Двосторонні сонячні панелі: як працюють bifacial-модулі та коли вони вигідні

Сонячне світло потрапляє на ґрунт, бетон, покрівлю, сніг або іншу поверхню, частково відбивається й доходить до тильної сторони панелі. Чим більше світла отримує задня сторона і чим рівномірніше воно розподілене, тим більшим може бути додатковий виробіток.

Водночас задня сторона не працює як друга окрема панель тієї самої потужності. Її внесок залежить від освітлення, геометрії конструкції та характеристик конкретного модуля.

Ці поняття часто плутають.

Bifaciality — характеристика самого модуля. Вона показує, наскільки ефективно задня сторона може працювати порівняно з фронтальною за стандартизованих умов.

Bifacial gain — приріст виробітку всієї СЕС завдяки роботі задньої сторони в реальних умовах.

Наприклад, дві панелі можуть мати схожу bifaciality, але одна працюватиме на піднятій конструкції над світлою поверхнею, а друга — майже впритул до темного даху. У першому випадку приріст генерації може бути помітним, у другому — мінімальним.

Альбедо — це частка сонячного випромінювання, яку поверхня відбиває. Світлі поверхні зазвичай відбивають більше світла, темні — менше.

На альбедо впливають колір, вологість, забруднення, стан покриття, сезон і наявність снігу.

Реальний bifacial gain визначають:

• альбедо поверхні;
• висота модуля;
• кут нахилу;
• відстань між рядами;
• GCR;
• затінення задньої сторони;
• конструкція кріплення;
• bifaciality модуля;
• рельєф;
• трекінг, якщо він використовується.

Тому універсального твердження «bifacial дає +20%» не існує. Для одного об’єкта приріст може бути невеликим, для іншого — відчутним.

Коли модуль встановлений дуже близько до поверхні, задня сторона бачить лише невелику ділянку землі або даху. Це обмежує кількість відбитого світла й може створювати нерівномірне освітлення комірок.

При більшій висоті задня сторона отримує кращий огляд поверхні під модулем. Але збільшувати висоту безмежно немає сенсу: ростуть вітрові навантаження, вимоги до конструкції та вартість монтажу. Тому висоту потрібно оптимізувати під конкретний об’єкт.

GCR, або Ground Coverage Ratio, характеризує щільність розміщення модулів на ділянці.

Якщо ряди стоять занадто близько, збільшується взаємне затінення, а задня сторона отримує менше світла. Якщо відстань надмірна, потрібно більше землі й довші кабельні траси.

Для bifacial-систем крок між рядами підбирають як компроміс між щільністю розміщення, доступом світла до задньої сторони та економікою проєкту.

Задню сторону можуть затінювати напрямні, опорні балки, torque tube трекера, кабельні лотки та інші елементи кріплення. Якщо вони проходять безпосередньо за комірками, частина тильної сторони постійно отримує менше світла.

Важлива й рівномірність освітлення. Якщо одна частина модуля отримує значно більше rear irradiance, ніж інша, виникають додаткові mismatch-втрати. Тому конструкцію для bifacial потрібно оцінювати не лише за міцністю, а й за тим, наскільки вона перекриває задню сторону.

Glass-glass описує конструкцію модуля: комірки розташовані між двома шарами скла. Bifacial означає, що комірки здатні генерувати енергію з обох сторін, а задня частина конструкції пропускає світло.

Існують bifacial glass-glass, bifacial-модулі з прозорим backsheet і monofacial glass-glass. Тому при виборі потрібно дивитися характеристики конкретного виробу, а не лише тип ламінату.

На традиційному скатному даху bifacial-панель не завжди має економічний сенс. Якщо модулі встановлені майже впритул до темної покрівлі, задня сторона отримує мало відбитого світла, тому bifacial gain може бути мінімальним.

Якщо є достатній зазор, світла покрівля та конструкція не перекриває тильну частину, результат може бути кращим. Двосторонні сонячні панелі на скатному даху потрібно оцінювати за конкретною геометрією.

Плоский дах дає більше можливостей для оптимізації. Тут можна підняти модулі, підібрати кут, залишити достатню відстань між рядами та використати світлу поверхню.

Наземні станції дають найбільше свободи. При проєктуванні можна контролювати висоту конструкції, GCR, крок між рядами, тип поверхні, кут нахилу, орієнтацію та затінення.

Особливо цікаве поєднання bifacial-модулів та одновісних трекерів. Трекер змінює положення панелей протягом дня, покращуючи фронтальне опромінення, але водночас змінює геометрію задньої сторони щодо землі та сусідніх рядів.

Тому bifacial + tracker потрібно моделювати як єдину систему. На результат впливають backtracking, torque tube shading, альбедо, висота, GCR і рельєф.

Сніг на землі може збільшувати кількість світла, що потрапляє на задню сторону. Але сніг безпосередньо на модулі, навпаки, блокує світло й зменшує генерацію.

Отже, сніг не є автоматичною перевагою bifacial-технології. Ефект залежить від висоти конструкції, кута нахилу, очищення модулів і тривалості снігового покриву.

Двосторонні модулі можна встановлювати вертикально. При орієнтації схід–захід одна сторона активніше працює вранці, інша — ввечері, тому генерація може мати два виражені піки.

Такий варіант цікавий для агровольтаїки, огорож або об’єктів із високим ранковим і вечірнім споживанням. Але вертикальний монтаж не обов’язково максимізує річний виробіток, тому його також потрібно моделювати.

Двостороння сонячна панель не має фіксованого «бонусу» у відсотках. У різних проєктах додатковий виробіток може суттєво відрізнятися залежно від того, скільки випромінювання реально отримує задня сторона.

Якщо модуль має front-side rating 500 Вт, це не означає, що при 10% bifacial gain він автоматично стає «550-ватною панеллю». Bifacial gain описує додатковий виробіток за певний період, а не нову універсальну паспортну потужність.

Двосторонні модулі найбільш цікаві, коли система дозволяє використовувати задню сторону без непропорційного збільшення вартості проєкту.

Потрібно порівнювати:

• ціну модулів;
• вартість конструкції;
• необхідну висоту та spacing;
• площу;
• прогнозований приріст генерації;
• O&M;
• строк експлуатації;
• вартість виробленої електроенергії.

Якщо bifacial-модуль коштує майже стільки ж, як monofacial, навіть невеликий приріст може бути економічно цікавим. Якщо ж для нього потрібна значно дорожча конструкція та більша площа, економіку потрібно підтверджувати розрахунком.

Перед купівлею варто оцінити:

• номінальну front-side потужність;
• bifaciality;
• ефективність;
• температурний коефіцієнт;
• Voc та інші електричні параметри;
• деградацію;
• механічні навантаження;
• гарантію;
• розміри й масу;
• сумісність з інвертором і монтажною системою.

Але вибір модуля — лише половина роботи. Друга половина — правильно спроєктувати систему навколо нього.

Двосторонні сонячні панелі можуть підвищити виробіток СЕС завдяки використанню випромінювання, яке потрапляє на задню сторону модуля. Але величина додаткової генерації залежить не лише від самої панелі.

Альбедо, висота, кут, GCR, відстань між рядами, затінення конструкцією та рівномірність rear irradiance можуть бути не менш важливими, ніж bifaciality.

Тому відповідь на питання, що таке двостороння сонячна панель, не варто зводити до фрази «панель, яка працює з двох сторін». Це технологія, ефективність якої визначається всією архітектурою СЕС.

Фахівці Green System допоможуть підібрати двосторонні сонячні панелі, розрахувати конфігурацію станції та оцінити, чи буде bifacial-рішення економічно виправданим для конкретного об’єкта.