin un historial, la tecnología de 210 mm sería demasiado disruptiva para que la empresa la considere hoy, aunque no la descartará en el futuro. "Cuando le dicen que puede hacer cadenas de más de 30 módulos, todo el diseño del proyecto se ve afectado, por ejemplo, los seguidores necesitan ajustes y los inversores necesitan diferentes protecciones con fusibles". el explica. “Se trata de un diseño completamente diferente. Eso no va a suceder de la noche a la mañana ".
Charlemont continúa explicando, sin embargo, que trabajando con módulos de 182 mm, RES ya ha podido tomar un proyecto existente originalmente planeado con módulos M6 (166 mm) y recalcular para el formato más grande de 182 mm. Y los nuevos cálculos han mostrado ahorros de gasto de capital de alrededor de $ 0.01 / W.
“Aún permanece dentro de límites que puede evaluar rápidamente con los fabricantes de inversores y estructuras de montaje utilizando las soluciones actuales. Podemos llevar el módulo de 182 mm a un inversor y decirle 'aquí hay un número validado, aprobado por un ingeniero independiente'. Es un módulo diferente, pero es una implementación sencilla ”, explica Charlemont. "Puede comprender por qué los fabricantes tienen tanta confianza, porque saben que lo que hemos hecho es un trabajo fácil y rentable".
Sin embargo, el paso a obleas y módulos de 210 mm con una potencia nominal de 600 W o superior es un paso hacia un nuevo territorio, y se necesitará algún historial de rendimiento para que los inversores vean los sistemas diseñados con estos módulos como financiables. Pero la industria ya se ha dado cuenta, y es probable que algunos actores más importantes estén dispuestos a correr el riesgo de una nueva iteración de tecnologías existentes y bien entendidas como esta. Los proveedores de rastreadores e inversores también están trabajando rápidamente para optimizar sus ofertas para adaptarse a los módulos más grandes, y los fabricantes ya están informando ventas de módulos de 182 mm y 210 mm, y parecen estar muy convencidos de que la mudanza será un éxito.
Por ahora, ya sea de 182 mm o 210 mm, parece que los formatos de módulo y oblea más grandes llegaron para quedarse. Analistas como Wood Mackenzie (ver gráfico en la página 34) y PV InfoLink pronostican que estos dos tamaños representarán alrededor del 90% del mercado para 2025, con 210 mm comenzando a ganar una ventaja en los últimos años, lo que refleja el tiempo necesario para el nuevo movimiento. para establecerse y lograr la bancabilidad.
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