Era dwóch modułów: jak wybrać zoptymalizowany kąt nachylenia dla fotowoltaicznych systemów montażowych

Dzięki ciągłemu postępowi w technologii fotowoltaicznej, dwustronne moduły słoneczne szybko zyskują popularność na całym świecie ze względu na wyższą wydajność wytwarzania energii elektrycznej. Według najnowszych danych BNEF (Bloomberg New Energy Finance) udział w światowym rynku modułów dwustronnych ma osiągnąć 35% w 2024 r., co oznacza wzrost o 8 punktów procentowych w porównaniu z rokiem 2023. W nowej erze przyspieszającej penetracji modułów dwustronnych, Optymalizacja kąta montażu w celu maksymalizacji wytwarzania energii elektrycznej stała się ważnym tematem zainteresowania branży.

I. Zależność pomiędzy mechanizmem wytwarzania energii modułu dwustronnego a kątem nachylenia montażu

1. Zasada dwustronnego wytwarzania energii

W przeciwieństwie do tradycyjnych modułów jednostronnych, moduły dwustronne mogą generować energię zarówno z przedniej, jak i tylnej powierzchni, wykorzystując światło odbite. Powierzchnia przednia bezpośrednio odbiera promieniowanie słoneczne, natomiast powierzchnia tylna gromadzi przede wszystkim rozproszone światło odbite od podłoża. Według danych badawczych Międzynarodowej Agencji Energii Odnawialnej (IRENA) w idealnych warunkach moduły dwustronne mogą generować o 5-30% więcej energii niż moduły jednofazowe.

2. Podwójny wpływ kąta pochylenia na efektywność wytwarzania energii

• Uderzenie powierzchni czołowej: Kąt nachylenia określa kąt, pod jakim moduł otrzymuje bezpośrednie promieniowanie słoneczne.

• Uderzenie w tylną powierzchnię: Kąt pochylenia wpływa na ścieżkę i intensywność odbitego światła docierającego do tylnej powierzchni modułu.

Niedawne badania opublikowane przez amerykańskie Krajowe Laboratorium Energii Odnawialnej (NREL) na początku 2024 r. wskazują, że optymalny kąt nachylenia modułów dwustronnych jest zazwyczaj o 2–5 stopni większy niż w przypadku tradycyjnych modułów jednostronnych. Dzieje się tak, ponieważ większy kąt pochylenia pomaga zwiększyć ilość odbitego światła docierającego do tylnej powierzchni.

II. Kluczowe czynniki wpływające na wybór kąta pochylenia montażu

1. Czynniki geograficzne

• Szerokość: Bezpośrednio wpływa na kąt padania światła słonecznego.

• Warunki klimatyczne: Obszary z częstymi opadami deszczu lub śniegu wymagają uwzględnienia kątów samooczyszczania.

• Cechy topograficzne: Obecność pobliskich przeszkód może mieć wpływ na ekspozycję na światło.

2. Odbicie podłoża (Albedo)

Według danych Chińskiego Stowarzyszenia Przemysłu Fotowoltaicznego:

• Powierzchnia Betonowa: Albedo około 0,25-0,35

• Łąka: Albedo około 0,15-0,25

• Biały żwir: Albedo może osiągnąć 0,40-0,50

• Ziemia pokryta śniegiem: Albedo może osiągnąć nawet 0,80

3. Gęstość instalacji i odstępy między tablicami

Większy kąt nachylenia wymaga większego rozstawu rzędów, aby uniknąć zacienienia, co wiąże się z zrównoważeniem efektywności użytkowania gruntów i wydajności wytwarzania energii elektrycznej. Obecne praktyki branżowe zalecają, aby w przypadku systemów montowanych na ziemi współczynnik rozstawu wynosił 1,8–2,2 wysokości rzędu.

III. Optymalny kąt nachylenia dla różnych scenariuszy zastosowań

1. Duże elektrownie naziemne

Na podstawie danych globalnych z I kwartału 2024 r.:

• Obszary o małych szerokościach geograficznych (0-30°): Zalecany kąt pochylenia 15-25°

• Obszary o średnich szerokościach geograficznych (30–45°): Zalecany kąt pochylenia 25-35°

• Obszary na dużych szerokościach geograficznych (>45°): Zalecany kąt pochylenia 35-45°

2. Projekty dachowe komercyjne i przemysłowe

Ze względu na ograniczoną przestrzeń na dachu należy znaleźć równowagę pomiędzy wydajnością wytwarzania energii a gęstością instalacji:

• Płaskie dachy: Zalecany kąt pochylenia 10-15°

• Skośne dachy: Postępuj zgodnie ze spadkiem dachu, w razie potrzeby lekko dostosowując się do 5-10°.

3. Projekty agrowoltaiczne

Systemy agrowoltaiczne muszą również uwzględniać wymagania dotyczące wzrostu upraw:

• Ogólne Uprawy: Zalecany kąt pochylenia 23-28°

• Wysokie Uprawy: Kąt nachylenia można zwiększyć do 30-35°.

IV. Innowacyjne technologie i rozwiązania

1. Inteligentne systemy optymalizacji

Na początku 2024 roku kilka wiodących firm uruchomiło systemy oparte na uczeniu maszynowym do optymalizacji kątów montażu:

• Monitorowanie w czasie rzeczywistym danych dotyczących wytwarzania energii

• Dynamiczne korekty w oparciu o warunki pogodowe

• Alerty dotyczące konserwacji predykcyjnej

2. Zastosowanie nowych materiałów

Zastosowanie materiałów kompozytowych z włókna węglowego w systemach montażowych umożliwia większe kąty pochylenia:

• Redukcja wagi o 30-40%

• Wzrost siły o 20-25%

• Przedłużona żywotność o 5-8 lat

3. Inteligentna technologia śledzenia

Pojawiają się jednoosiowe systemy śledzenia w połączeniu z modułami dwustronnymi:

• Zyski w wytwarzaniu energii mogą przekroczyć 35%

• Okres zwrotu inwestycji początkowej skrócony do 4-5 lat

• Koszty konserwacji są o około 15% wyższe niż w przypadku systemów mocowania stałego

V. Analiza korzyści ekonomicznych

1. Porównanie zwrotu z inwestycji

Biorąc za przykład elektrownię naziemną o mocy 100 MW (na podstawie najnowszych danych o kosztach w 2024 r.):

• Tradycyjne moduły jednofazowe + stały system mocowania: Okres zwrotu 6-7 lat

• Moduły dwustronne + zoptymalizowany system mocowania ze stałym odchyleniem: Okres zwrotu 5-6 lat

• Moduły dwustronne + Inteligentny system śledzenia: Okres zwrotu 4-5 lat

2. Długoterminowa analiza przychodów (20-letni cykl życia)

• Wzrost wytwarzania energii: 15-25%

• Wzrost wewnętrznej stopy zwrotu (IRR).: 2-3 punkty procentowe

• Redukcja uśrednionych kosztów energii (LCOE).: 0,05-0,08 RMB/kWh

VI. Zalecenia dotyczące instalacji i konserwacji

1. Standardy instalacyjne

• Należy ściśle przestrzegać zaprojektowanych kątów pochylenia

• Zapewnij ogólną stabilność systemu montażowego

• Pozostaw miejsce na regulację kąta

2. Kluczowe punkty codziennej konserwacji

• Regularnie sprawdzaj, czy nie występują odchylenia od zamierzonego kąta pochylenia

• Monitoruj zmiany współczynnika odbicia podłoża

• Niezwłocznie wyczyść powierzchnię modułu

VII. Przyszłe trendy rozwojowe

1. Kierunki innowacji technologicznych

• Powszechne przyjęcie systemów optymalizacji wspomaganych sztuczną inteligencją

• Rozszerzone zastosowanie nowych materiałów

• Zwiększony poziom automatyzacji i inteligencji

2. Prognoza rynkowa

Według najnowszego raportu PVTECH:

• Do 2025 roku udział w rynku modułów dwustronnych przekroczy 45%.

• Inteligentne systemy montażowe penetrują 30% rynku

• Koszty systemu montażowego spadną o 15-20%

Wnioski i zalecenia

W dobie modułów dwustronnych optymalizacja kąta pochylenia systemów montażowych jest bezpośrednio powiązana z ogólną rentownością elektrowni. Zaleca się, aby inwestorzy i deweloperzy:

• Faza przedprojektowa:

• Dokładnie oceń warunki na miejscu

• Wykonaj profesjonalny projekt

• Wybierz niezawodne produkty

• Faza budowy:

• Zapewnij ścisłą kontrolę jakości instalacji

• Wdrożyć nadzór nad pełnym procesem

• Przeprowadź debugowanie i weryfikację

• Faza operacyjna:

• Stale monitoruj i optymalizuj wydajność

• Wykonuj konserwację na czas

• Regularnie oceniaj korzyści

Wraz z postępem technologii i dojrzałością rynku, rozwój dwustronnych systemów montażowych kompatybilnych z modułami będzie nadal przyspieszać, wprowadzając nowe czynniki wzrostu w branży fotowoltaicznej. Wybór optymalnego kąta pochylenia montażu nie tylko poprawi efektywność wytwarzania energii, ale także zapewni długoterminową stabilną pracę całej instalacji fotowoltaicznej.