Ce sunt panourile solare bifaciale? Prezentare generală, cum funcționează și perspective

Panourile solare bifaciale generează energie solară atât din lumina directă a soarelui, cât și din lumina reflectată (albedo), ceea ce înseamnă că sunt, în esență, panouri cu două fețe.

Aceasta este o diferență majoră față de panourile solare monofaciale mai comune, care generează energie doar din partea orientată spre soare.

Tehnologia solară bifacială nu este nouă. De fapt, primele celule solare produse de Bell Laboratories în 1954 au fost bifaciale. Cu toate acestea, în ciuda potențialului lor de eficiență crescută, panourile solare bifaciale nu au o adopție pe scară largă similară cu cea a panourilor solare monofaciale, parțial din cauza costului lor relativ, precum și a condițiilor de mediu mai specifice pe care le necesită.

Cum funcționează celulele solare bifaciale

Prin captarea albedo-ului, precum și a luminii solare directe, cantitatea de electricitate generată de fiecare panou bifacial crește, ceea ce înseamnă că este necesară instalarea mai puținer panouri solare.

Spre deosebire de panourile solare monofaciale, acestea sunt fabricate din sticlă transparentă, care permite unei părți a luminii să treacă și să se reflecte de pe suprafața de dedesubt. Pentru a crește și mai mult cantitatea de lumină care trece, acestea folosesc sticlă în loc de rame metalice sau grile pentru a le menține în poziție. Sticla este sticlă securizată pentru a reduce zgârieturile. Altfel, funcționează exact la fel ca alte panouri fotovoltaice (PV), utilizând siliciu cristalin pentru a absorbi lumina solară și a o converti într-un curent electric. Partea din spate a unui panou solar bifacial își partajează de obicei circuitele cu partea din față, crescând astfel eficiența fără a crește complexitatea circuitelor.

Panouri solare bifaciale vs. monofaciale

Panourile bifaciale pot genera cu până la 9% mai multă electricitate decât panourile monofaciale, conform cercetărilor recente ale Laboratorului Național pentru Energie Regenerabilă (NREL), o divizie a Departamentului de Energie al SUA. La fel ca în cazul panouri monofaciale cu eficiență mai mare, aceasta înseamnă că trebuie instalate mai puține panouri – precum și hardware-ul asociat, cum ar fi suporturi de panouri, invertoare și cabluri – reducând atât costurile hardware, cât și costurile forței de muncă.

Tehnologia solară PV este mai puțin eficientă la temperaturi ridicate, ceea ce oferă panourilor bifaciale un alt avantaj. Deoarece sunt fabricate din sticlă fără stratul posterior de aluminiu care absoarbe căldura, prezent la panourile monofaciale, acestea au temperaturi de lucru mai scăzute, ceea ce contribuie la eficiența lor.

Panourile bifaciale nu necesită împământare, deoarece nu au rame metalice care ar putea conduce electricitatea. Și deoarece construcția lor le face mai durabile, acestea vin adesea cu garanții mai lungi – 30 în loc de 25 de ani pentru panourile monofaciale.

Deoarece panourile bifaciale se bazează mai mult pe radiația solară difuză, ele sunt mai eficiente decât panourile monofaciale în climatele înnorate sau oriunde există mai puțină lumină solară directă și un procent mai mare de insolație indirectă, difuză. Din același motiv, panourile bifaciale sunt mai eficiente pentru perioade mai lungi ale zilei, când există încă lumină solară difuză, dar niciuna nu strălucește direct pe panouri.

Panourile bifaciale pot beneficia, de asemenea, mai bine de trackere solare pentru a urmări soarele pe parcursul zilei. Cu trackere, electricitatea generată a demonstrat, conform unui studiu, o creștere de 27% față de panourile monofaciale și de 45% față de panourile bifaciale cu înclinare fixă. Un alt studiu cu rezultate similare a determinat că panourile bifaciale pe trackere solare au scăzut costul electricității cu 16%.

Unde sunt instalate de obicei panourile solare bifaciale?

Panourile solare bifaciale sunt cele mai potrivite deasupra suprafețelor puternic reflectorizante, cum ar fi nisipul, betonul sau zăpada. Cu acoperire minimă de copaci, deșerturile precum Deșertul Atacama din Chile, prezentat mai sus, au rate ridicate de albedo, la fel ca și regiunile unde iarba se usucă vara, cum ar fi pe dealurile din California.

NREL a creat o bază de date comparând nivelurile de reflectivitate ale diferitelor materiale și a pus-o la dispoziție pe site-ul DuraMAT. Instalatorii de panouri solare pot utiliza datele despre umiditatea unei zone, acoperirea medie cu nori, tipul de biom ecologic, viteza vântului și alți parametri pentru a calcula eficiența relativă a amplasării panourilor solare bifaciale în diferite locații.

Același lucru este valabil și pentru regiunile de latitudini mai mari, cu perioade lungi de acoperire cu zăpadă. Panourile solare produc de obicei cu aproximativ 40-60% mai puțină electricitate în timpul iernii, totuși panourile solare sunt mai eficiente la temperaturi mai reci și cu interferență atmosferică redusă la latitudini mai mari. În climatele de iarnă, captarea luminii solare reflectate de zăpadă îmbunătățește această eficiență în timpul unui sezon în care acestea sunt cele mai capabile să convertească lumina în electricitate.

În general, panourile bifaciale nu sunt foarte potrivite pentru acoperișurile rezidențiale, din mai multe motive. Pentru a reduce umbrirea sub ele, panourile solare bifaciale trebuie de obicei să fie situate mai sus de suprafața reflectorizantă de dedesubt, deci nu pot fi instalate aproape de suprafața acoperișului. Chiar dacă ar putea, acoperișurile de culoare închisă absorb lumina în loc să o reflecte. Panourile bifaciale sunt, de asemenea, mai grele, ceea ce le face mai dificil de instalat și limitează cazurile de utilizare. Acoperișurile mai vechi ar putea, de asemenea, să nu poată suporta greutatea adăugată sau să găzduiască structurile de sprijin necesare panourilor bifaciale.

În cele din urmă, panourile bifaciale sunt mai scumpe și costurile forței de muncă sunt mai mari, făcând costurile inițiale totale mai ridicate prohibitive pentru mulți clienți rezidențiali la scară mică. Cu toate acestea, costul suplimentar al panourilor este mai mic de 10%, conform aceleiași cercetări NREL citate mai sus, deci este compensat de eficiența adăugată a modulelor. Dacă un proprietar de locuință are un acoperiș care va suporta panouri solare bifaciale și capacitatea de a finanța investiția, merită cu siguranță costul.

Alte suprafețe, însă, sunt locații ideale. Clădirile cu acoperiș plat vopsite în culori mai deschise pot avea panouri bifaciale montate pe ele, la fel ca și copertinele de parcare, terasele piscinelor, punțile, pergolele, pridvoarele, copertinele și alte structuri de umbrire. Sistemele la sol care acoperă materiale ușoare precum beton, nisip, pietriș sau țiglă, sunt, de asemenea, candidați puternici.

Datorită cazurilor de utilizare preferate a energiei solare bifaciale, fermele solare la scară utilitară și parcuri solare comunitare au adoptat mai repede tehnologia, deoarece opțiunile lor pentru proiectarea montajului și amplasare nu se limitează la acoperișuri. În aceste situații, costul nivelat al panourilor bifaciale poate fi cu 2-6% mai mic decât cel al panourilor monofaciale. Clearway Energy Group, un dezvoltator de proiecte solare la scară utilitară și comunitare, consideră că producția de energie mai mare a energiei solare bifaciale, combinată cu trackere, este crucială pentru scăderea continuă a costului energiei solare, deja cea mai ieftină sursă de electricitate în majoritatea părților lumii.

Ceea ce poate fi o limitare poate fi și o virtute. Necesitând montaje mai înalte decât panourile solare monofaciale, panourile solare bifaciale pot fi mai ușor integrate într-un sistem agrivoltaic, care combină agricultura cu generarea de energie solară. Culturile pot fi crescute mai ușor în jurul montajelor mai înalte, în timp ce vacile și oile care pasc pot beneficia de umbra oferită de panouri, făcând terenul cu 60% mai productiv prin combinarea celor două funcții.

Perspective

Conform NREL, „Panourile solare PV bifaciale devin un curent principal cu gigawați de proiecte instalate”. Prognozele pieței se așteaptă ca energia solară bifacială să aibă o rată de creștere anuală compusă de 15% în perioada de prognoză 2020-2027. Și NREL prognozează că până la sfârșitul deceniului, panourile solare bifaciale vor reprezenta 60% din piața solară PV, în creștere de la aproximativ 15% în 2019. Pe măsură ce energia solară se extinde odată cu creșterea cererii pieței și a sprijinului guvernamental, și pe măsură ce schimbările climatice cresc nevoia de a electrifica totul peste tot, constrângerile de spațiu și problemele din ce în ce mai controversate legate de utilizarea terenului pot favoriza mai puține panouri bifaciale, dar mai eficiente.

La fel ca în cazul tehnologiei solare în general, costul panourilor bifaciale este destinat să scadă pe măsură ce volumul producției crește, cu predicții că paritatea prețurilor cu energia solară monofacială va înclina în curând piața în favoarea panourilor bifaciale. Costul energiei electrice solare a scăzut cu 90% între 2009 și 2020, conform Levelized Cost of Energy al Lazard. Acest lucru face panourile bifaciale deosebit de atractive pentru fermele solare la scară utilitară și comunitare, unde economiile de scară înseamnă că randamentul energetic crescut vine la un cost suplimentar marginal.

Diferența de cost ar scădea, de asemenea, dacă guvernul american ar elimina tarifele introduse în 2018. Până în prezent, administrația Biden a susținut tariful, deoarece urmărește să promoveze producția de panouri solare fabricate în America în detrimentul importurilor din China, cu sprijinul unora dintre producătorii americani de panouri solare. Până în prezent, nu este în lucru o astfel de eliminare a tarifului, pe măsură ce problema își croiește drum prin sistemul judiciar. Cu toate acestea, costul nivelat al sistemelor bifaciale este deja competitiv cu cel al sistemelor monofaciale. NREL prezice că „post-tarif, bifacial este un câștigător clar”.

Viitorul nostru este acum

Spre deosebire de alte încercări de a crește eficiența panourilor solare, cum ar fi celule solare pe bază de perovskit, tehnologia bifacială există acum, este implementabilă la scară și este implementabilă rapid. Pe măsură ce urgența acțiunii împotriva schimbărilor climatice devine din ce în ce mai clară, tehnologia solară bifacială reprezintă unul dintre cele mai eficiente mijloace de reducere a emisiilor de carbon în sectorul energetic.

Deși panourile bifaciale nu sunt potrivite pentru orice acoperiș sau chiar pentru orice montaj la sol, eficiența lor crescută permite dezvoltatorilor de energie solară la scară utilitară să obțină o rentabilitate mai rapidă a investiției lor – și, astfel, să atragă investitori care caută câștiguri pe termen scurt. Amprenta lor mai mică comparativ cu panourile monofaciale permite proprietarilor de blocuri de apartamente să aducă eficient electricitatea solară chiriașilor lor și permite construirea fermelor solare comunitare aproape de unde au nevoie clienții, toate acestea fără a fi nevoie de upgrade-uri majore ale rețelei de transport a electricității. Energia solară bifacială este o tehnologie a viitorului care este aici astăzi.