SunPower RLC Training März 2013 0
SunPower Solarmodule Zuverlässigkeit, Leistung, Wirkungsgrad 2
SunPower Solarmodule sind anders. SunPower Solarmodule sind besser. 3
Das Herzstück der SunPower Moduls: Die Maxeon TM Solarzelle Die Maxeon TM Zelle hat ein grundlegend anderen Aufbau als herkömmlichen Solarzellen: Sie besitzt eine solide Kupferbasis Zellen mit Kupferschicht sind zwar teurer als herkömmliche Solarzellen, dies zahlt sich aber durch die dauerhafte Beständigkeit und die höhere Leistung aus. SunPower ist weltweit der einzige Hersteller, der Zellen mit Kupferschicht baut alle konventionellen Zellen werden mit Metallpaste beschichtet Der Vorgang ähnelt dem Siebdruckverfahren zum Bedrucken von T-Shirts SunPower Modul mit Maxeon TM - Zelle Herkömmliches Modul (gleiches Maß ) Vorderseite Rückseite Vorderseite Rückseite 345W 240W Rückseite Keine Leiter Kupferbeschichtet Dünne Leiter aus Metallpaste Vollflächig mit Metallpaste beschichtet 5
Maxeon TM Solarzellen verglichen mit herkömmlichen Zellen Maxeon TM Solarzelle (Rückseite) Starke Kupferschicht Zugentlastete Kupferschiene verbindet die Zellen untereinander Herkömmliche Solarzellen (Vorderseite) Dünne Leiterbahnen aus aufgebackener Metallpaste Aufgelötete Kupferbändchen (verzinnt) Kupferbändchen verbinden die Zellen untereinander 1. Dicke Kuperschicht (verzinnt) ist sehr korrosionsbeständig. 2. Keine Lötverbindung entlang der Längsachse der Zelle 3. Die Zellverbinder mit einer Kupferschiene stellt eine robuste Kupfer-auf-Kupfer Lötverbindung dar, zugentlastet und doppelt redundant. 4. Solide Kupferschicht auf der Zellrückseite erhält Energieproduktion aufrecht auch bei Bruch der Siliziumzelle. 1. Äußerst dünne Siebdruckleiterbahnen auf der Zellvorderseite sind auf lange Sicht empfindlich gegen Korrosion 2. Hochbelastete Lötverbindungen zwischen langen Kupferleitungsbahnen und Siliziumzelle Tagsüber werden die Module sehr warm und das Kupfer dehnt sich aus, nachts zieht sich das Kupfer der abgekühlten Module zusammen. Die Silizium-Zelle dagegen bleibt starr. Diese permanente mechanische Belastung führt im Laufe der Zeit zu Rissen an Zelle und Lötverbindungen. 3. Zellverbindung mit Kupferband nicht einfehlersicher. 4. Die im Siebdruck aufgetragene Metallpaste hält die Siliziumzelle bei Zellbrüchen nicht zusammenn 6
Gebrochene herkömmliche Zellen im praktischen Einsatz: Herkömmliche Module SunPower Modul Schwarz = keine Energieerzeugung Beschädigt warscheinlich bei der Installation oder durch wiederholte Temperaturveränderung Beschädigt warscheinlich durch mangelhaften Lötvorgang und wiederholte Temperaturveränderung Die Leiterbahnen der linken Seite sind gebrochen. Auch bei einem Zellbruch sind alle Teile des Modules aktiv (keine schwarzen Stellen). Herkömmliche Module fallen üblicherweise durch permanente Temperaturschwankungen aus, die im Lauf der Zeit zu Brüchen der Zellen, der Lötstellen und der Leiterbahnen führen 7
Übliche Defekte herkömmlicher Solarmodule Korrosion Zell- oder Leiterbahnbrüche Anschlusskabel Zell- oder Leiterbahnbrüche 40.7% Korrosion 45.3% Anschlußdose Delamination Anschlußdose Überhitzung von Diode, Leitungen, Klemmen Mechanische Schäden Defekte Bypass-Dioden Wohlgemuth, J. Reliability of PV Systems. Proceedings of SPIE, Aug, 2008. 8
Garantieumtausch nach Inbetriebnahme Maxeon Gen. 2 Jahr Garantieumtausch Ausgeliefert 2006 18,290 2007 83,339 2008 6 275,911 2009 28 819,075 2010 77 1,773,540 2011 47 2,372,935 2012-Q2 18 1,138,599 176 6,481,689 27 Tauschfälle pro Million Module. Alle Fälle von Modul- Garantieumtausch nach Inbetriebnahme weltweit für alle Module mit Maxeon-Zellen Gen 2. bis einschl. Juni 2012 SunPower betreibt 800MW herkömmlicher Solarsystem durch Firmenübernahmen: PV Anlagenintallateure 240MW von 20 Herstellern Durchschnittsalter 7 Jahre 8,700 Tauschfälle/ Million (fast 1%) Europäischer Hersteller 550MW, Qualitätshersteller (gute Zulieferer, automatisierte Fertigung) Durchschnittsalter 4 Jahre 1,800 Tauschfälle/ Million 9
Robustes Maxeon Design ermöglicht SunPower die besten Garantien der Branche zu bieten Durch die Verwendung der Maxeon Solarzellen kann SunPower die zuverlässigsten Module mit einmaligen Garantien anbieten. 9.1 % garantierte Mehrleistung verglichen mit dem Industriestandard Garantiert niedrigste Degradationsrate: - 0.4 % pro Jahr 100% 95% 90% 85% 80% SUNPOWER INDUSTRIE STANDARD 87% SUNPOWER STANDARD 75% 0 5 10 15 20 25 0 5 10 15 20 25 Jahre Jahre Leistungsgarantie Produktgarantie 10
Beste Garantieleistungen Abgedeckt 1 SunPower Module Andere Module Kosten für die Demontage mangelhafter Module? Ja Nein Transportkosten? Ja Nein Kosten für die Installation neuer Module? Ja Nein Garantiedauer 25 Jahre 10 Jahre SunPower trägt die gesamten Austauschkosten im Garantiefall. 1) Details gemäß Garantiebedingungen 11
SunPower behält einen kühlen Kopf Temp Durch den besseren Modulwirkungsgrad wird mehr Strahlungsleistung in elektrische Leistung umgewandelt. Dadurch muss weniger Leistung als Wärme abgeführt werden und das Modul bleibt kühler : Typischerweise 2-3C auf dem Dach SunPower Sonne 1000W/m² x 1,6m² =1600W Herkömmlich Sonne 1000W/m² x 1,6m² =1600W 1600W x 20.4% = 330W elektrische Leistung 1600W x 15% = 240W elektrische Leistung 1600W - 330W 1270W Abwärme 1600W - 240W 1360W Abwärme Herkömmliche Module werden heißer, da sie zusätzliche 90 W Wärme abführen müssen. 12
Keine lichtabhängige Degradation (LID) LID Das n-dotierte Silizium von SunPower Zellen ist keiner lichtabhängigen Degradation ausgesetzt und verlieren nicht 1-3% ihrer ursprünglichen Leistung nach dem erstmaligen Kontakt mit UV-Licht wie herkömmliche kristalline Siliziumzellen (die aus p-dotiertem Silizium bestehen) BEW/DNV Engineering report: Verrlässliche LID Daten der Hersteller sind selten zu finden, aber generell wird ein Verlust von 0.5% bis 3.5% für poly- und 2% bis 5% für monokristallines Silizium als gegeben erachtet. Herkömmliche Zellen 2 Leistungsverlust durch LID (%) Unterschiedliche Produktionschargen 1 The only other significant module manufacturer making n-type solar cells is Yingli, used only in their Panda modules. 2 Pingel, S., et al., Initial Degradation of Industrial Silicon Solar Cells in Solar Moduls, EU PVSEC, Valencia 2010. 13
Mehr gelieferte Nennleistung Watts SunPower verkauft fast die gesamte Produktion unter einer Modellbezeichnung, im Durchschnitt hat ein Modul 6 Watt mehr Leistung Herkömmliche Modulhersteller stufen das Modulsortiment in 5 W-Schritten Leistungsverteilung Produktion E20 Serie (327NE) (Januar - Mai 2012) Anteil der Produktion Nennleistung: 327 W (Typenschild) Durchschnittsleistung: 333 W Leistung des Moduls 14
Unverändert hohe Effizienz bei Schwachlicht Low-light Photon Tests: Juni 2012 Schwachlichtverhalten im Vergleich SunPower Module im Vergleich mit diversen herkömmlichen Modulen 1 105% 100% 95% SunPower Module Herkömmliche Module 90% 85% 80% 100W Bewölkt 1kW Sonnig Photon: "Das Modul verfügt über einen nahezu geraden Wirkungsgradverlauf mit wenig Veränderung in den mittleren und hohen Bestrahlungsstärken und nur geringfügigem Rückgang bei Schwachlicht. Kein anderes, bisher getestetes Modul hat so einen Wirkungsgradverlauf. 1 1 Photon International June 2012 15
Reaktion auf breiteres Spektrum Die SunPower Zelle wandelt mehr Einstrahlung im Bereich blauer und infraroter Einstrahlung in elektrische Energie, vorteilhaft bei bedecktem Himmel und bei Schwachlichtbedingungen. Immer morgens und abends verschiebt sich das Spektrum der Einstrahlung hin zu Rottönen: SunPower Module stehen früher auf und bleiben länger wach. Spectrum 100% SunPower Zelle Herkömmliche Zelle 80% 60% 40% 20% AM 1.5 Global Spectrum 0% 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 Wellenlänge (μm) 16
Vergleich von Antireflexgläsern Module mit Antireflexglas leisten 3-5% mehr verglichen mit Nicht-AR-Glas- Modulen durch bessere Lichterfassung bei nicht senkrecht einfallender Einstrahlung. (Bewölkung, Morgens-und Abendstunden, Wintermonate) AR-glass Die Mehrzahl herkömmlicher Module ist nicht mit AR-Glas ausgestattet, da der geringe Wirkungsgrad die höheren Kosten nicht rechtfertigt. 1 AR-Gläser sind nicht alle gleich. 100% Abgabeleistung 98% 96% SunPower Antireflexglas 94% Einfaches Antireflexglas 92% Keine AR-Beschichtung 90% 0 15 30 45 60 75 Winkel (Grad) zwischen Moduloberfläche und Sonne 1 BEW Engineering, part of DNV KEMA,SunPower Yield Report, Jan 2013. 17
Überblick Energieproduktion E-Serie Jährliche Energieproduktion Gleiche kwp-leistung 1 ENERGIEPRODUKTION PRO WATT Höhere Leistung bei hoher Temperatur Keine lichtabhängige Degradation + Leistungstoleranz Besseres Spektral- und Schwachlichtverhalten Hochleistungs-AR Glas 1 BEW Engineering, part of DNV KEMA, SunPower Yield Report, Jan 2013. 2 0.25%/yr SunPower degradation vs. 0.75%/yr Conventional. 3 333W SunPower vs. 240W Conventional. 18
Überblick Energieproduktion E-Serie Jährliche Energieproduktion 25-jährige Energieproduktion ENERGIEPRODUKTION PRO WATT Gleiche kwp-leistung 1 Höhere Leistung bei hoher Temperatur Keine lichtabhängige Degradation + Leistungstoleranz Besseres Spektral- und Schwachlichtverhalten Hochleistungs-AR Glas ENERGIEPRODUKTION PRO WATT 8% mehr 1. Jahr Gleiche KWp-Leistung 2 SUNPOWER HERKÖMMLICH Jahre 20% Mehr Energie 1 BEW Engineering, part of DNV KEMA, SunPower Yield Report, Jan 2013. 2 0.25%/yr SunPower degradation vs. 0.75%/yr Conventional. 3 333W SunPower vs. 240W Conventional. 19
Überblick Energieproduktion E-Serie ENERGIEPRODUKTION PRO WATT Jährliche Energieproduktion Gleiche kwp-leistung 1 Höhere Leistung bei hoher Temperatur Keine lichtabhängige Degradation + Leistungstoleranz Besseres Spektral- und Schwachlichtverhalten Hochleistungs-AR Glas 1 BEW Engineering, part of DNV KEMA, SunPower Yield Report, Jan 2013. 2 0.25%/yr SunPower degradation vs. 0.75%/yr Conventional. 3 333W SunPower vs. 240W Conventional. ENERGIEPRODUKTION PRO WATT ENERGIEPRODUKTION PRO DACH 25-jährige Energieproduktion 8% mehr 1. Jahr Gleiche KWp-Leistung 2 SUNPOWER HERKÖMMLICH Jahre Gleiche Modulfeldabmessungen 3 ca. 50% mehr 1. Jahr SUNPOWER HERKÖMMLICH Jahre 20% Mehr Energie 60% Mehr Energie 20
Unabhängige Studien: Niedrigere Degratationsrate Messung der SunPower Degratationsrate durch das National Renewable Energy Lab (NREL) in Colorado (USA) seit Mai 2007: -0.10 %/Jahr. Umfangreiche Studien an herkömmlichen Modulen zeigen eine Degratationsrate von ca. -1.0 %/Jahr 0.00% -0.25% -0.50% -0.75% -1.00% -1.25% Herkömmlich: -1.0%/J 1 Jordan, Dirk SunPower Test Report, National Renewable Energy Laboratory, Oct 2012 2 Sample, T. Failure modes and degradation rates from field-aged crystalline, Feb 2011 3 Jordan, D. Degradation Rates, National Renewable Energy Laboratory, Jun 2010 4 Suleske, A. Performance Degradation of Grid-Tied Photovoltaic Modules in a Desert Climatic Condition, Nov, 2010. 5 Pulver, S. Measuring Degradation Rates without Irradiance Data Jun, 2010 6 Vazquez, M. Photovoltaic Module Reliability 2008-1.50% Niedrigere Degradation = mehr Energieertrag über die Lebensdauer der PV-Anlage 21
Photon-Resultate (kwh/kwp) von Dezember 2012 Unabhängiger Studie von 114 Modulen verschiedener Herstellern, um die Energieproduktion kwh/kwp zu ermitteln Die Module der SunPower E-Serie belegen Platz 1 mit der meisten erzeugten Energie pro kwp von allen Modulen der 1,6m² Klasse SunPower erzeugt 8% mehr Energie pro kwp verglichen mit den anderen TOP-10-Herstellern in der Studie 1 1200 Durchschnittl. kwh/kw 1150 1100 1050 1000 950 8% mehr Energie 900 1 Photon International (Ausgabe Nov. 2012), basierend auf ausgelieferten MW in 2011 22
Unabhängige Zuverlässigkeitstest Atlas, ein Tochterunternehmen von Ametek, ist seit mehr als 90 Jahren führend bei Werkstofftests und entwickelte die Testreihe "Atlas 25 + PV Haltbarkeitstest. Pro Hersteller wurden 3 Module getestet: Salznebel-Korossionstest, Feuchtigkeits-Schockfrost-Test und Heiß-Feucht-Zyklen im Wechsel mit Schockfrost-Zyklen. SunPower belegte den ersten Platz mit einer durchschnittlichen Leistungseinbuße von 0% 1 1 Altas 25+ Durability test report. Jan 2013. Stress-tested power drops were -1.5%, +2.3%, -0.5%, relative to the non-stress-tested control Modul. 23
Unabhängige Zuverlässigkeitstest Fraunhofer ist Europas größte Organisation für angewandte Forschung mit einer Belegschaft von über 20000 Mitarbeitern und einem jährlichen Forschungsbudget von ca. 2 Millarden Euro. Es ist weltweit bekannt für seine Expertise in PV-Technologie. Zur Zeit läuft ein Testprogramm, bei denen die Module schonungslos auf ihre Langzeitstabilität getestet werden. 2012 wurden 5 von 8 Top-Modulherstellern für Langzeitstabilitätsversuche ausgewählt. Die Ergebnisse wurden anonym veröffentlicht, aber die herkömmlichen kristallinen Module kommen von 4 dieser 6 Hersteller: Suntech, Yingli, Trina, Canadian Solar, Sharp, Hanwha, SolarOne. 20 Module pro Hersteller wurden direkt von Fraunhofer bei Händlern und Installateuren gekauft Die Testreihen umfassen: Temperaturwechsel, Feuchte-Schockfrost-Zyklen, Feuchte Hitze bei+ /-600V, UV-Licht, statische und dynamische mechanische Belastungstests SunPower-Module belegten Platz 1, durchschnittlichen Leistungsrückgang 1,3% bei allen Modulen 2 Der durchschnittliche Leistungsrückgang der herkömmlichen Module betrug 5,3%... 4x mehr! Das am stärksten degradierte Modul von SunPower sank um 2,3% Leistung, während die herkömmlichen Module eine viel breitere Variation zeigten, bis zu 92% Degradation 2 Fraunhofer PV Module Durability Initiative. Participants Report. January 2013. 24
Verschattungseinfluss geringer als bei herkömmlichen Modulen Unabhägige Studien über den Einfluss von Verschattung bei SunPower Modulen im Vergleich zu herkömmlichen Modulen 1 SunPower Zellen haben eine eingebaute Schutzdiode, daher hat Teilverschattung weniger Einfluss. 100% SunPower X-Series String Inverter SunPower E-Serie String Inverter Herkömmliches Modul, String Inverter Herkömmliches Modul Micro-Inverter -8% -14% -29% -28% 50% 0% 0 Energieertrag verschattet im Vgl. zu unverschattet 1 Donovan, Matthew, et al. SunPower Shading Study, PVEvolution Labs, Jan 2013. 25
Zusammenfassung Die Maxeon TM Solarzelle Hoher Modulwirkungsgrad (bis 21.4 %) Solide Kupferschicht Sehr korrosionsbeständig Zugentlastende Zellverbinder Energieproduktion auch bei Zellbruch 86 % der üblichen Defekte sind praktisch ausgeschlossen Ästhetik Die branchenführende Garantie 25 Jahre Produktgarantie (27 Tauschfälle pro Mio) 25 Jahre Leistungsgarantie (87 % nach 25 J. garantiert) Übernahme der gesamten Austauschkosten 26
Zusammenfassung Die Energieproduktion Temperaturkoeffizent Keine lichtabhängige Degradation Positive Leistungstoleranz Besseres Spektral- und Schwachlichtverhalten Nutzung eines breiteren Lichtspektrums Hochleistungs-Antireflexglas Geringer Verschattungseinfluss 20 % mehr Energie in 25 Jahren bei gleicher kwp-leistung 60 % mehr Energie in 25 Jahren bei gleicher Fläche Gleiche Energie in 25 Jahren mit kleinerer Anlage möglich 27
Diese Projekte vertrauten auf SunPower 1993 Australien Solar-Rennen 2012 Schweiz Solar Impulse 1994 USA NASA-HALE 2012 USA Space X 2011 Schweiz Planet Solar 29
Vielen Dank! SunPower Modul, Schmalseitenmontage, widersteht 1125 kg/m² 1,400 kg Auflast Das Glas ist nicht gebrochen 30