Los módulos solares tradicionales convierten la luz en electricidad utilizando células fotovoltaicas (PV) en la parte superior de los paneles. Ahora, Los investigadores del Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL) están arrojando luz sobre lo que hay debajo.

En mayo de 2019, un equipo de NREL inició un estudio de tres años para evaluar los módulos bifaciales que recogen la luz en ambos lados de un panel y, al mismo tiempo, siguen el sol durante todo el día. El beneficio clave de los paneles bifaciales es obtener una mayor producción de energía sin expandir las huellas del sistema o reconfigurar demasiado los paneles.

Los primeros resultados muestran un impulso significativo de los paneles bifaciales. Los datos de junio a noviembre de 2019 revelaron una ganancia de hasta un 9% en la producción de energía utilizando paneles bifaciales en comparación con sus primos unilaterales.

"Las celdas en sí tienen más o menos el mismo precio, "Chris Deline, Investigador de NREL e investigador principal del estudio, dijo. "Vas a un paquete un poco más caro. Tienes que hacer algo diferente en la parte trasera, ya sea de vidrio o transparente, plástico transparente. En conjunto, será menos de un 10% más de costo ".

Para determinar cuánta más energía pueden producir tales paneles, el equipo necesitaba datos, así que lo están recogiendo. Algunos de sus datos ya están disponibles públicamente, una primicia en la industria para un estudio de esta escala. Los investigadores de NREL anticipan que los nuevos datos eliminarán las barreras para el avance de la tecnología de vanguardia al proporcionar información y las mejores prácticas que aumentan la eficiencia de la instalación. reducir costos, y mejorar la durabilidad. Hasta aquí, los resultados no han defraudado.

"Todo el mundo está muy emocionado porque los resultados están en línea con las expectativas, ", Dijo Deline." En comparación con las simulaciones iniciales, en realidad, estamos obteniendo más energía de la que se ha modelado ".

Electricidad desde cero

Durante el estudio actual, el equipo planea evaluar los beneficios de diferentes cubiertas de suelo debajo de los paneles solares. Dado que la ganancia de energía fotovoltaica bifacial se basa en la luz reflejada, cuanto más pueda reflejar el suelo, cuanto más potentes sean los paneles.

"Buscamos formas de mejorar el albedo del suelo [la proporción de luz incidente o radiación que se refleja en una superficie, típicamente el de un planeta o luna] a través de diferentes opciones de tratamiento como la vegetación natural, Roca triturada, y barreras de malezas, ", Dijo Deline." Algo de eso ya está sucediendo en la industria, pero este será el primer estudio plurianual con datos abiertos ".

En el primer año del estudio, El equipo de Deline está probando la cobertura natural del suelo. Seguirán agregando roca triturada en el segundo año, y Deline dijo que están considerando lanzar algún tipo de tela blanca para una tercera comparación.

"Estamos viendo que a medida que la hierba se vuelve marrón, se vuelve más reflexivo, "Dijo Deline." Y la capa de nieve es genial ".

Con nieve en el suelo cuando el albedo promedio es varias veces más reflectante que la hierba, todos los paneles probados alcanzaron sus ganancias más altas registradas.

Energía solar y almacenamiento:mejor juntos

El equipo de NREL's Golden, Colorado, El sitio de investigación está trabajando con socios comerciales, incluidos Prism Solar, Sunpreme, y Lumos Solar, un proveedor con sede en la cercana ciudad de Nederland, Colorado, junto con los principales fabricantes internacionales. Aprovechando las relaciones con un total de seis empresas, el laboratorio comparará y comparará paneles mono y bifaciales de las mismas marcas a lo largo de varios años.

La matriz fotovoltaica de 10 filas del estudio sigue al sol utilizando la tecnología de seguimiento de un solo eje de NEXTracker, aumentando la cantidad de luz solar directa que se puede capturar para obtener energía. La mayor producción de energía de cada módulo significa que las instalaciones requieren menos hardware de soporte por megavatio, reducir lo que se conoce como el equilibrio de los costos del sistema.

"Al aumentar la producción, Estos módulos también pueden reducir el número total de paneles necesarios, lo que hace un uso más eficiente de los inversores, atroz, sistemas de seguimiento, interconexiones, y otro hardware, "Dijo Deline.

Deline y su equipo también emparejaron la matriz fotovoltaica con dos baterías de flujo redox de vanadio Avalon Battery. Las baterías almacenan la energía generada durante el día y la ponen a disposición para su uso durante la mayor demanda nocturna.

Ese almacenamiento, junto con la tecnología de seguimiento solar, ayuda a nivelar la salida del sistema. Alivia el empinado, picos de producción al mediodía reservados por una generación más baja de la mañana y de la tarde que se asocia comúnmente con la generación tradicional, solar estacionario.

"Estamos ejecutando un escenario de arbitraje de energía con las baterías que se descargan por la tarde y la noche con aproximadamente cuatro horas de energía continua de la generación solar, "Dijo Deline." De lo contrario, la ganancia bifacial se recorta en el pico pero baja en otros lugares, por lo que esto proporciona una generación más estable y consistente ".

El estudio también apoya la investigación de durabilidad de materiales en asociación con otras organizaciones de investigación a través del Consorcio de Materiales de Módulo Durable (DuraMAT) del Departamento de Energía (DOE).

"Buscamos la confiabilidad del módulo en seguidores de un solo eje, y específicamente si los módulos se dañaron durante el envío, resultando en células agrietadas, siguen siendo utilizables o se deterioran aún más cuando se instalan en seguidores de un solo eje, "Dijo Deline.

Computación de alto rendimiento para ganar

Con modelado computacional de última generación y capacidades de simulación predictiva, Los recursos de computación de alto rendimiento (HPC) de NREL reducen los riesgos y la incertidumbre que a menudo limitan el progreso en tecnologías nuevas e innovadoras.

"Hemos recurrido mucho a la computadora de alto rendimiento Eagle recientemente, ", Dijo Deline." Estamos completando simulaciones de rendimiento de un año que tomarían cuatro o cinco días en una computadora portátil, en menos de un minuto en Eagle ".

Como resultado, el equipo puede maximizar la salida para diferentes escenarios de configuración, incluida la altura de las estanterías, espaciado, e incluso opciones de materiales como marcos de soporte negros o reflectantes. Las simulaciones son de código abierto, lo que significa que otros pueden usar y construir sobre los conjuntos de datos para análisis futuros.

"Nuestras simulaciones comienzan en el panel y llevan los fotones de regreso al lugar donde interceptan la cúpula del cielo; es un trazado de rayos hacia atrás y evalúa la irradiancia en los módulos, "Dijo Deline." Todo tipo de geometrías son posibles ".

Eso significa topografía y estructuras complicadas, incluidos los aparcamientos para coches, marquesinas de pérgola, y se pueden evaluar diferentes sistemas de estanterías antes de la construcción. Las simulaciones también pueden superponer escenarios adicionales, como vehículos estacionados debajo de los módulos solares utilizados en las cocheras.

Estableciendo el estándar para la inversión y la seguridad empresarial

Cuando los desarrolladores fotovoltaicos están diseñando un nuevo sistema, saben que un módulo monofacial de 300 vatios No es sorprendente, proporcionan la mitad de la potencia de un módulo de 600 vatios. Las empresas pueden confiar en supuestos tan sencillos gracias a los estándares de prueba y certificación.

"Pero todavía no tenemos eso para los módulos bifaciales, ", Dijo Deline." Entonces, cuando agregas sensibilidad en la parte trasera, La industria está solicitando la metodología necesaria para etiquetar un módulo para reflejar el valor agregado de manera consistente. Sin ello, los compradores no sabrán el costo por vatio ".

Los contratos financieros para los sistemas fotovoltaicos se basan en la cantidad de energía generada, por lo tanto, los instaladores y las empresas de servicios públicos necesitan una comprensión clara de cuánta energía se produce para monetizar de manera justa la producción adicional de tecnología bifacial. El equipo de Deline está creando pruebas de capacidad que determinan la nueva salida y ayudarán a actualizar los estándares en consecuencia.

"Todo esto requiere un nuevo ecosistema de estándares, herramientas de modelado de rendimiento, y mejores prácticas de instrumentación, " él añade.

Los estándares de seguridad son otro resultado importante de la investigación de NREL. Los instaladores deben saber cómo aumentará la corriente eléctrica al instalar un módulo bifacial en lugar de monofacial. Conductores como cables y fusibles, deben tener el tamaño adecuado. Aqui otra vez, Se necesitan estándares y cálculos precisos para una instalación eficiente y segura.

Invertir en el futuro de la energía

Como laboratorio nacional con fuertes vínculos con la industria, NREL está en una posición única para entregar los datos, análisis, normas y las mejores prácticas que requieren estas tecnologías.

"Al publicar sobre esto, los instaladores solares verán mejores condiciones de financiación, ", Dijo Deline." Las empresas de servicios públicos ofrecerán renovable y energía asequible en su mezcla de generación ".