출처: reglobal.co
RETC(Renewable Energy Test Center)의 PV 모듈 지수 보고서 2022
이것은 RETC(Renewable Energy Test Center)의 PV 모듈 지수 보고서 2022에서 발췌한 것입니다. 올해의 PV 모듈 지수 보고서는 피할 수 없는 기술적 위험 중 일부를 보여주는 n형 PV 모듈, 현장 포렌식 및 극한 날씨의 세 가지 상호 관련된 주제를 탐구합니다. 태양광 프로젝트 개발과 관련이 있습니다. 이러한 시기 적절한 주제는 또한 위험 관리에 대한 데이터 중심 접근 방식의 가치를 설명합니다.
새로운 N형 PV 모듈 평가
성능을 향상시키면서 비용을 절감하는 태양광 산업의 지속적인 능력은 태양광이 2021년 미국 신규 발전 용량의 가장 큰 부분을 차지한 주된 이유입니다. 이러한 추세는 모듈 설계 및 전지 기술의 지속적인 변경으로 가장 잘 예시됩니다. 예를 들어, 작년에 RETC는 많은 분석가들이 향후 몇 년 동안 시장을 지배할 것으로 예상하는 대형 포맷 모듈의 개발 및 배포의 이점과 과제를 조사했습니다. 올해 RETC는 시장 견인력과 수용력을 빠르게 얻고 있는 또 다른 기술 트렌드인 부동태화 접점이 있는 차세대 n형 PV 전지의 부상을 면밀히 모니터링하고 있습니다.
TOPCon의 부상
많은 산업 분석가와 재료 과학자들은 새로운 n형 PV 전지 설계가 PV 기술 로드맵의 다음 논리적 진행이라고 생각합니다. 2013년 독일 Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems의 연구원들은 새로운 TOPCon(Tunnel Oxide Passivated Contact) 구조로 고효율 n형 실리콘 태양 전지를 생산하는 방법을 발표했습니다. 우수한 표면 패시베이션과 효과적인 캐리어 전송 덕분에 이 새로운 셀 설계는 개방 회로 전압(Voc), 충전율 및 효율성에서 높은 점수를 받았습니다. 10년도 채 지나지 않아 TOPCon은 태양광 분야에서 가장 붐비는 단어가 되었습니다. 세계 최대의 모듈 제조업체가 TOPCon 셀을 사용하여 PV 모듈의 대량 생산을 시작하고 있습니다. LONGi Solar가 p형 TOPCon에 크게 투자하는 동안 Jinko Solar, Jollywood Solar Technology, JA Solar 및 Trina Solar와 같은 다른 많은 주요 모듈 회사는 n형 TOPCon 셀 설계가 적용된 모듈에 상당한 투자를 하고 있습니다. 시장에서 이러한 집단적 중심축은 주로 p형 패시베이션 이미터 및 후면 접촉 셀(PERC) 모듈의 효율 곡선을 평평하게 하기 때문입니다. 이것이 최근 몇 년 동안 시장을 지배했지만 제조업체는 p형 모노 PERC 셀 설계의 물리적 한계에 도달하기 시작했습니다. n형 TOPCon 셀로의 전환을 통해 모듈 회사는 실험실 및 대량 생산에서 셀 효율성을 더욱 높일 수 있습니다.
N형 세포의 장점
태양광 제조업체는 n형 PV 전지의 잠재적인 효율성 이점을 오랫동안 인식해 왔습니다. 예를 들어, Sanyo는 1980년대에 n형 이종접합 기술(HJT) PV 전지를 개발하기 시작했습니다. 또한 SunPower는 고순도 n형 실리콘을 기반으로 IBC(Interdigitated Back Contact) PV 셀을 구축했습니다. 관련된 제조 복잡성으로 인해 n형 HJT 및 IBC 셀 설계를 기반으로 하는 고효율 PV 모듈은 생산하는 데 상대적으로 비용이 많이 들고 틈새 시장의 일부로 남아 있습니다. 이에 비해 n형 TOPCon 셀 제조는 PERC 공정과 매우 유사합니다. 결과적으로 제조업체는 업그레이드된 PERC 생산 라인에서 이러한 차세대 고효율 TOPCon 모듈을 생산할 수 있습니다.
오늘날의 n형 TOPCon 모듈은 p형 모노 PERC 모듈보다 와트당 생산 비용이 약간 더 높지만 효율성이 향상되면 대규모 현장 배치에서 LCOE(수준 에너지 비용)가 낮아집니다. 무엇보다도 최고의 전문가들은 n형 TOPCon이 학습 곡선을 가속화함으로써 혜택을 받을 것으로 기대하고 있습니다. p형 모노 PERC 전지에 비해 n형 TOPCon 전지의 주요 재료 이점은 LID(광 유도 분해)와 LeTID(광 및 고온 유도 분해)에 대한 감수성이 감소하기 때문에 분해 속도가 더 낮습니다. 추가적인 이점에는 더 높은 양면 계수와 저조도 및 고온 조건 모두에서 향상된 성능이 포함될 수 있습니다.
조기 채택의 위험
대부분의 분석가는 n형 TOPCon 셀이 있는 모듈이 이러한 성능 이점을 기반으로 시장 점유율을 빠르게 높일 것으로 기대합니다. 그러나, 궁극적으로 현장에서 성공적으로 입증된 기술일지라도 새로운 PV 전지 기술은 성숙하고 입증된 기술보다 항상 더 많은 위험을 수반합니다. 제품이 대규모로 배포될 때까지 아직 발견되지 않은 성능 저하 메커니즘의 가능성이 있습니다. 예를 들어, 오늘날 독립 엔지니어와 금융가는 p형 모노 PERC PV 모듈을 안정적이고 위험이 낮은 기술로 간주합니다. 이 평가가 항상 합의된 의견은 아니었습니다. 모노 PERC 모듈의 초기 버전에는 안정성, 특히 LID 및 드물게 LeTID에 문제가 있었습니다. 이러한 예기치 않은 모노 PERC 성능 저하 모드는 얼리 어답터가 새로운 기술에 직면하는 성능 위험을 보여줍니다.
n형 TOPCon PV 전지는 LID 및 LeTID에 대한 복원력이 입증되었지만 자외선으로 인한 열화에 대한 일부 증거가 존재합니다. 예를 들어, SLAC 국립 가속기 연구소와 국립 재생 에너지 연구소(NREL)의 연구원들은 인위적으로 가속된 UV 노출 테스트 후 고급 태양 전지 기술의 전면 및 후면 전력 손실을 문서화했습니다. 이러한 데이터는 단일 분해 메커니즘을 가리키지 않지만 다른 세포 디자인이 다른 경로를 통해 분해됨을 시사합니다.
현장 성능의 포렌식 분석
포렌식 분석은 PV 시스템 성능 저하의 근본 원인을 규명하기 위한 상세한 조사입니다. 많은 경우 인버터 고장 또는 부정확한 생산 추정치가 실제 또는 인지된 시스템 성능 저하의 원인이 됩니다.
기준 평가
프로젝트 이해 관계자가 프로젝트 위험을 줄이는 가장 좋은 방법 중 하나는 자격을 갖춘 제3자가 프로젝트 시운전 중에 기준 모듈 상태 평가를 수행하도록 하는 것입니다. 상용 운영에 앞서 고품질 측정을 캡처함으로써 기준 포렌식 평가는 PV 전력 시스템의 운영 수명 동안 장단기적 이점을 모두 제공합니다. 단기적으로 기준 시운전 평가는 시스템 성능 추정의 정확성을 향상시킵니다.
주간 EL 테스트
전기발광(EL) 테스트는 전류가 PV 전지를 통과할 때 발생하는 빛 방출을 기록하기 위해 특수 카메라 시스템을 사용합니다. EL 테스트는 광범위한 숨겨진 모듈 결함을 감지하는 데 사용되는 실험실에서 오랜 역사를 가지고 있습니다. 통제된 실내 환경으로 분류된 EL 테스트는 현장 법의학 조사에서 점점 더 일반적입니다. 주간 EL 이미징은 이전 접근 방식에 비해 두 가지 뚜렷한 이점을 제공합니다. 첫째, 당사의 EL 테스트 방법을 통해 기술자는 현장에서 모듈을 테스트할 수 있으므로 테스트 프로세스를 가속화하고 모듈 제거 및 취급으로 인한 셀 손상을 제거합니다. 둘째, 주간 EL 테스트는 야간에 모듈을 테스트할 필요가 없으므로 안전성과 처리량이 더욱 향상됩니다.
현장 EL 테스트의 결과는 주요 제조 결함, 오프사이트 운송 및 운송 손상, 현장 자재 취급 또는 설치 손상 또는 우박, 바람 또는 눈과 같은 악천후로 인한 손상을 식별하는 데 유용합니다. 이러한 EL 이미지를 통해 프로젝트 이해 관계자는 열 부적합, 핫스팟 및 향후 모듈 성능 저하로 이어질 수 있는 셀 손상을 식별할 수 있습니다. 적절하게 문서화되고 보고되면 타사 EL 이미지가 보증 및 보험 청구를 해결하는 데 도움이 될 수 있습니다. 성능 문제의 잠재적 위치만 식별하는 항공 적외선(IR) 이미지와 달리 주간 EL 조사는 성능 저하의 근본 원인을 설명합니다. 이러한 결과는 문제 해결을 촉진하고 생산 손실을 최소화함으로써 프로젝트 이해 관계자에게 이익이 됩니다.
예측 유지보수
타사 현장 성능 포렌식은 강력한 모니터링 플랫폼 및 예측 유지보수 프로토콜과 결합될 때 특히 실용적입니다. PV 모듈이 노후화되면 현장 자산의 성능이 저하될 위험이 커집니다. 셀 미세 균열은 모듈이 새 것일 때 모듈 성능에 영향을 미치지 않는 경우가 많지만 시스템이 노후화됨에 따라 반드시 그런 것은 아닙니다. 현장에서 5년 또는 10년이 지난 후에도 일부 모듈은 계속해서 예상대로 작동하지만 다른 모듈은 성능 저하가 가속화됩니다.
"좋은" 모듈과 "나쁜" 모듈을 구별하는 것은 간단한 문제가 아닙니다. 특히 미국 상무부가 AD/CVD 정책을 제정한 후 배포된 시스템에서는 더욱 그렇습니다. 단일 모듈 공급업체가 있는 것처럼 보이는 대규모 프로젝트는 실제로 12개의 다른 공급업체에서 공급된 셀을 사용하여 제조된 모듈을 통합할 수 있습니다. 각 BOM(Bill of Material)이 고유하다는 점을 감안할 때 각각은 서로 다른 위험 프로필을 가지고 있습니다.
극한 기상 위험 완화
GCube Insurance와 같은 재생 에너지 보험 전문가보다 태양광 설치와 관련된 자연 위험을 더 잘 이해하는 사람은 없습니다. 회사의 2021년 시장 보고서 "우박 또는 만조: 재생 에너지의 극한 날씨 및 자연 재해 손실의 증가"에 따르면 태양열 프로젝트의 빈도, 규모 및 규모가 증가함에 따라 날씨 관련 보험 청구 빈도와 심각도가 증가했습니다. 지리적 분포. 전 세계적으로 태양광 시장의 급속한 성장을 고려할 때 태양광 보험 청구가 그에 비례하여 증가하는 것은 전혀 예상하지 못한 일이 아닙니다. 그러나 태양광 보험 청구의 근본 원인은 일부 보험 업계 내부를 놀라게 했습니다. 특히, 2015년 이후 기상이변으로 인한 보험 손실은 자연 재해로 인한 손실의 약 두 배입니다.
기상이변은 자연재해보다 더 많은 보험적 손실을 초래하지만, 심각한 기상 손실 범주와 관련된 보험 청구는 피할 수 없습니다. 프로젝트 이해 관계자는 제품 선택 및 시스템 설계에서 합리적인 주의와 예지력을 행사함으로써 많은 극한 기상 손실을 예방하거나 완화할 수 있습니다. 또한 위험 완화 전문가는 세금 지분 투자자와 보험 회사가 악천후와 관련된 재정적 위험을 이해하도록 도울 수 있습니다.
비교 테스트
전략적 제품 선택은 극심한 기상 손실의 주요 원인을 완화하기 위한 필수적인 첫 번째 단계입니다. RETC의 은행 가능성 및 인증 이상 테스트 결과는 다양한 PV 모듈 설계 또는 모듈과 랙킹의 조합이 이러한 다양한 유형의 환경 스트레스를 견디는 방법을 보여줍니다. 이러한 차이는 극한 기상 위험 완화의 맥락에서 미션 크리티컬합니다.
예방 가능한 극한 기상 위험의 예로는 바람, 우박 및 눈이 있습니다. 청구 빈도를 기준으로 볼 때 강풍은 필드 태양광 자산의 보험 손실의 주요 원인입니다. 손실의 심각성에 따라 서부 텍사스에서 널리 알려진 우박으로 인해 약 400개의{1}} PV 모듈이 손상되어 현재까지 단일 태양광 보험 청구가 최대 규모를 기록했습니다. 눈은 전반적으로 상대적으로 덜 위험하지만 특정 고도 또는 위도에서 상당한 위험을 나타냅니다.
비교 및 가속 테스트의 목표는 프로젝트 이해 관계자가 특정 응용 프로그램 및 환경에 가장 적합한 제품 및 시스템 설계를 식별하고 지정할 수 있도록 하는 것입니다. 동적 기계적 부하 테스트에서 잘 작동하는 모듈은 바람이 많이 부는 환경에 배포하는 데 적합합니다. RETC의 HDT(우박 내구성 테스트) 시퀀스에서 잘 수행되는 모듈은 우박이 발생하기 쉬운 지역에 배포하는 데 적합합니다. 기계적 부하 테스트에서 잘 수행되는 모듈은 얼음과 눈과 관련된 부하를 견디는 데 가장 적합합니다. 이 두 가지 테스트에서 잘 수행되지 않는 모듈은 특히 적절한 애플리케이션에서 "나쁜" 제품이 아닙니다. 바람과 우박에 대해 강화된 모듈은 종종 더 높은 제조 비용을 발생시킵니다. 강풍, 우박 또는 눈이 거의 발생하지 않는 캘리포니아 센트럴 밸리의 설치 조건은 이러한 추가 비용을 정당화하지 못할 수 있습니다.
공급망 위험을 완화하기 위해 개발자는 종종 다양한 PV 모듈 모델 및 공급업체를 평가하고 소싱합니다. 극한 날씨 민감성은 이 선택된 PV 모듈 포트폴리오에 따라 달라집니다. 이러한 차이점에 주의함으로써 개발자는 바람, 우박 또는 눈으로 경화된 모듈을 바람, 우박 또는 눈이 내리기 쉬운 사이트로 각각 보낼 수 있습니다. 이러한 유형의 선택적 배포는 극단적인 기상 위험을 줄이는 비교적 간단하고 비용 효율적인 방법입니다.
방어적 스토우 전략
사이트별 조건에 대한 저항을 기반으로 모듈을 필터링하고 선택적으로 배포한 후 프로젝트 이해 관계자는 날씨에 반응하는 소프트웨어 제어 전략을 구현하여 대규모 유틸리티 응용 프로그램에서 극한 날씨 위험을 추가로 줄일 수 있습니다. 많은 대규모 PV 시스템은 소프트웨어를 사용하여 자체 음영을 피하면서 태양을 따라가는 지능적으로 제어되는 단축 추적기를 통합합니다. 날씨 관련 보험 청구가 증가함에 따라 업계 최고의 추적기 제조업체는 위협별 방어 보관 또는 적재 모드와 같은 새로운 소프트웨어 제어 대응을 구현했습니다.
강풍과 우박 폭풍의 고도로 국지적이고 빠르게 움직이는 특성으로 인해 악천후 경보는 종종 공장 운영자에게 사전 경고를 거의 제공하지 않습니다. 더욱이, 강한 바람과 큰 우박을 발생시키는 폭풍의 유형은 종종 전선이 다운되고 AC 전력이 손실됩니다. 능동 소프트웨어 제어는 이러한 문제를 해결하고 로컬 또는 원격 시작, 빠른 응답 시간 및 안전 장치 배터리 백업과 같은 제품 기능을 통해 효과적인 위험 완화를 제공할 수 있습니다. 동시에 발생하는 기상 위험을 고려하는 것도 중요합니다.
보험 업계는 오랫동안 확률론적 위험 평가에 의존하여 지속 가능한 보장을 제공했지만 태양광 프로젝트가 제기하는 과제는 두 가지입니다. 첫째, 특히 기술 변화 및 시장 확장 속도를 고려할 때 극한 기상 위험을 이해하기 위해 제한된 과거 데이터를 사용할 수 있습니다. 둘째, 보험사가 일반적으로 의존하는 자연 재해 데이터는 "분류되지 않은" 극한 기상 현상을 포착하지 못합니다.
모듈 품질
종이에는 비슷하게 보이는 제품이 실제 세계에서는 매우 다르게 작동할 수 있습니다. 품질에 대한 제조 약속은 종종 이러한 차이를 설명합니다. 전 세계 여러 지역에서 점점 더 많은 수의 고용량 태양열 프로젝트를 진행하는 것은 위험하지 않습니다. 현장별 위험을 완화하려면 제품과 기술을 전략적으로 적용해야 합니다. 제품 설계 및 프로젝트 개발에 대한 획일적인 접근 방식은 항상 프로젝트 위험 프로필을 증가시킵니다. 전략적 제품 차별화는 프로젝트 탄력성을 향상시킵니다.
우박 강화 모듈 및 시스템 설계는 서부 텍사스와 같이 우박이 발생하기 쉬운 지역의 프로젝트 위험을 완화합니다. 동적 바람 효과에 저항하는 제품 및 시스템 설계는 전 세계적으로 바람이 많이 부는 지역에서 프로젝트 위험을 줄입니다. 높은 정적 기계적 부하를 견디는 제품 및 시스템 설계는 눈이 많이 내리는 장소에서 치명적인 고장 위험을 줄입니다. 부식 방지 제품은 해안 지역에서 작동 수명을 연장합니다.
테스트 연구소는 감사 및 통제된 테스트 조건에서 교정 및 인증된 장비를 사용합니다. 이러한 엄격한 조건에서 캡처된 특성은 PV 모듈 성능의 적절한 측정을 나타내며 여러 프로젝트 이해 관계자에게 가치를 제공합니다. 표준 테스트 조건(STC) 매개변수에 따른 공장 테스트는 모듈 명판 등급을 설정하는 데 이상적이지만 공장 테스트 결과는 일반적인 모듈 작동 조건의 특성을 나타내지 않습니다. 실제 세계에서 시스템 성능을 정확하게 모델링하려면 모듈이 낮은 조도 조건에서 또는 변화하는 태양 각도와 관련하여 어떻게 작동하는지 이해하는 것이 중요합니다. 또한 PV 시스템이 일반적으로 최적의 에너지 수율을 생성하는 작동 조건을 반영하는 테스트 조건에서 모듈 성능을 특성화하는 것이 중요합니다. 또한 단기간의 태양 노출과 그에 따른 성능 저하가 현장 PV 성능에 어떤 영향을 미치는지 이해하는 것도 중요합니다.
2022년 PV 모듈 지수 보고서 전체에 걸쳐 RETC는 9개의 다른 제조업체를 인정하고 제조 분야에서 61개의 높은 성과를 보여주었습니다. 최고 중 최고를 식별하기 위해 품질, 성능 및 신뢰성의 세 가지 분야에서 전체 데이터 분포를 검토하고 순위를 매겼습니다. 전체 결과 매트릭스는 JA Solar, JinkoSolar, LONGi Solar, Hanwha Q CELLS, Trina Solar 및 Yingli Solar와 같이 제조 부문에서 전반적인 높은 성과를 기반으로 한 6개의 최고 성과를 보여줍니다.