Les modules solaires traditionnels convertissent la lumière en électricité en utilisant des cellules photovoltaïques (PV) sur la face supérieure des panneaux. Maintenant, Les chercheurs du National Renewable Energy Laboratory (NREL) mettent en lumière ce qui se cache en dessous.

En mai 2019, une équipe du NREL a lancé une étude de trois ans pour évaluer les modules bifaciaux qui collectent la lumière des deux côtés d'un panneau tout en suivant le soleil tout au long de la journée. Le principal avantage des panneaux bifaciaux est d'obtenir plus de production d'énergie sans étendre l'empreinte du système ni trop reconfigurer les panneaux.

Les premiers résultats montrent une augmentation significative des panneaux bifaciaux. Les données de juin à novembre 2019 ont révélé jusqu'à 9 % de gain de production d'énergie à l'aide de panneaux bifaciaux par rapport à leurs cousins ​​unilatéraux.

"Les cellules elles-mêmes sont à peu près au même prix, " Chris Deline, Le chercheur du NREL et chercheur principal de l'étude a déclaré. "Vous allez vers un emballage légèrement plus cher. Vous devez faire quelque chose de différent à l'arrière - soit en verre ou transparent, plastique transparent. Dans l'ensemble, cela coûtera moins de 10 % de plus."

Pour déterminer la puissance supplémentaire que ces panneaux peuvent produire, l'équipe avait besoin de données, alors ils le recueillent. Certaines de leurs données sont déjà accessibles au public, une première dans l'industrie pour une étude de cette envergure. Les chercheurs du NREL prévoient que de nouvelles données élimineront les obstacles à l'avancement de la technologie de pointe en fournissant des informations et les meilleures pratiques qui augmentent l'efficacité de l'installation, réduire les coûts, et améliore la durabilité. Jusque là, les résultats n'ont pas déçu.

"Tout le monde est vraiment excité parce que les résultats reviennent à la hauteur des attentes, " a déclaré Deline. " Par rapport aux simulations initiales, nous sortons en fait plus d'énergie que ce qui a été modélisé."

L'électricité à partir du sol

Au cours de l'étude en cours, l'équipe prévoit d'évaluer les avantages de différentes couvertures de sol sous les panneaux solaires. Étant donné que le gain d'énergie PV bifacial repose sur la lumière réfléchie, plus le sol peut réfléchir, plus les panneaux sont puissants.

"Nous cherchons des moyens d'améliorer l'albédo du sol [la proportion de la lumière incidente ou du rayonnement qui est réfléchi par une surface, typiquement celui d'une planète ou d'une lune] à travers différentes options de traitement comme la végétation naturelle, Pierre concassée, et barrières contre les mauvaises herbes, " a déclaré Deline. " Une partie de cela se produit déjà dans l'industrie, mais ce sera la première étude pluriannuelle avec des données ouvertes."

Au cours de la première année de l'étude, L'équipe de Deline teste la couverture végétale naturelle. Ils suivront en ajoutant de la roche concassée la deuxième année, et Deline ont déclaré qu'ils envisageaient de déployer une sorte de tissu blanc pour une troisième comparaison.

"Nous voyons que lorsque l'herbe brunit, ça devient plus réfléchissant, " a déclaré Deline. " Et la couverture de neige est excellente. "

Avec de la neige au sol, quand l'albédo moyen est plusieurs fois plus réfléchissant que l'herbe, tous les panels testés ont atteint leurs gains les plus élevés enregistrés.

Solaire et stockage :mieux ensemble

L'équipe de NREL's Golden, Colorado, site de recherche travaille avec des partenaires commerciaux dont Prism Solar, Sunpreme, et Lumos Solar, un fournisseur basé dans la ville voisine de Nederland, Colorado, ainsi que les principaux fabricants internationaux. Tirer parti des relations avec un total de six entreprises, le laboratoire évaluera et comparera les panneaux mono et bifaciaux des mêmes marques sur plusieurs années.

Le générateur photovoltaïque à 10 rangées de l'étude suit le soleil à l'aide de la technologie de suivi à axe unique de NEXTracker, augmenter la quantité de lumière directe du soleil qui peut être captée pour produire de l'énergie. La production d'énergie plus élevée de chaque module signifie que les installations nécessitent moins de matériel de support par mégawatt, abaisser ce que l'on appelle l'équilibre des coûts du système.

"En augmentant le rendement, ces modules peuvent également réduire le nombre total de panneaux requis, ce qui permet une utilisation plus efficace des onduleurs, rayonnage, systèmes de suivi, interconnexions, et autres matériels, " a déclaré Deline.

Deline et son équipe ont également associé le générateur photovoltaïque à deux batteries à flux redox au vanadium Avalon Battery. Les batteries stockent l'énergie générée pendant la journée et la rendent disponible pour une utilisation lors de la demande plus élevée du soir.

Ce stockage, avec la technologie de suivi solaire, aide à niveler la sortie du système. Il soulage les raides, pics de production à la mi-journée limités par la génération inférieure du matin et de l'après-midi qui est généralement associée à la production traditionnelle, solaire stationnaire.

"Nous appliquons un scénario d'arbitrage énergétique avec les batteries qui se déchargent l'après-midi et le soir avec environ quatre heures d'énergie continue à partir de la production solaire, " dit Deline. " Sinon, le gain bifacial est écrêté au maximum mais faible ailleurs, ce qui permet une génération plus stable et cohérente."

L'étude soutient également la recherche sur la durabilité des matériaux en partenariat avec d'autres organismes de recherche par le biais du Consortium des matériaux de module durable (DuraMAT) du ministère de l'Énergie (DOE).

« Nous examinons la fiabilité des modules sur les trackers monoaxes, et plus précisément si les modules sont endommagés pendant l'expédition, résultant en des cellules fissurées, sont encore utilisables ou se détériorent davantage lorsqu'ils sont installés sur des trackers monoaxes, " a déclaré Deline.

Le calcul hautes performances pour gagner

Avec des capacités de modélisation informatique et de simulation prédictive de pointe, Les ressources de calcul haute performance (HPC) de NREL réduisent les risques et l'incertitude qui limitent souvent les progrès sur les technologies nouvelles et innovantes.

« Nous avons beaucoup utilisé l'ordinateur hautes performances Eagle récemment, " a déclaré Deline. "Nous effectuons des simulations de performances d'un an qui prendraient quatre ou cinq jours sur un ordinateur portable, en moins d'une minute sur Eagle."

Par conséquent, l'équipe peut maximiser la sortie pour différents scénarios de configuration, y compris la hauteur de rayonnage, espacement, et même des choix de matériaux tels que des cadres de support noirs ou réfléchissants. Les simulations sont open source, ce qui signifie que d'autres peuvent utiliser et s'appuyer sur les ensembles de données pour des analyses futures.

"Nos simulations commencent au niveau du panneau et renvoient les photons vers l'endroit où ils interceptent le dôme du ciel. " Dit Deline. " Toutes sortes de géométries sont possibles. "

Cela signifie une topographie et des structures compliquées, y compris des abris de voiture, auvents de pergola, et divers systèmes de racks peuvent être évalués avant la construction. Les simulations peuvent également superposer des scénarios supplémentaires tels que des véhicules garés sous des modules solaires utilisés dans les abris de voiture.

Établir la norme en matière d'investissement et de sécurité des entreprises

Lorsque les développeurs photovoltaïques conçoivent un nouveau système, ils savent qu'un module monofacial de 300 watts, sans surprise, fournissent la moitié de la puissance d'un module de 600 watts. Les entreprises peuvent s'appuyer sur des hypothèses aussi simples grâce aux normes de test et de certification.

"Mais nous n'avons pas encore cela pour les modules bifaciaux, " Dit Deline. " Donc, quand vous ajoutez une sensibilité arrière, l'industrie demande la méthodologie nécessaire pour étiqueter un module afin de refléter la valeur ajoutée de manière cohérente. Sans ça, les acheteurs ne connaîtront pas le coût par watt."

Les contrats financiers pour les systèmes photovoltaïques sont basés sur la quantité d'électricité produite, les installateurs et les services publics ont donc besoin d'une compréhension claire de la quantité d'énergie produite pour monétiser équitablement la production supplémentaire de la technologie bifaciale. L'équipe de Deline crée des tests de capacité qui déterminent la nouvelle sortie et aideront à mettre à jour les normes en conséquence.

« Tout cela nécessite un nouvel écosystème de normes, outils de modélisation des performances, et les bonnes pratiques pour l'instrumentation, " il ajoute.

Les normes de sécurité sont un autre résultat important de la recherche du NREL. Les installateurs doivent savoir comment le courant électrique augmentera lors de l'installation d'un module bifacial plutôt que monofacial. Conducteurs, tels que les câbles et les fusibles, doivent être dimensionnés de manière appropriée. Encore ici, des normes et des calculs précis sont nécessaires pour une installation efficace et sûre.

Investir dans l'avenir de l'énergie

En tant que laboratoire national fortement lié à l'industrie, NREL est particulièrement bien placé pour fournir les données, une analyse, normes, et les meilleures pratiques que ces technologies nécessitent.

"En publiant à ce sujet, les installateurs solaires vont voir de meilleures conditions de financement, " a déclaré Deline. " Les services publics vont apporter plus de cohérence, renouvelable, et une énergie abordable dans leur mix de production.