Traditionella solcellsmoduler omvandlar ljus till elektricitet med hjälp av fotovoltaiska (PV) celler på panelernas ovansida. Nu, Forskare från National Renewable Energy Laboratory (NREL) lyser upp vad som ligger under.

I maj 2019, ett team på NREL startade en treårig studie för att utvärdera bifaciala moduler som samlar ljus på båda sidor av en panel samtidigt som de följer solen hela dagen. Den viktigaste fördelen med bifacial paneler är att få mer kraftproduktion utan att utöka systemets fotavtryck eller konfigurera om panelerna för mycket.

Tidiga resultat visar en betydande ökning från de bifaciala panelerna. Data från juni till november 2019 avslöjade en ökning på upp till 9 % i energiproduktion med hjälp av bifacial paneler jämfört med deras ensidiga kusiner.

"Cellerna själva är i stort sett samma pris, "Chris Deline, NREL-forskare och huvudforskare i studien sa. "Du kommer till ett lite dyrare paket. Du måste göra något annat på baksidan - antingen glas eller klar, transparent plast. På det hela, det kommer att bli mindre än 10 % mer kostnad."

För att avgöra hur mycket mer kraft sådana paneler kan producera, laget behövde data, så de samlar det. En del av deras data är redan allmänt tillgänglig - en bransch först för en studie av denna skala. NREL-forskare förväntar sig att nya data kommer att ta bort hinder för att utveckla den senaste tekniken genom att tillhandahålla information och bästa praxis som ökar installationseffektiviteten, reducera kostnader, och förbättra hållbarheten. Än så länge, resultaten har inte gjort besviken.

"Alla är verkligen glada eftersom resultaten återkommer i linje med förväntningarna, ", sa Deline. "Jämfört med initiala simuleringar, vi får faktiskt ut mer energi än vad som modellerades. "

El från grunden

Under den pågående studien, teamet planerar att utvärdera fördelarna med olika markbeläggningar under solpanelerna. Eftersom den bifaciala PV-energivinsten är beroende av reflekterat ljus, ju mer marken kan reflektera, desto kraftfullare paneler.

"Vi tittar på sätt att förbättra markalbedon [andelen av det infallande ljuset eller strålningen som reflekteras av en yta, typiskt en planets eller måne] genom olika behandlingsalternativ som naturlig vegetation, krossad sten, och ogräsbarriärer, "Deline sa." En del av det händer redan inom industrin, men detta kommer att vara den första fleråriga studien med öppna data."

Under studiens första år, Delines team testar naturlig marktäckning. De kommer att följa genom att lägga till krossad sten under det andra året, och Deline sa att de överväger att rulla ut något slags vitt tyg för en tredje jämförelse.

"Vi ser att när gräset blir brunt, det blir mer reflekterande, "Sa Deline." Och snötäcket är bra. "

Med snö på marken, när genomsnittlig albedo är flera gånger mer reflekterande än gräs, alla testade paneler fick sina högsta registrerade vinster.

Solenergi och lagring – bättre tillsammans

Teamet på NREL's Golden, Colorado, forskningsplatsen arbetar med kommersiella partners inklusive Prism Solar, Sunpreme, och Lumos Solar — en leverantör baserad i den närliggande staden Nederland, Colorado — tillsammans med stora internationella tillverkare. Utnyttja relationer med totalt sex företag, labbet kommer att jämföra och jämföra mono- och bifacial paneler från samma varumärken under flera år.

Studiens 10-rads PV-array följer solen med hjälp av NEXTrackers enaxliga spårningsteknik, öka mängden direkt solljus som kan fångas för energi. Den högre energiproduktionen från varje modul innebär att installationer kräver mindre stödjande hårdvara per megawatt, sänka det som kallas balansen i systemkostnader.

"Genom att öka produktionen, dessa moduler kan också minska det totala antalet paneler som krävs, vilket möjliggör effektivare användning av växelriktare, inredning, spårsystem, sammankopplingar, och annan hårdvara, sa Deline.

Deline och hans team parade också PV -arrayen med två Avalon Battery vanadium redox flödesbatterier. Batterierna lagrar energi som genereras under dagen och gör den tillgänglig för användning vid högre kvällsbehov.

Den där förvaringen, tillsammans med solspårningstekniken, hjälper till att jämna ut systemutgången. Det lindrar branterna, produktionstoppar mitt på dagen bokas av lägre morgon- och eftermiddagsgeneration som vanligtvis förknippas med traditionella, stationär solenergi.

"Vi kör ett energiarbitragescenario med batterierna som laddas ur på eftermiddagen och kvällen med ungefär fyra timmars fortsatt ström från solenergi, " sa Deline. "Annars, bifacial vinst klipps på topp men låg någon annanstans – så detta ger en mer stabil och konsekvent generering."

Studien stödjer också materialhållbarhetsforskning i samarbete med andra forskningsorganisationer genom Department of Energys (DOE:s) Durable Module Materials Consortium (DuraMAT).

"Vi tittar på modultillförlitlighet på enaxliga spårare, och specifikt om moduler skadades under transporten, resulterar i spruckna celler, fortfarande är användbara eller försämras ytterligare när de installeras på enaxliga trackers, " sa Deline.

Högpresterande datoranvändning för vinsten

Med toppmodern beräkningsmodellering och prediktiva simuleringsmöjligheter, NREL:s högpresterande datorresurser (HPC) minskar riskerna och osäkerheten som ofta begränsar framstegen för ny och innovativ teknik.

"Vi har använt Eagle högpresterande dator mycket nyligen, Deline sa. "Vi slutför ettåriga prestandasimuleringar som skulle ta fyra eller fem dagar på en bärbar dator – på mindre än en minut på Eagle."

Som ett resultat, teamet kan maximera resultatet för olika konfigurationsscenarier, inklusive hyllhöjd, mellanrum, och även materialval som svart eller reflekterande stödram. Simuleringarna är öppen källkod, vilket innebär att andra kan använda och bygga vidare på datamängderna för framtida analyser.

"Våra simuleringar börjar vid panelen och flyger fotoner tillbaka till där de fångar upp himmelkupolen - det är bakåtstrålning och utvärderar irradiansen vid modulerna, Deline sa. "Alla sorters geometrier är möjliga."

Det betyder komplicerad topografi och strukturer inklusive bilportar, pergola skärmtak, och olika racksystem kan utvärderas innan konstruktion. Simuleringarna kan också lägga till ytterligare scenarier som fordon parkerade under solcellsmoduler som används i bilhamnar.

Att sätta standarden för företagsinvesteringar och säkerhet

När PV-utvecklare designar ett nytt system, de vet att en 300-watts monofacial modul kommer, inte överraskande, ge hälften av effekten av en 600-watts modul. Företag kan lita på sådana enkla antaganden tack vare testnings- och certifieringsstandarder.

"Men vi har inte det ännu för bifacial moduler, " sa Deline. "Så när du lägger till baksidans känslighet, industrin efterfrågar den metod som behövs för att märka en modul för att återspegla mervärdet på ett konsekvent sätt. Utan det, köpare vet inte kostnaden per watt."

Finansiella kontrakt för PV -system baseras på hur mycket kraft som genereras, så installatörer och verktyg behöver en tydlig förståelse för hur mycket kraft som produceras för att på ett rättvist sätt kunna tjäna pengar på den extra produktionen av bifacial teknologi. Delines team skapar kapacitetstester som bestämmer den nya utmatningen och hjälper till att uppdatera standarder i enlighet därmed.

"Allt detta kräver ett nytt ekosystem av standarder, prestationsmodelleringsverktyg, och bästa praxis för instrumentering, " han lägger till.

Säkerhetsstandarder är ett annat viktigt resultat av NREL:s forskning. Installatörer måste veta hur den elektriska strömmen kommer att öka när de installerar en bifacial snarare än monofacial modul. ledare, som kablar och säkringar, måste ha rätt storlek. Här igen, exakta standarder och beräkningar behövs för effektiv och säker installation.

Investera i framtidens energi

Som ett nationellt laboratorium med starka band till industrin, NREL är unikt positionerat för att leverera data, analys, standarder, och bästa praxis som dessa tekniker kräver.

"Genom att publicera om detta, solcellsinstallatörer kommer att se bättre villkor för finansiering, " Deline sa. "Verktyg kommer att ge mer konsekvent, förnybar, och prisvärd energi i sin generationsmix. "