Maximierung der Rendite von großflächigen Solaranlagen

In der Vergangenheit gab es hinsichtlich des Designs und der Formate von PV-Modulen einen starken Wandel. Dieser Wandel trieb Leistungswerte immens voran und führte somit zu höheren Energieerträgen und niedrigeren Projektkosten. Von Herstellerseite aus wurden Module mit einer Leistung von mehr als 500 W oder sogar 600 W angekündigt.  

Lass uns als Beispiel einen genaueren Blick auf die neuartigen Technologien werfen, die in den neuen Modulen der Serie 7 von Canadian Solar vorhanden sind. Diese Technologien senken die LCOE für Solaranlagen und sollen die Voraussetzungen für die globale Netzparität schaffen. Mit einer Leistung von bis zu 665 W öffnen die Module der Serie 7 die Türen für weitere Optimierungen auf mehreren Ebenen und versprechen eine niedrigere LCOE und höhere Kapitalrendite, ohne zusätzliche Herausforderungen für Installateure oder Komponentenlieferanten zu schaffen.  

Die Leistung dieses neuen Moduls erreicht bis zu 665 W und bietet einen Wirkungsgrad von bis zu 21,4 %. Beides zusammen führt zu niedrigeren LCOE- und BOS-Kosten, was dieses Modul zu einem kosteneffizienten Produkt für Versorgungskraftwerke macht.  

Weitere bemerkenswerte Eigenschaften sind:  

  • Die CSAR (Canadian Solar Advanced Regeneration)-Technologie bietet eine bis zu 50 % geringere Anfangsdegradation  
  • Kompatibilität mit auf dem Markt fest etablierten Wechselrichtern  
  • Kompatibilität mit auf dem Markt fest etablierten Trackern  
  • 40% niedrigere Hotspot-Temperatur  
  • Ein neues Rahmendesign, das die Auswirkungen von Mikrorissen minimiert  
  • Hohe Schneelast, die bis zu 5400 Pa betragen kann 
  • Einzigartige CSIR (Canadian Solar Infrared Ray)-Technologie verhindert das Hotspot-Risiko, das durch lokalisierten Leckstrom auf Zellebene entsteht  
  • Die einzigartige CSI Hetero Type Ribbon und die Paving Technologie erhöht Leistung, Effizienz und Widerstand gegen Mikrorisse  
  • Bessere Leistung bei niedriger Bestrahlungsstärke sorgt für einen um 0,5 % höheren Energieertrag  

Diese neue Technologie erreicht eine niedrigere LCOE durch:  

  1. Eine hohe Energieerzeugung aufgrund einer geringeren Degradation und einer höheren Energieerzeugung Mit Hilfe niedrigeren Einstrahlungen.  
  2. Eine hohe Zuverlässigkeit (Produktgarantie, Leistungsgarantie, niedrige LeTID, exzellente Hotspot-Prävention und -Leistung sowie bankability). Aufgrund dieser wird ein Zugang zu niedrigeren Kapitalkosten ermöglicht. 
  3. Geringere BOS-Kosten und Capex (mehr Leistung pro String, weniger String-Kabel, weniger String-Kabel-Arbeit, geringere Modul-Installationskosten und geringere Tracker-Kosten). 
HiKu7 / BiHiKu7

Auswirkungen größerer, leistungsstärkerer Solarmodule  

Die Hauptform von PV-Modulen, die in der Solarmodulindustrie verwendet wird, ist der 72-Zellen-Formfaktor. Er hat die Branche etwa ein Jahrzehnt lang dominiert. Die Montage und die jeweiligen elektrischen Systeme wurden auf Basis dieses Typs optimiert. Das gesamte Ökosystem (von der Entwicklung über das Leistungsverzeichnis bis hin zum Bau) wurde auf den 72-Zellen-Formfaktor ausgelegt.  

In letzter Zeit kann jedoch eine Distanzierung gegenüber des 72-Zellen-Modul beobachtet werden. Dieses Modul wurde letztendlich durch halbzellige oder kurz geschnittene bifaciale Paneele in verschiedenen Formfaktoren und mit zunehmender Größe ersetzt.  

Es können sowohl Vorteile als auch Risiken aus dieser Entwicklung entnommen werden. 

In den letzten Jahren haben wir sowohl die Zunahme der Modulleistung und –effizienz wie auch der Modulgröße beobachten können. Auf dem Markt erscheinen kontinuierlich neue Module in verschiedenen Formen. Einige dieser Module werden in der Länge vergrößert, andere in der Breite, und wieder andere sowohl in der Länge als auch in der Breite. Dies macht es für Entwickler und EPCs schwieriger verschiedene Analysen durchzuführen und eigenständig herauszukristallisieren, welche Auswirkungen auf die eigenen Projekte zukommen könnten. 

Wettbewerbstrends bei Versorgungsmodulen

Vorteile und Nachteile der Systemebenen  

  1. Modul-Installation  

Die Kosten für die Installationseinheit steigen aufgrund des Produktivitätsverlusts durch größere und schwerere Module. Aufgrund des hohen Gewichtes der Module ermüden Installateure schneller, woraus resultiert, dass die Kosten für die Installation eines Panels steigen. Einige Installateure haben nur eine sehr geringe Auswirkung festgestellt, während wiederum andere einen Unterschied von bis zu 20 % feststellten, die nach Größe und Gewicht des Moduls variiert.  

Insgesamt können wir ein positives Ergebnis aufgrund der geringeren Modulanzahl verzeichnen. Die Installationskosten für eine Einheit können ausgeglichen werden. Darüber hinaus können die Gesamtinstallationskosten durch einen größeren Formfaktor aufgrund einer drastischen Reduzierung der Gesamtzahl der Module profitieren.  

  1. Auswirkungen des elektrischen Leistungsverzeichnisses  
  • Die Kosten für die jeweilige DC-Hardware sind abhängig von der Länge des Strings. Größere Module haben eine höhere Leistung, jedoch auch eine höhere VOC, aufgrund dessen die Stringlänge sich nicht verändert. In diesem Fall steigt die Stringleistung und führt dadurch zur einer geringeren Stringanzahl. Dies bewirkt wiederum Einsparungen bei der DC-Hardware, den Combiner-Boxen, den Kabelkosten, den Installationskosten und vieles mehr.  
  • Möglicherweise müssen die Hersteller von String-Wechselrichtern einige Hardware-Optimierungen für höhere Ströme vornehmen. 
  1. Versandvorteile  
  • Eine höhere Versanddichte führt zu einer Reduzierung der Versandkosten. Das hängt natürlich von der genauen Größe der Module ab und davon, wie viele davon ein Hersteller in einen 40-Fuß-Container packen kann.  

Mechanische Einflüsse  

  1. Ein größeres Modul erhöht die Lasten auf den Tracker. Die Windlasten auf das Gerüst nehmen aufgrund der größeren „Segelfläche“ und der schwereren Module zu. Dies kann zu einem Anstieg des Stahls im Tracker führen, wodurch die Kosten für die Gerüste steigen. Es kann auch erforderlich sein, den Tracker zu verkürzen oder die Anzahl der Reihen zu verringern, wodurch die Gesamtleistung des Trackers sinkt. Bei den meisten Trackern ist eine Vergrößerung der Modulbreite gegenüber der Modullänge vorzuziehen, um die Kraft auf die Komponenten des Torsionsrohrs zu reduzieren.  
  2. Aufgrund des höheren Gewichts der Module müssen die Tracker-Fundamente möglicherweise sowohl in der Stahlstärke als auch in der Länge vergrößert werden.  
  3. Eine Erhöhung der Pfahlbelastung führt zu einer Erhöhung der Pfahllänge, was zu einer Erhöhung des Materials führt und dies kann möglicherweise zu höheren Installationskosten führen.  
  4. Die in den Datenblättern veröffentlichte maximale Windgeschwindigkeit des Trackers basierte auf herkömmlichen 72-Zellen-Modulen. Sie kann daher für größere Formfaktoren unzureichend sein.  
  5. Möglicherweise wird auch die Anzahl der Tische pro Tracker reduziert, was die Gesamtkosten des Trackers erhöhen wird.  
  6. Es ist auch wichtig zu bedenken, dass die optimale Stringlänge für breitere Module die maximal zulässige Trackerlänge nicht überschreiten darf.   

Die oben genannten Auswirkungen und Änderungen sind überschaubar, erfordern jedoch eine enge Abstimmung mit den Anbietern von Gerüsten.  

Zusammenfassung  

Sind Module mit größerem Formfaktor und höherer Leistung gut für ein Projekt? Die allgemeine Antwort lautet ja. Wir sehen einen positiven Nettoeffekt auf die LCoE eines Projekts. Die Vorteile variieren von Projekt zu Projekt, und einige Auswirkungen sind positiv, andere negativ. Das Ausmaß der positiven und negativen Auswirkungen hängt von dem in Frage kommenden Modul und Tracker sowie von den Projektspezifika ab. Daher muss eine sorgfältige Bewertung der Auswirkungen auf mechanische und elektrische BOS und Installation projektspezifisch durchgeführt werden.  

Darüber hinaus gibt es einige Bereiche, die weiter untersucht werden müssen. Zu den Fragen, die noch beantwortet werden müssen, gehören:  

  • Werden größere Module während des Transports und der Installation und des Betriebs stärker beansprucht? Dies kann zu Problemen bei der Zuverlässigkeit der PV-Module führen (z. B. Mikrorisse). 
  • Verändert die Abänderung des Modulgewichts und der Windlasten auf den Tracker das dynamische Verhalten des Trackers selbst?  

Da sich die PV-Industrie immer weiter in Richtung größerer Formfaktor-Module bewegt, wird die sorgfältige Qualifizierung und Auswahl kompatibler, leistungsstarker und zuverlässiger PV-Module wichtiger als je zuvor.  

Ist größer immer besser – Beispielfallstudien  

Fallstudie 1: 50MW 2P Tracker (Vietnam)  

In dieser Fallstudie vergleichen wir das SunPower Performance 5 545W-Modul mit einem herkömmlichen bifazialen 500W-Modul.  

Fallstudie 1

Der größere Formfaktor des P5 545W bietet erhebliche Einsparungen bei der Tracker-Versorgung. Aufgrund des langen Moduls gibt es einen leichten Nachteil. Die Einsparungen ergeben sich aus ca. 5 km weniger Trackerlänge (oder ca. 10 % weniger Trackerstahl). Wir sehen auch signifikante Einsparungen bei den indirekten Kosten (Zeiteinsparungen vor Ort). Sowohl die große Reduzierung der Anzahl von Modulen wie auch die stark reduzierte Trackerlänge und Menge bedeuten, dass die Bauzeit auf der Baustelle und die damit verbundenen Kosten für Arbeiter und Angestellte deutlich reduziert werden. Insgesamt sehen wir ein Äquivalent zu den BOS-Einsparungen von 1,96 US c/W unter Verwendung der SunPower Performance P5-545.  

Fallstudie 2: 5MW 1P-Tracker (Australien)  

In diesem Fall vergleichen wir das SunPower Performance 5 635W-Modul mit einem herkömmlichen bifazialen 500W-Modul.  

Fallstudie 1.1

Die Anzahl der Module pro String ist geringer. Aufgrund kristallisiert sich eine sehr große Bedeutung für die Anzahl der Strings heraus. Infolge der höheren Leistung jedes Moduls ist die Leistung pro String höher. Hieraus ergibt sich eine besonders große Reduzierung der Anzahl der Module für den gesamten Standort und einen guten Vorteil in Bezug auf die Tracker-Leistungsdichte (W/m).  

Trotz dessen gibt es Nachteile bei der Tracker-Versorgung, der Pfahlversorgung und der Installation. Insgesamt ergibt sich jedoch eine Nettoeinsparung aus mechanischer Sicht und ein deutlicher Gewinn bei den DC-Balance-of-System-Kosten und der Zeiteinsparung vor Ort. Die gesamten BOS-Einsparungen entsprechen 3,4 US c/W bei Verwendung der SunPower Performance P5-635.  

Fallstudie: 50MW-Zusammenfassungen  

Spanien (2P Tracker) 

 Conv 500W Bifacial SPR-P5-545 SPR-P5-635 
Ertrag kWh/kWp 2234 2256 2256 
BOS-Einsparungen (€c/Wp)  1.56 2.46 
BOS-Einsparungen (%)  3.1% 4.9% 
LCoE  -3.7% -5.3% 
ROI 14.62% 15.24% 15.53% 
IRR 13.52% 14.20% 14.51% 
Spanien (2P Tracker) 1
Annahme Metrik Wert 
Geschätzte EPC-Kosten €0.50/W 
Abzinsungssatz 6% 
Inflationsrate 1% 
PPA Satz €/MWh 35.07 
Spotmarkt-Rate €/MWh 35.07 
PPA-Laufzeit 12 yrs 
Geschätzte Opex Kosten €4,250/MWp/Yr 
Jährliche Opex-Steigerung 1% 
Spanien (2P Tracker) 12

Vietnam (2P Tracker) 

 Conv 500W Bifacial SPR-P5-545 SPR-P5-635 
Ertrag kWh/kWp 2010 2048 2048 
BOS-Einsparungen (€c/Wp)  1.96 2.98 
BOS-Einsparungen (%)  3.4% 5.2% 
LCoE  -4.8% -6.4% 
ROI 23.64% 24.97% 25.44% 
IRR 22.81% 24.19% 24.68% 
Vietnam (2P Tracker)  1
Annahme Metrik Wert 
Geschätzte EPC-Kosten €0.57/W 
Abzinsungssatz 10% 
Inflationsrate 1.5% 
PPA Satz €/MWh 70.90 
Spotmarkt-Rate €/MWh 25.00 
PPA-Laufzeit 20 yrs 
Geschätzte Opex Kosten $7,000/MWp/Yr 
Jährliche Opex-Steigerung 1% 
Vietnam (2P Tracker)  12

Malaysia (2P Fixed Tilt) 

 Conv 500W Bifacial SPR-P5-545 SPR-P5-635 
Ertrag kWh/kWp 1537 1559 1559 
BOS-Einsparungen (€c/Wp)  1.71 2.70 
BOS-Einsparungen (%)  3.1% 4.9% 
LCoE  -4.3% -6.0% 
ROI 9.76% 10.22% 10.41% 
IRR 7.96% 8.52% 8.76% 
Malaysia (2P Fixed Tilt)  1
Annahme Metrik Werte 
Geschätzte EPC-Kosten $0.55/W 
Abzinsungssatz 7% 
Inflationsrate 3.0% 
PPA Satz €/MWh 36.14 
Spotmarkt-Rate €/MWh 36.14 
PPA-Laufzeit 21 yrs 
Geschätzte Opex Kosten €2,400/MWp/Yr 
Jährliche Opex-Steigerung 1% 
Malaysia (2P Fixed Tilt)  2

Australien (1P Tracker) 

 Conv 500W Bifacial SPR-P5-545 SPR-P5-635 
Ertrag kWh/kWp 2065 2089 2089 
BOS-Einsparungen (€c/Wp)  2.17 3.42 
BOS-Einsparungen (%)  3.1% 4.9% 
LCoE  -3.8% -5.4% 
ROI 10.72% 11.21% 11.42% 
IRR 9.03% 9.60% 9.85% 
Australien (1P Tracker)  1
Annahme Metrik Werte 
Geschätzte EPC-Kosten $0.70/W 
Abzinsungssatz 8% 
Inflationsrate 3.0% 
PPA Satz €/MWh 39.85 
Spotmarkt-Rate €/MWh 39.85 
PPA-Laufzeit 12 yrs 
Geschätzte Opex Kosten $8,000/MWp/Yr 
Jährliche Opex-Steigerung 1% 
Australien (1P Tracker)  12

Fazit  

Module mit großem Formfaktor senken die BOS-Kosten durch:  

  • Mehr Leistung pro Modul – weniger DC-Strings insgesamt  
  • Geringere Tracker-Mengen und -Stapel (in den meisten Fällen)  
  • Geringere logistische Bewegungen  
  • Geringere Zeit vor Ort (durch weniger zu installierenden Modulen und Tracker)  

Es ist jedoch wichtig zu bedenken, dass die Höhe der BOS-Einsparungen abhängt von:  

  • Individuelle Bewertung jedes Projektstandorts  
  • Vollständige Kompatibilitätsprüfung von Tracker, BOS und Wechselrichter  
  • Bewertung der elektrischen Verluste  
  • Arbeitsschutz 

Große Module bedeuten mehr Kraft und Bewegung. Daher sind die Zuverlässigkeit und Langlebigkeit der verwendeten Module entscheidend. 

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