Pengujian Modul PV TF 2013c

1

Dr. –Ing. Oo Abdul Rosyid, MScAGENCY FOR THE ASSESSMENT AND APPLICATION OF TECHNOLOGY

ENERGY TECHNOLOGY CENTER (B2TE-BPPT)

Bandung, Maret 25, 2013

PENDAHULUANTEKNOLOGI THIN-FILM

FASILITAS PENGUJIAN PV B2TERENCANA PENGUJIAN MODUL PV

THIN-FILMPENUTUP

Perkembangan teknologi dan bisnis PV (baik crystaline maupun thin-film) di Indonesia dewasa ini meningkat cukup signifikan;

Teknologi thin-film (PVTF) menawarkan beberapa keunggulan terutama dalam hal produksi energi yang lebih besar dibandingkan dengan teknologi kristalin (c-Si); Namun, tingginya ketidakpastian parameter modul, maka tidak mudah untuk menentukan teknologi yang tepat;

Perkiraan daya output modul PV pada kondisi operasi umumnya diperlukan dalam disain sistem PLTS. Namun, rating daya PVTF pada kondisi STC, tidak mewakili kondisi operasi outdoor;

Penelitian ini akan melakukan pengujian outdoor terhadap 9 tipe PV (CIGS, CdTe, a-Si, μc-Si duble/tripple, mono-, poly, EPG, HIT) untuk mendapatkan perbandingan kinerja operasi pada iklim tropis;

Kinerja dan perilaku musiman dari berbagai jenis modul PV pada iklim tropis berguna bagi investor dalam memilih jenis modul PV yang cocok untuk kondisi Indonesia.

Sel surya film tipis (PVTF) adalah sel surya yang dibuat dengan mengendapkan satu atau lebih lapisan tipis (thin film) dari bahan photovoltaic pada substrat;

Daya tarik teknologi Thin Film (TF) adalah karena kemampuannya dalam mengurangi ketergantungan pasokan bahan baku poli silikon, mengurangi biaya bahan baku semikonduktor, mempersingkat rantai nilai dan memungkinkan untuk dijalankan hanya oleh satu (1) perusahaan untuk memproduksi modul surya;

Teknologi thin-film digolongkan berdasarkan material yang digunakan:1. Amorphous silicon (a-Si) and other thin-film

silicon (TF-Si)2. Cadmium telluride (CdTe)3. Copper indium gallium selenide (CIS or CIGS)4. Dye-sensitized solar cell (DSC) and other organic

solar cells

Pangsa Pasar Teknologi PV (2010)

5

Teknologi amorphous silikon (a-Si) merupakan generasi awal yang dilontarkan ke pasaran karena tergolong yang paling murah di antara semua sel surya TF, tetapi efisiensi modul yang dihasilkan hanya berkisar antara 6-7% ;

Pengembangan baru dalam teknologi a-Si adalah kombinasi dari lapisan a-Si dengan lapisan μc-Si yang disebut micromorph Si.

Cahaya dengan panjang gelombang (λ) yang lebih pendek diserap pada bagian atas lapisan a-Si, sedangkan cahaya dengan λ yang lebih panjang diserap pada lapisan μc-Si.

Modul surya lapisan tipis (thin film) dibuat dengan melapiskan bahan semikonduktor di atas substrat gelas dengan metode Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition (PECVD).

6

CdTe merupakan salah satu teknologi modul surya thin-film (TF) berbasis semikonduktor Cadmium Telluride. Hingga saat ini mendominasi pasar modul thin-film dan mampu bersaing dengan teknologi kristalin (c-Si) terutama dalam hal harga.

Kemapanan teknologi CdTe sudah terbukti dengan penetrasi pasar yang cukup besar (lebih dari 2GWp) terutama oleh perusahaan First Solar, Amerika Serikat.

First Solar mendominasi teknologi Thin Film melalui TF CdTe berkat penguasaan teknologi lebih dari 20 tahun, mampu menekan biaya produksi < USD 0,6/ yang menghasilkan modul dengan efisiensi menengah (sekitar 11%) dalam skala komersial yang besar

Close Space Sublimation (CSS) or Vapour Transport Deposition-contohnya pembuatan lapisan CdTe menggunakan Bahan dasar dalam bentuk butiran (granular).

7Rooftop of First Solar’s Frankfurt (Oder), Germany; 2.85MWp (17,000 unit)

CIGS (Copper Indium Galium Di-Selenide) merupakan salah satu modul surya jenis lapisan tipis (thin film), yang dibuat dengan melapiskan bahan semikonduktor (Gol II/VI), di atas substrat gelas, dan menggunakan metode Physical Vapour Deposition atau Sputtering (PVD) dengan bahan dasar dalam bentuk padat).

CIGS diperkirakan mampu untuk bersaing dengan kristalin silikon (c-Si), terutama dalam hal pencapaian efisiensi.

CIGS merupakan teknologi PVTF yang memiliki efisiensi tertinggi (9-13%) dibandingkan teknologi Thin-film lainnya (CdTe, a-Si/μC).

Namun kemapanan dalam industrinya masih belum cukup solid (< 500MWp) dibandingkan dengan teknologi c-Si (> Puluhan GWp) dan TF a-Si (> 1 GWp). Oleh karena itu pangsa pasar teknologi CIGS di dunia hingga saat ini masih rendah <3%.

Solar Prontier, Eberswalde, Germany, 4,886 kWp (17 Ha)

• Higher Annual Performance– Lower temperature coefficient (CdTe, a-Si)– Lowlight performance– Positive tolerance binning (when used)

• Lower LCOE potential than traditional crystalline

– More efficient manufacturing process

• Potential to achieve comparable efficiencies as m-Si

• Flexible substrates– Rooftop applications

• Potential to optimize current and voltage characteristics to reduce BOS costs

• Opportunity to optimize module size to reduce BOS costs

• Higher Annual Performance– Lower temperature coefficient (CdTe, a-Si)– Lowlight performance– Positive tolerance binning (when used)

• Lower LCOE potential than traditional crystalline

– More efficient manufacturing process

• Potential to achieve comparable efficiencies as m-Si

• Flexible substrates– Rooftop applications

• Potential to optimize current and voltage characteristics to reduce BOS costs

• Opportunity to optimize module size to reduce BOS costs

• Lower efficiencies increase BOS cost– Requires lower module price and/or lower

BOS cost per kWp to be cost competitive

• Unproven technology difficult to finance – Large scale multi megawatt projects require

a performance track record Large scale

• Module degradation and long term performance unknown

– Higher risk investment

• Modules can be more fragile– Handling of frameless glass modules on site

can be a challenge if not managed properly– Tracking applications are more difficult

• Lower efficiencies increase BOS cost– Requires lower module price and/or lower

BOS cost per kWp to be cost competitive

• Unproven technology difficult to finance – Large scale multi megawatt projects require

a performance track record Large scale

• Module degradation and long term performance unknown

– Higher risk investment

• Modules can be more fragile– Handling of frameless glass modules on site

can be a challenge if not managed properly– Tracking applications are more difficult

18/04/23 10

Brief Comparison Between Two Technologies

18/04/23 11

Tahapan Proses Teknologi Thin Film

18/04/23 12

• First Solar, the CdTe thin-film manufacturer stated that at the end of 2007, over 300 MW of First Solar PV modules had been installed worldwide.

• Since 16 October 2008, Germany's largest thin-film pitched roof system, constructed by Riedel Recycling, has been in operation and producing solar power in Moers near Duisburg. Over 12,000 cadmium telluride modules, from First Solar, deliver a total of 837 kW.

• First Solar recently completed a 2.4 MW rooftop installation as part of Southern California Edison program to install 250 MW of rooftop solar panels throughout Southern California over by 2013.

• Stadtwerke Trier (SWT) in Trier, Germany is expected to produce over 9 GWh annually• A 40 MW system is being installed by Juwi in Waldpolenz Solar Park, Germany. At the

time of its announcement, it was both the largest planned and lowest cost PV system in the world. The price of 3.25 euros translated then (when the euro was equal to US$1.3) to $4.2 per installed watt.

• 4.8KW of thin film flexible solar panels manufactured by Uni-Solar Ovonic installed on a South Beach hurricane-prone residence in 2008.

SPI-SUN SIMULATOR 4600 SLP

Can test either crystalline or thin film modules

• EKO IV-Checker MP-160; MP-170

• Long-term outdoor exposure in different climate zones;

• Study weathering effects is part of German research project focussing on PV reliability (2005-2009-2013)

• PV array: 500 Wp, and 2000 Wp,

• TF, uc-Si tandem PV module (NexPower NT-145 AX)

• Millitary applications

• Drive simulations with standard Electric Vehicle tests: FUDS, SFUDS, GSFUDS, DST and ECE-15L

• Drive Cycle Conversion utility automates test program development from acquired battery usage data

• Constant Current, Power or Voltage Control• Bipolar capacity for discharging to below zero volts• Parallel circuit operation for greater flexibility in test

specification• Assignable Data Channels• Test control and data management with Bitrode’s

VisuaLCN Lab Client software suite• 48 channel, 50 A current max, 5V voltage

Model MCV48-50-5

• Configurations for cold crank testing to industry standards: IEC, SAE, BCI

• Constant Current, Power or Voltage Control

• Constant resistance discharge• Assignable Data Channels• Data sampling rate of 100ms• Discharge power recycled to AC line for

cooler, more energy-efficient operation• Test control and data management with

Bitrode’s VisuaLCN Lab Client software suite

Model DTV1000-12

ELECTRICAL PERFORMANCE AND ITS PROTECTION TESTS

Lamp test (TL, LED, Induction, PJU, Portable, ect)

Battery charge regulator

Inverter Solar pumping system PV System (Thin-film)

Maksud: – Melakukan pengujian outdoor terhadap sembilan

teknologi modul PV pada iklim tropis di Indonesia.Tujuan:

– Untuk mendapatkan kinerja dan perilaku musiman dari berbagai jenis modul PVTFpada iklim tropis di Indonesia, yang berguna bagi investor dalam memilih teknologi modul PV yang cocok untuk kondisi Indonesia.

18/04/23 22

PV array (TF dan Si): 9x1 kWp;

Power conditioners (Inverter): 9 x 2 kW;

Weather station (Io, RH, Ta, Tmod(s), Ws, Wd);

Data acquisition system;

Monitoring system;

Si Modules (3 samples)

TF Modules (6 samples)

Weather station

Inverter

Inverter

Grid (TR)

Load

Monitoring system

DAQ

Internet

V, I, Tmod

V, I, Tmod

Io, Ta, Rh, Ws, Wd

V, I, P, E

V, I, P, E

SNI 04-3850.2-1995: Testing procedure of the PV modules is based on Testing Procedure

IEC 61853: Photovoltaic (PV) module performance testing and energy rating;

IEC 61724: Photovoltaic system performance monitoring – guidelines for measurement, data exchange and analysis

IEC 61215: Crystalline silicon terrestrial photovoltaic (PV) modules - Design qualification and type approval.

IEC 61646: Thin-film terrestrial photovoltaic (PV) modules – Design qualification and type approval.

18/04/23 24

• TEKNOLOGI PVTF:1. Amorphous Silicon(A-si), 2. Mikromorph μc-Si (double & Triple junction amorphous

silicon), 3. CdTe (Cadnium teluride)4. CIGS (Copper Indium GalliumSelenide), dan

• TEKNOLOGI PVSI:1. Poly-Si (Polycrystalline), 2. Mono-Si (Monocrystalline), 3. EPG (Edge Defined Film Growth Ribbon4. HIT (Heterojunction with Intrinsic Thin layer)

18/04/23 25

Waktu Pengujian:– Waktu pelaksanaan: TA 2013– Durasi: selama 1.5 tahun (18 bulan, karena diperlukan 1 tahun

data pengukuran) Tempat Pengujian:

– Lab. Uji PV (LPKSF-B2TE)– Instalasi: Roof Top Bangunan Gedung B2TE (baru)

18/04/23 26

Parameter dan AnalysisParameter dan Analysis

Parameter yang diukur:– Meteorological data:

• Radiasi matahari (W/m2)• Temp. ambient (degC), etc

– DC side:• Temp. modul (deg C)• Tegangan (V), arus (A), Power

(W), dan energi (kWh)

– AC side:• Tegangan (V), arus (A), Power

(W), dan energi (kWh)

Analisis:– Kinerja PV modul pada STC:

• I-V curves dan parameter listrik lainnya

– Long-term outdoor performances:

• Energy yield (kWh/kWp) ; • Yearly cumulative energy

output;• Performance ratio (PR) and

final yield factor, etc

18/04/23 27

18/04/23 28

No KegiatanBulan

1 2 3 4 5 6 7 8 9-18

1 Persiapan, studi literature, dan

survey

2 Pembuatan desain enjiniring

3 Pengandaan bahan uji

4 Instalasi sistem dan uji fungsi.

5 Pengumpulan data dan analisis

6 Melaksanakan seminar/FGD

7 Pembuatan laporan

Perkiraan BiayaPerkiraan Biaya

18/04/23 29

Kawasan Puspiptek Serpong 15314 Tangerang – Indonesia

Telp. 021-7560550, Fax. (021) 7560904

E-mail: [email protected]

comparative field test and operational analysis of different PV modules

18/04/23 31

Comparison of average cumulative output of Amorphous Silicon PV system versus Crystalline

Silicon PV system

18/04/23 32