Joining efforts for extensive Adaptation of Novel bifacial modules in Utility-scale Solar

I dette prosjektet vil Scatec i samarbeid med IFE gjøre forsknings- og utviklings arbeid innenfor bruk av tosidige solceller (såkalte "Bifacial" solceller) i storskala solkraftverk. Bifacial-solcellemoduler kan produsere mer elektrisitet enn tradisjonelle solcellemoduler ved å utnytte seg av lyset som treffer modulene fra begge sider, og kan derfor produsere ekstra energi fra lyset som reflekteres fra bakken og fra omgivelsene. For å øke energiproduksjonen enda mer kan slike moduler også kombineres med såkalte "trackere", som hjelper modulene med å peke i en gunstigere retning mot solen gjennom hele dagen. Prisen for bifacial-moduler har nylig blitt lav nok til å bli kommersielt interessant for solcellekraftverk, og i 2019 åpnet Scatec verdens første storskala solkraftverk basert på kombinasjonen av bifacial-moduler og trackere. Dette kraftverket ligger i Benban i Egypt og består av ~1.1 millioner bifacial-moduler, noe som tilsvarer ~78 millioner enkelte silisiumsolceller! Kraftverket produserer alene ca. 930 millioner kWh med ren energi hvert år, nok til å gi strøm til 420 000 husstander og gi besparelser på ca 423 000 tonn med CO2. Dette forskningsprosjektet vil hjelpe Scatec og IFE å forstå økningen i strømproduksjonen som blir gjort mulig ved bruk av bifacial-moduler og opparbeide kompetanse og erfaring på hvordan slike kraftverk bør bygges og drives på en mest mulig effektiv måte. Dette vil gi Scatec en viktig kompetitiv fordel og en mulighet til å fortsette å vokse i et krevende globalt marked. Det er godt kjent i litteraturen at det markedsledende simuleringsverktøyet PVsyst underestimerer innstrålingen som treffer baksiden av bifacial-moduler montert på trackere. For å bekrefte dette må simuleringer sammenliknes med innstrålingen som måles på baksiden av modulene av pyranometere eller referanseceller. Resultater fra PVsyst har blitt sammenliknet med tilsvarende resultater fra flere ulike simuleringsverktøy med ulike virkningsprinsipper og detaljnivå i modelleringen. En slik sammenlikning må også basere seg på usikkerhetsestimater som underbygger den statistiske konfidensen som kan tillegges eventuelle avvik mellom simuleringer og målinger. Vi har utviklet en ny metodikk for å estimere slike måleusikkerheter fra målinger foretatt med et stort antall pyranometere fordelt utover solkraftverket. Et slikt usikkerhetsestimat er også viktig for å vurdere romlige og tidsmessige variasjoner i albedo og innstråling på modulenes bakside som måles i bifacial solkraftverk. Basert på dette har vi utviklet en ny metode for å beregne disse størrelsene og vurdere deres statistiske signifikans. Å beregne økningen i strømproduksjon som skyldes bruken av tosidige solceller fremfor ensidige solceller er komplisert. Et særskilt arbeid har blitt lagt ned i å utvikle en presis metodikk for å foreta slike beregninger. Innsikter som har blitt oppnådd i prosjektet har blitt presentert offentlig ved fire tilfeller. Under Norwegian Solar Cell Conference i Son ble det presentert resultater fra IFEs bifacial testanlegg på Kjeller. Under et webinar holdt i regi av Solenergiklyngen presenterte Scatec sine erfaringer med bifacial pv. I dette webinaret presenterte også IFE en eksempelstudie der forside og bakside innstråling ble simulert med både PVsyst og det mer detaljerte strålesporings-verktøyet bifacial_radiance. Resultatene ble sammenliknet med målinger foretatt flere steder langs forsiden og baksiden av modulene. Resultater vil også bli presentert på European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition (EUPVSEC) i Lisboa, Portugal 18. - 22. September 2023. Dette arbeidet fokuserer på romlig variasjon i albedo i et større anlegg og denne variasjonens påvirkning på energy-yield simuleringer.

Ved begynnelsen av prosjektperioden var det lite etablert praksis både for design og drift av tosidige solcelleparker og kunnskapsbehovet var stort. Det var usikkerhet knyttet til effekten av albedo, drift av albedo målestasjoner, behov for vasking av baksiden, tap knyttet til stygge fra bakside strukturer og tap knyttet til elektrisk mismatch. Det var også usikkerhet knyttet til presisjonen til ulike simuleringsverktøy som brukes til å beregne innstrålingen på baksiden av modulene. Dette er faktorer vi har fått kunnskap om i løpet av prosjektperioden. Etter 3 år tar tosidige solcelleparker stadig nye markedsandeler, og Scatec leder an i denne utviklingen. Kunnskapen Scatec har tilegnet seg gjennom dette forskningsprosjektet sammen med operasjonell erfaring gir Scatec nå har en kompetitiv fordel og mulighet til å vokse i et krevende globalt marked. Enkelte resultater, som degradasjonsraten og tosidighetsgevinsten, kan ikke deles med offentligheten grunnet sensitivitet. Metodikkene som har blitt utviklet vil imidlertid bli publisert på sentrale konferanser og i fagfellevurderte tidsskrift. Dermed vil også prosjektets resultater være nyttige for forskningsfeltet.

This innovation project will help Scatec Solar realize a large potential for value creation by increasing the use of bifacial solar modules in future PV projects. A bifacial solar module can produce more electricity than a traditional module by harvesting sunlight from both sides, thereby also taking advantage of light reflected from the ground and its surroundings. Although such cells are not new as a concept, bifacial solar cells have only recently obtained appreciable shares of the market. While laboratory tests clearly show the potential of bifaciality to increase production, important questions remain about field performance. As for many other anticipated innovations in the photovoltaic (PV) industry, lack of data and standards contribute to substantial financial risk. To change this situation, and to allow the Norwegian solar energy producer Scatec Solar to benefit from its current pole position in the industry shift to bifacial technology, there is an urgent need for research on this topic. This innovation project will give a solid data foundation to understand the gain in production enabled by bifacial PV, the required conditions to realize this gain, and build experience of how component performance and degradation compare with conventional systems. The core of this project is Scatec Solar’s innovative Benban Solar Park, where single-axis trackers and bifacial PV modules are combined in utility-scale production for the first time in the world. This pioneer project provides unique production data, enabling the proposed innovation project to break completely new ground. By limiting uncertainty of future investments, thus reducing both financing costs and project development time, Scatec Solar will remain a highly competitive bidder in the utility-scale PV market. This will give Scatec Solar an important competitive edge and an opportunity to continue growing into the demanding global PV market.