Bifacial ehk kahepoolsed päikesepaneelid ja nende kasutus Eestis

Järjest rohkem kirjutatakse ja räägitakse kahepoolsetest ehk bifacial paneelidest. Kuna klientidelgi on selle tehnoloogia vastu huvi ning sellega seonduvaid küsimusi palju, räägime sellest natuke lähemalt.

Kahepoolseid  ehk bifacial päikesepaneele valmistatakse pea samamoodi kui ühepoolseidki. Esiklaas, järgmisena enkapsulant (EVA või POE), elemendid ja jällegi enkapsulant ning tagaseinaks kas läbipaistev plastik või teine klaas. Esmaselt tundub, et suurimaks erinevuseks ongi vaid element, mis suudab püüda päikesekiirgust kahelt poolt korraga. Paneel ise võib olla kas raamiga või ilma. Võttes arvesse, et ka elemendi arhitektuure võib olla kaheksa erinevat, on paneelide seas olulisi tehnilisi erinevusi. Hoolimata sellest on põhiliseks omaduseks siiski kahepoolne toime.

Esimesed bifacial paneelid tulid turule sajandivahetuse alguses. Kuigi ka maailma esimene päikeseelement, loodud eelmise sajandi viiekümnendatel, oli oma disainilt kahepoolne, ei saatnud tehnoloogiat kommertsedu varem kui alles peale 2017a. Kasutades ära puudusi tüübikinnituse standardites ning ka mõõtemetoodikate standardites, reklaamisid mõned tootjad ennast võimsusväljastusega, mis kõlasid uskumatutena.

Esimesed praktilised tootlustestid vabas looduses sooritati liiga väikeses mahus, sageli vaid ühte-kahte paneeli kasutades. See aga jättis tähelepanuta kogu jaama arhitektuuri ja sellega seotud muutused tootluses. Nii ei olnud ime, et mõned tootjad liitsid nii esi- kui ka tagapoole nominaalvõimsused ja esitlesid nii ülisuure võimsusega paneele. Asjade tagapõhjast teadmatud paigaldajad haarasid võimalusest ja reklaamiga kaasa minnes lubasid klientidele optimistlikke võimsusi ja aastatootlikkusi. Tegelikkus oli  muidugi hoopis tagasihoidlikum. Kuigi ka veel nüüd ei ole standardiseerimine kõiges ühte sammu suutnud käia on olukord siiski palju korrastatum ning vähemalt suurtootjate andmelehtedel leiduvat informatsiooni saab usaldada. Tulles aga tagasi kõrgete tootusnumbriteni, tasuks vaadata lähemalt, kas on ikka põhjust oodata Eesti tingimustes 30% enam kilovatt tunde võrreldes tavapaneeliga.

Bifacial paneelide praktiline kasutus seab hoopis uusi nõudmisi kõikidele komponentidele ja jaama ülesehitusele üldiselt. Kuna paneelide täielik potentsiaal avaldub vaid siis kui ka paneeli tagaküljele valgust satub, siis on üsna selge, et näiteks katusepaigaldustele taolist tehnoloogiat panna pole mingil juhul mõistlik. Ei ole suurt vahet, kas kõne all on kaldega viilkatus või mõni suurem lamekatus, paneelide taha valgust ei tule. See tähendab, et ainuke ainumõeldav kasutuskoht on maapargid. Ning siin tuleb suurt tähelepanu pöörata nii mehaanilisele kui ka elektrilisele planeerimisele.

Kinnitused

Bifacial paneelid on enamasti kahe klaasiga versioonid, nn. double glass. Võrreldes tavapaneeliga on klaasi paksus väiksem, sellegipoolest teeb see kahepoolse paneeli tavapaneeliga 1,5…2 korda raskemaks. Õhema klaasiga paneel on oluliselt kergemini kahjustatav rahe poolt. Kui tegemist on ilma raamita paneeliga on vajalikud erilised paneeliklambrid, mis haaravad klaasist endast, neid peab olema tunduvalt rohkem.

Paneelide taga ei tohiks olla objekte, mis valgust varjavad, seda nii võimsusväljastust silmas pidades aga ka vähendamaks hotspot riski. Hotspot on nähtus, mis tekib kui paneelide elementidele langev valguskiirgus on intensiivsuselt erinev. Varjutusega element muutub teiste jaoks takistiks, voolu toimel takisti kuumeneb ning võib põhjustada paneeli delamineerumist, klaasi purunemist ja ka tulekahju. Kõik need asjaolud tähendavad, et kahepoolsete paneelide paigaldamiseks senised paigaldusraamid ei kõlba. Peab kasutama lahendusi, mis suudavad kanda suuremat massi, millel enam klambreid ja mis ei varjuta paneelide tagaosa. Paneelide võimsusväljastuse parandamiseks on vaja raam teha kõrgem, et lasta paneelide tagaküljele enam valgust. Taolise raamistiku ehitamiseks kulub enam materjali. Taiplikumad lugejad saavad juba aru, et see tähendab kõrgemat hinda. Nii see tõepoolset on.

Elektriline disain

Bifacial paneeli tagapoolele sattuva valguskiirguse kogus sõltub paljudest erinevates asjaoludest nagu näiteks:

1. maapealne albeedo
2. valguse spekter
3. paneelistiku kõrgus maast
4. kaldenurk
5. asimuut
6. ridade arv
7. ridade vaheline kaugus

Paneelid, mis saavad enim valgust, asetsevad ridade alguses ja lõpus ning viimase rea paneelid. Fikseeritud asimuudi ja kaldega süsteemides võib erinevus kiirguses ulatuda lausa 25%-ni. Trackerite kasutamisel on see reeglina väiksem, isegi ainult 5%.
Ei tasu ka unustada, et paneeli taha sattuv kiirgus on hajus, mis tuleb eri suundadest ja on võrreldes esiküljele sattuvast kiirgushulgast palju väiksema intensiivsusega.

Klaas-klaas paneelidel on kõrgem temperatuurikoefitsent. Klaasist tagaklaas halvendab paneeli jahutust, paneeli sisetemperatuur on kõrgem ja see avaldab negatiivset mõju tootlusele.

Osad tootjad kasutavad küsitavaid lahendusi, kus osa elemente on varjutatud kas ühenduskarbist, raamist või mõlemast.

Kasutatav inverter peab olema suuteline kasutama ära suuremat paneeliahela voolu, olema paindlik ahelate disainis. Suurem paneelide omavaheline võimsuserinevus (module mismatch) paneb proovile inverteri MPPT võimekuse.

Kokkuvõte 

Kokkuvõtteks võiks öelda järgmist:

1.  Kahepoolsete paneelide kasutamine nõuab oluliselt rohkem teadmisi ja kogemusi kui tavapaneelide juures.
2. Kahepoolsete paneelide kasutus on piiratud vaid maapaigaldistes, maksimaalne kasu avaldub aga trackeritega, mis artikli kirjutamise ajal (12/2021) ei ole Eestis majanduslikult mõistlikud.
3. Inverter peab olema eriti võimekas ja nii paljude sõltumatute sisenditega kui võimalik.
4. Valmis jaamades on raporteeritud suurenenud tehnilistest probleemidest, on palju näiteid hotspotidest, ühenduskarpide sulamisest, dioodide riketest jne.
5. Viimaseid sõltumatuid tootlusuuringuid arvesse võttes on kahepoolsete paneelide tegelik reaalne tootluserinevus Eesti oludes vahemikus 5…7%. Pannes siia kõrvale keerukus jaama kavandamisel ja lisakulud raamistikule, suuremale maakasutusel jne, ei ole kahepoolsete paneelide kasutus meil asjakohane. Võrdluseks võib öelda, et Eesti PäikeseVägi on enda ehitatud päikesejaamades tootlusi analüüsides jõudnud tulemusele, et need toodavad konkurentide omadest rohkem. Keskmiselt on erinevus 5…10% aga on olnud ka juhtumeid, kus erinevuseks on lausa 14%. Nii on mõistlike kulutustega võimalik saavutada parem tootlus kui kahepoolsete päikesepaneelidega.