Primer movimiento solar a un medio

First Solar está realizando un cambio fundamental en la arquitectura de las grandes plantas de energía solar que construye y opera.

El CEO Jim Hughes ha hecho reiteradas afirmaciones sobre las reducciones de costos en el principal proveedor integrado de energía solar, diciendo: "Tenemos una hoja de ruta tecnológica: para 2017, estaremos a menos de $ 1.00 por vatio completamente instalado en un rastreador en el oeste de los Estados Unidos. "

El CTO de First Solar, Raffi Garabedian, describió recientemente algunos de los caminos que la compañía está siguiendo para alcanzar ese número bajo, incluida la eficiencia mejorada de las celdas, nuevos factores de forma de módulos, rastreadores de un eje y una nueva arquitectura solar que marca un cambio en el camino. la gran energía solar podría cablear y operar sus plantas.

Eso es CC de voltaje medio (MVDC), y Garabedian detalló el nuevo enfoque en el reciente día de analistas de First Solar.

Garabedian llamó a MVDC "una arquitectura de planta de energía completamente nueva y radicalmente revolucionaria para la energía solar".

"Si observa una arquitectura convencional, tiene módulos en el campo que están conectados en lo que se llama cadenas. Múltiples cadenas de módulos se combinan en cajas combinadoras donde toda esa energía se agrega en paralelo y se protege con fusibles, y luego se envía a través de las líneas de alimentación a las estaciones de conversión de energía. Esa transmisión de energía se realiza a 1.500 voltios hoy con nuestro sistema inversor de 1.500 voltios. Más comúnmente, se realiza a 800 o 1.000 voltios en la industria ", dijo.

"Cada estación de conversión de energía es una combinación de un inversor y un transformador que aumenta el voltaje aproximadamente a 35 kilovoltios, que va a un interruptor combinador fotovoltaico y luego a la subestación y a la conexión a la red. Así es como se construyen las plantas de energía hoy en día. ”, continuó Garabedian.

“Estamos considerando cambiar la cantidad de elementos en esta planta de energía, reducir la cantidad de partes y mejorar el factor de capacidad de la generación de energía de la planta. La forma en que vamos a hacer esto es lo que se llama CC de voltaje medio. Al reemplazar las cajas combinadoras aquí con convertidores de CC a CC que aumentan el voltaje de las cadenas a aproximadamente 10 veces el voltaje de la cadena de 1500 voltios, podemos mejorar drásticamente el costo del cableado y las pérdidas resistivas en el cableado, y al utilizando un convertidor de CC a CA a gran escala, que está comúnmente disponible en la industria de servicios públicos (utilizado para conexiones de red a nivel mundial), y al aprovechar esa tecnología preexistente, podemos lograr una muy buena estructura de costos desde el punto MVDC en adelante. a la conexión a la red", dijo.

"También aplicamos funciones de soporte y control de red que ya están disponibles en estos convertidores de CC a CA a gran escala, que no están disponibles en los sistemas de inversores fotovoltaicos estándar. El sistema depende de un nuevo componente, y el nuevo componente es está siendo diseñado y desarrollado por First Solar con socios. Será un producto de la marca First Solar, que pondremos en el mercado". Este convertidor de CC a CC "se parece a un transformador que puede ver en su vecindario, y realiza esa función de conversión de voltaje y seguimiento del punto de alimentación que solía realizarse en el inversor fotovoltaico. También es compatible con la misma funcionalidad como el combinador encajona y distribuye parte de la conversión de energía en el campo", añadió Garabedian.

"¿Cuáles son las ventajas? Podemos reducir la cantidad de componentes en el campo. Podemos reducir la cantidad de mano de obra en el campo y podemos reducir las pérdidas de energía en los sistemas de conversión de energía.

"Para poner esto en contexto, hablemos de estaciones de conversión de energía, inversores y transformadores. Con un sistema de 1000 voltios, una planta de energía típica de 100 megavatios tendría 100 estaciones de conversión de energía que deben apagarse en el campo, instalarse, [Con] un sistema de 4 MVA como nuestra arquitectura de 1500 voltios, ese número es de 25 estaciones de conversión de energía.

"Con MVDC, hay una estación de conversión de energía: una sola estación de conversión de energía centralizada que está integrada en la subestación. Menos transformadores significan menos pérdida oscura, por lo tanto, menos pérdida de energía, mejor factor de capacidad para la planta. Con el voltaje de agregación de energía MVDC, podemos reducir nuestra cantidad total de cables en el campo en aproximadamente un 75 por ciento y reducir casi a la mitad la cantidad de excavación de zanjas que se usa para enterrar todo ese cable en el suelo. nuestros clientes."

Según Garabedian, "no se detiene ahí. Hay un beneficio más. Este sistema está listo para almacenamiento. Lo que eso significa es que estamos diseñando el sistema para aceptar la integración de sistemas de almacenamiento de batería en el lado de CC de la planta".

"¿Por qué estamos haciendo eso? En última instancia, creemos que la integración del almacenamiento en la planta de CC ofrece el costo total más bajo de almacenamiento más energía solar en el mercado. Creemos que esta arquitectura podrá superar en gran medida, desde una perspectiva de costos, por separado almacenamiento y fotovoltaica, que están muy bien interconectados", dijo.

"Esperamos o esperamos lograr una prueba piloto comercial en 2017 y una disponibilidad comercial general para seleccionar clientes asociados en 2018. Reunir esas tecnologías y algunas otras cosas en las que estamos trabajando, como nuestro rastreador de próxima generación y mejoras en nuestro cableado y tecnologías de administración de cables, esperamos una curva continua de reducción de costos muy dramática a nivel del sistema hasta 2020", dijo Garabedian.

MJ Shiao, director de investigación solar de GTM, resume el enfoque de MVDC como un modelo "supercentralizado" con un convertidor de CC a CA de voltaje medio muy grande que crea "una estación de conversión de energía de 100 megavatios".

Shiao identifica todos los beneficios de aumentar los voltajes de CC: "Menos cableado, menos excavación de zanjas, eliminación de cajas combinadoras (aunque se reemplaza con el optimizador de CC/CC), salida de voltaje fijo que reduce la complejidad de la conversión de CC-CA, reducción de pérdidas de CC, reducción de nivelación del sitio/obra civil, etc.”

Pero también tiene algunas preocupaciones: "MVDC significa un juego de pelota completamente nuevo para la construcción y O&M. No hay muchos equipos específicos de energía solar más allá de los optimizadores de CC/CC en este caso, pero cualquier cosa que no esté lista para usar necesita ser certificada por UL, etc., y eso podría tomar un tiempo".

“Eso también podría afectar la O&M (requisitos sobre quién puede dar servicio al sistema, cuándo y cómo) y el tiempo de actividad; ese es un punto único de falla masivo en el convertidor de energía”, dijo Shiao. Garabedian señala: "Los grandes inversores centrales de los que estamos hablando están ampliamente implementados en redes de servicios públicos con un registro de servicio sólido y bien entendido. Ya tenemos datos históricos extensos sobre disponibilidad, MTBF, costos de servicio, modos de falla, etc. Estas cosas han existido durante 50 años y han sido diseñados con factores de reducción de potencia y niveles de redundancia interna apropiados. Esa es una gran ventaja de usar una línea de productos establecida para esta parte del sistema".

Shiao continúa: "Parte de la razón por la que no vemos arquitecturas incrementales de voltaje medio es que el aumento en el costo de la construcción, al considerar más seguridad, etc., probablemente supere los ahorros. Sin embargo, si puede salte tan masivamente como para amortizar todos esos costos en una sola unidad de 100 megavatios, entonces sí, podría ver un ahorro significativo en los costos netos. El factor clave será el costo real de esas unidades de conversión CC/CC".

Shiao señala que la arquitectura no es totalmente nueva. Alencon, con financiamiento del DOE y respaldo de Stephens Capital Partners, ha estado trabajando en este tipo de arquitectura, aunque con un bus de 2500 V CC. Shiao sugiere que SunPower está trabajando en algo similar (basado en la adquisición de DragonFly), mientras que Ampt también ha estado impulsando la optimización de CC a nivel de cadena en el espacio de servicios públicos durante los últimos años.

Shiao concluye: "De la misma manera que 1.500 voltios obtendrán toneladas de tracción este año, cualquier persona que busque lo que sigue para las reducciones de costos de BOS eléctricos fotovoltaicos debe considerar la optimización de CC-CC".

Scott Moskowitz, analista solar de GTM Research, señala: "Esto es exponencialmente más ambicioso que [el cambio a] 1500 voltios", con "obstáculos mucho más significativos". El cambio a 1500 voltios solo requirió pequeños cambios en las cadenas de suministro, algo de I+D para reconfigurar y probar productos, cambios incrementales en los estándares para los componentes fotovoltaicos, y había un precedente de la evolución anterior a 1000 voltios. La CC de voltaje medio requeriría un desarrollo tecnológico significativamente mayor y requeriría tomar prestadas tecnologías de conversión de otras industrias energéticas".

El año pasado, el director ejecutivo de First Solar, Jim Hughes, dijo: "Los grandes conjuntos que se construyen hoy en día son esencialmente un sistema de techo ampliado, porque es lo que [entendían] las autoridades del código en la antigüedad. Si estuviera construyendo un conjunto a gran escala desde cero en una hoja de papel limpia sin contaminación previa, lo que construiría se vería diferente a lo que construimos hoy".

"Creo que durante los próximos cinco años, verá la transición de la industria a una arquitectura fundamentalmente diferente con un mayor uso de bus de CC [y] uso de conversión de CA a voltajes más altos con menos inversores. [...] También creo que necesitan una integración más estrecha con la [forma en que] usamos la electricidad". Dijo que también hay una oportunidad de hacer cosas en el lado de DC. "Si puede compartir la ubicación o ubicarse dentro de una distancia razonable, puede colocar CC directamente en el centro de datos", lo que resulta en "un ahorro de costos del 15 por ciento al evitar todo el lado de conversión de CA de la ecuación", dijo Hughes.