مقارنة بين البيانات التجريبية لألواح الطاقة الشمسية TOPCon وBC Rooftop لعام واحد
مصدر البيانات: Photovoltaic News
أصبحت خلايا TOPCon من النوع N المنتج السائد في السوق بكفاءة وموثوقية ممتازتين، مع حصة سوقية تبلغ حوالي 80٪ في عام 2024. وعلى الرغم من ذلك، من أجل تحقيق التمايز في المنتج وتعزيز قيمة المنتج في السوق شديدة التنافسية، حولت العديد من شركات الطاقة الكهروضوئية تركيزها إلى وحدات أحادية الوجه من النوع BC وجعلتها المنتجات الرئيسية في سوق الطاقة الكهروضوئية على السطح.
من الناحية النظرية، تعتبر وحدات BC مناسبة جدًا لتطبيقات التركيب على الأسطح نظرًا لارتفاع إنتاج الطاقة الأمامية. في بيئة التركيب على الأسطح، يمكن التخفيف بشكل كبير من عيب الخلايا BC ثنائية الوجه. أعلنت شركة JinkoSolar مؤخرًا أنها أجرت دراسة اختبار ميدانية شاملة في جيانغشي.
يوفر مناخ الرياح الموسمية الرطب في مقاطعة جيانجشي ومتوسط درجة الحرارة من -5 إلى 35 درجة على مدار العام الظروف الطبيعية المثالية لتقييم أداء وحدات الطاقة الكهروضوئية المختلفة. وهذا من شأنه أن يساعد في فهم أداء وحدات الطاقة الكهروضوئية المختلفة بشكل عميق في التطبيقات الفعلية، وبالتالي توفير أساس علمي لتطوير المنتجات المستقبلية واستراتيجيات السوق.
معلومات الوحدة
تغطي هذه الدراسة وحدات TOPCon ووحدات BC التي تنتجها جهة تصنيع معينة. يتم تثبيت جميع الوحدات على سطح المبنى لضمان دقة وتناسق بيانات القياس. الهدف الأساسي من هذه الدراسة هو تحليل الأداء وإمكانات LCOE لهذين المكونين بعمق في التطبيقات الفعلية، وتزويد العملاء بحلول توليد طاقة موثوقة وفعالة. شمل الاختبار نوعين من المكونات: مكونات TOPCon من النوع N بقوة اسمية تبلغ 575 واط ومكونات BC بقوة اسمية تبلغ 575 واط من جهة تصنيع أخرى، مع 18 من كل مكون. تم تثبيتها على حامل ثابت مع ضبط الميل على 0 درجة. تم تجهيز جميع المكونات بأجهزة استشعار عالية الدقة لمراقبة بيانات توليد الطاقة في الوقت الفعلي لضمان دقة ومصداقية نتائج الاختبار.
أثناء الاختبار، تم جمع عدد من البيانات الرئيسية بالكامل، بما في ذلك جهد التيار المستمر والتيار والطاقة ودرجة حرارة المكونات والإشعاع الأمامي وسرعة الرياح واتجاهها ودرجة الحرارة المحيطة والرطوبة النسبية والضغط الجوي. توفر هذه البيانات معلومات مفصلة، مما يسمح لنا بإجراء تحليل ومقارنة متعمقين لأداء المكونات.
نتائج الإختبار
لوحظت بعض التغيرات المهمة في المناخ والأداء في 11 شهرًا من 14 أغسطس 2023 إلى 15 يوليو 2024. كان أعلى متوسط إشعاع يومي مسجل في يونيو 273 وات / م²، وكانت أعلى درجة حرارة مسجلة في يوليو 39.7 درجة. تم تسجيل أدنى إشعاع 104 وات / م² ودرجة حرارة محيطة -5 درجة في يناير وفبراير على التوالي. أدى هطول الأمطار المتكرر في أبريل 2024 (20 يومًا ممطرًا) إلى انخفاض الإشعاع، مما أثر بدوره على توليد الطاقة للوحدات. حتى في ظل هذه الظروف الممطرة المستمرة، كان توليد الطاقة لوحدات TOPCon أعلى بنسبة 0.33٪ من وحدات BC. ومع ذلك، مع وصول درجات الحرارة المرتفعة والأيام الطويلة في يونيو، أظهرت وحدات TOPCon أداءها الممتاز، مع زيادة بنسبة 1.95٪ في توليد الطاقة مقارنة بوحدات BC. لا يثبت هذا المكسب الكبير قدرة وحدات TOPCon على التكيف في البيئات ذات درجات الحرارة المرتفعة فحسب، بل يسلط الضوء أيضًا على كفاءتها العالية في الصيف.
بالإضافة إلى ذلك، خلال موسم الثلوج من يناير إلى فبراير، وتحت التأثير المزدوج للإشعاع المنخفض ودرجة الحرارة المحيطة المنخفضة، كان توليد الطاقة لوحدات TOPCon أعلى بنسبة 0.52-0.53% من وحدات BC. وتؤكد هذه البيانات أيضًا الأداء المتفوق لوحدات TOPCon في ظروف المناخ البارد، وخاصة في فصل الشتاء عندما يكون الضوء ودرجة الحرارة منخفضين. تُظهر نتائج الاختبار أن وحدات TOPCon تتمتع بمزايا كبيرة في كفاءة توليد الطاقة، حيث يكون توليد الطاقة لكل واط أعلى بنسبة تصل إلى 1.95% من وحدات BC أثناء دورة الاختبار، وهو ما يُعزى إلى قدرتها الأعلى على توليد الطاقة (كيلوواط/ساعة/كيلوواط) وموثوقيتها العالية أثناء الدورة الإجمالية.
تثبت هذه النتيجة تمامًا أنه حتى دون مراعاة عامل ثنائية الأوجه، فإن وحدات TOPCon لا تزال تعمل بشكل أفضل في تطبيقات الأسطح، مما يقلل من تكاليف الاستثمار الأولي وتكلفة الطاقة المستوية مع تحسين توليد الطاقة وأداء المنتج.
تحليل البيانات
السبب وراء قدرة وحدات TOPCon على تحقيق توليد طاقة أعلى يرجع بشكل أساسي إلى درجة حرارة تشغيلها المنخفضة. وهذا يسمح لها بالحفاظ على كفاءة عالية في توليد الطاقة في بيئة ذات درجة حرارة عالية في الصيف عندما تقلل الوحدات الأخرى عمومًا من توليد الطاقة بسبب معاملات درجة الحرارة، وبالتالي تحقيق مكاسب أعلى في توليد الطاقة لكل واط. أثناء الاختبار، كانت درجة حرارة التشغيل المتوسطة لوحدات TOPCon دائمًا أقل من درجة حرارة وحدات BC من الشركات المصنعة الأخرى. عندما يكون معامل درجة الحرارة لكلا الوحدتين حوالي -0.29%/ درجة، يكون التوهين في توليد الطاقة لوحدات BC بسبب درجة الحرارة المرتفعة أعلى بكثير من التوهين في وحدات TOPCon.
من حيث المبدأ، تعمل خلايا BC على توسيع منطقة توليد الطاقة الفعالة عن طريق نقل خطوط شبكة الأقطاب الكهربائية الموجودة في مقدمة الخلية إلى الجزء الخلفي من الخلية. يتمتع هذا التصميم بمزايا واضحة في تحسين كفاءة تحويل الخلية في أنظمة الطاقة الكهروضوئية على السطح والتي لا تعتمد بشكل خاص على توليد الطاقة ثنائية الوجه. ومع ذلك، فإن هذا التصميم يجلب أيضًا بعض التحديات. في التطبيقات العملية، يتسبب تركيز الإجهاد على الجزء الخلفي من وحدة BC في انتفاخ سطح الوحدة وانحناءه، مما يؤثر بدوره على موثوقيتها وكفاءتها. هذه الظاهرة واضحة بشكل خاص في شهري يونيو ويوليو. عندما يمكن أن تصل درجة الحرارة القصوى إلى 37 درجة، فقد تتجاوز درجة حرارة سطح الوحدة 60 درجة عند الظهيرة. لا تؤثر بيئة درجة الحرارة العالية هذه على كفاءة توليد الطاقة لوحدة BC فحسب، بل قد تؤدي أيضًا إلى تسريع شيخوخة المادة، وبالتالي التأثير على موثوقية الوحدة وأدائها على المدى الطويل.
ملخص
تسجل هذه الدراسة وتقارن أداء وحدات TOPCon ووحدات BC في سيناريو تطبيق على السطح على مدار دورة مدتها عام واحد. ومن خلال هذه المقارنة، فإن الغرض هو تقييم القدرة التنافسية النسبية لكلا النوعين من حيث فعالية التكلفة وإنتاج الطاقة. وتكشف النتائج عن النتائج الرئيسية التالية:
1) تتمتع وحدات TOPCon بسعة توليد طاقة أعلى (بالكيلووات في الساعة لكل كيلووات)، وهي أعلى بنسبة 1.95% من وحدات BC من حيث توليد الطاقة الأمامية. وحتى إذا تجاهلنا مزايا توليد الطاقة ثنائية الوجه، فإن وحدات TOPCon لا تزال تظهر إمكانات أقوى في تطبيقات الأسطح.
2) وجدت الدراسة أن هناك ارتباطًا خطيًا مهمًا بين الإشعاع ودرجة الحرارة وتوليد الطاقة للوحدتين. على وجه التحديد، مع زيادة الإشعاع ودرجة الحرارة، يكون اكتساب توليد الطاقة لوحدات TOPCon مهمًا بشكل خاص.
3) تظهر وحدات TOPCon أداءً أفضل في ظل ظروف الإضاءة المنخفضة في الصباح والمساء. وهذا مهم بشكل خاص في التطبيقات العملية لأنه يعني أن وحدات TOPCon يمكنها الاستفادة بشكل أكثر فعالية من موارد الضوء المحدودة خلال فترات سطوع الشمس القصيرة.
وبناءً على هذه البيانات، توصي شركة جينكو سولار بإجراء المزيد من اختبارات ومراقبة كفاءة توليد الطاقة في المستقبل لتزويد المستخدمين بحلول أكثر علمية ودقة.