Field Testing Meets Modeling: Validated Data on Bifacial Solar Performance

Though bifacial solar cell technology is not new to PV, recent advances have made the technology more commercially viable than ever before for PV power plants. 

Along with that viability, however, come questions about the potential energy yield and best practices when choosing bifacial modules over their monofacial counterparts. 

In particular, university research and other preliminary studies of the increase in gain from a switch to bifacial modules suggested a bump of 20-30% was possible – but is that really the case? 

In short, no. 

ARRAY Technologies partnered with PV Lighthouse and CFV Solar Test Laboratory to conduct an independent study assessing the real-world impact of bifacial solar cells.  

The study’s goal was to determine best practices for modeling the technology in order to get an accurate view of a utility scale PV plant’s power production. By using field data from CFV correlated by three-dimensional ray tracing modeling from PV Lighthouse, the study determined realistic modeling inputs. The results present bankable, real-world modeling best practices for bifacial power plants.  

The recent Greentech Media webinar based on this research gave ARRAY, PV Lighthouse and CFV the chance to answer common questions about the study and its findings. 

 

Webinar Q&A Highlights 

If you missed the webinar, below is a look at some of the highlights as well as answers to questions which were submitted by attendees. 

Answers below were provided by ARRAY’s Kyumin Lee (KL)PV Lighthouse’s Keith McIntosh (KM) and CFV’s Jim Crimmins (JC). 

Q: Importing grey and white gravel for ground cover to boost albedo gain is economically unrealistic. Were multiple ground cover types considered during the simulation for variable albedo values? 

JC: For a lab environment, the most important thing is to have a stable albedo. Gravel is a very stable surface and easy to control for vegetation. We have simulated higher albedos with various synthetic surfaces as well. A stable albedo allows us to fit models which can then be used to predict yields with varying albedos. It is best to think of albedo in the real world as a site-dependent time series, changing seasonally and also with precipitation and snow. 

Q: Did SunSolve consider 2MIP with a torque tube that avoids the backside of the module or obstructs the backside of the module? 

KMSpecifically we examined the case when the east-west module separation was 16 cm (the same width as the torque tube). As you’d expect, this led to less shading from the torque tube, but the resulting increase in yield was counteracted by the need for greater backtracking to avoid row-to-row shading. We found that including an east-west separation between modules led to a slightly lower yield. 

Q: Is there a current partnership between SunSolve and ARRAY? 

KMPV Lighthouse is an independent scientific consultancy and software provider that was engaged by ARRAY Technologies to conduct simulations for this study. While we welcome the opportunity to work with ARRAY Technologies in the future, we don’t have a formal partnership. 

Q: Does SunSolve offer any guarantees regarding their modeling? 

KM: Confidence in SunSolve’s accuracy is gained from validation studies, such as that presented in the webinar and others described in published papers. However, like other system-simulation software, SunSolve is not guaranteed to predict yield to within some level of accuracy, because that accuracy depends on the user’s experimental measurements and selection of SunSolve inputs. PV Lighthouse enters consulting agreements in which its SunSolve simulations and analysis are applied to a guaranteed professional scientific standard. 

Q: Were the results consistent at low albedo values? 

KM: As the albedo decreases, the relative advantage of 1MIP over 2MIP also decreases. The reason for this trend is that the optical advantage of the 1MIP to 2MIP pertains to the rear-side optics (for the tested configurations). 

Q: Does gain vary as a function of array spacing? 

KL: Yes, when the system is not backtracking. But the view factor does not increase proportionally with the ground cover ratio (GCR), and so there is a crossover point in terms of economics. 

Q: Did you have dummy modules at the edges?  In that case, wouldn’t you have reduced the likelihood of hotspots and bypass diode activation? 

KLThere were dummy modules at the north end. The cell mismatch is greatest at the south end when the ground irradiance comes at normal angles. 

Q: What are the efficiencies of each side, and the total, integrated efficiency? 

KL: The bifaciality of a PV module is measured per IEC TS 60904-1-2. Basically, Standard Test Conditions peak power on backside / Standard Test Conditions peak power on frontside. In modeling, you do not use different efficiencies for the front, back and integrated. The module efficiency stays constant, and it is the total effective irradiance that gets calculated. Total effective irradiance = Frontside Plane of ARRAY irradiance + Bifaciality * Backside Plane of ARRAY irradiance. 

Q: How much diffuse irradiance is actually there to draw from? 

KL: That is totally climate-dependent. Across the U.S., the annual diffuse fraction (diffuse horizontal irradiation / global horizontal irradiation) can vary from 0.2 to 0.5. 

Q: What’s the best way to figure out the albedo values for a bifacial system on a ground with seasonality? 

KL: The best practice would be to make an actual albedo measurement at the site over a year. A fallback solution would be to use albedo values as estimated by various satellite-based services, such as PVGIS. 

Q: For module for ARRAY2, what tech is applied? N-type Topcon, PERT or HJT? 

KLn-PERT. 

Q: What’s the difference between albedo and diffuse fraction? 

KLThe “albedo” is the reflectance of the ground. The “diffuse fraction” is the fraction of sunlight that does not come directly from the sun. For example, some sunlight reflects from clouds before it reaches the panels; that sunlight contributes to the diffuse fraction.  On a cloudless day, the diffuse fraction is about 10%, and on a fully overcast day, the diffuse fraction is 100%. 

Q: I can see that shading loss between 1MIP and 2MIP is similar. But there is assumption that there is no spacing between top and bottom modules in 2MIP. But, in reality, there is gap between them in 2MIP. 

KLFor a 2MIP setup with fixed array row spacing, having zero gap between the modules will give you more energy. A 2MIP configuration with a gap between the modules is just not an economically viable setup. You lose more energy from prolonged backtracking than any energy gain from reduced shading loss. 

Q: What is the margin of error for the bifacial measured versus PVsyst? 

KL: It really depends on each case. Currently, the biggest sources of uncertainty are (1) module characteristics and (2) albedo. If these are known, the accuracy of the energy calculated by PVsyst for a given weather data can be well below 0.5%. 

Q: I installed my first solar system at the South Pole in 2008, and I will likely go back sometime within the next five years. If I were to mount bifacial modules perpendicular to the ground, would I get the same output from the module 12 hours later when the sun is at the same angle and intensity? Basically, what would the difference in output be if I mounted the module upside down? 

KLIt depends on the module bifaciality. Widely available bifacial modules are 65% bifacial, and so the back side will produce about 35% less for the same irradiance. There are modules that are more than 70% bifacial (LG n-type, for example). 

Q: Can you share the modeling assumptions used in the PVsyst model of the setup at CFV? (shade Loss, transparency, mismatch, etc.) 

KL: The transparency was set to 2.5% for the Type 2 (clear backsheet n-PERT), and 0 for the Type 1 (white-backsheet polyPERC). 

Q: Is CFV going to build a 2MIP test setup? 

JCNo plans yet, but we are open to it. 

Q: Is shadow intensity taken into account in the models? How much impact does it have on the results? 

KCYes, it is taken into account.  We didn’t examine its contribution specifically in the project. 

Q: The photo of the test yard did not include any 2MIP rows. Did you deploy/measure 2MIP RPOA and Bifacial Gain at the CFV test site? 

KLThe testing did not include 2MIP trackers. Our approach was to gain confidence in 3D ray tracing and 2D view factor modeling (PVsyst) via testing on our 1MIP tracker, and then extend the ray tracing and modeling to 2MIP cases. 

Q: Do you intend to validate the 2MIP model empirically at a later date? 

KLWe don’t have anything planned at this moment. We’ll leave it up to our 2MIP competitors to provide field testing results of similar quality! 

Q: Can the described ray trace software handle complex terrain applications, such as undulating terrain in Northeast? 

KMSunSolve currently assumes flat terrain. 

Q: We already use GCR in characterizing POA boost. Introducing row height is an orthogonal metric that can tune for bifacial effects, but the ratio of width to height is redundant if GCR is already used. 

KLI completely agree. We just wanted to debunk the myth that higher rows are better, no matter what. 

Q: The measured albedo was 30%, the ideal value is 24%. Can we trust measurement to lead to good simulations? 

JCModels predict that bifacial gain results are very linear with albedo within that type of range. So it is easy to scale them. 

Q: What is the optimal platform composition for building bifacial SAT’s over in order to increase albedo & diffuse fraction? 

KL: The bifacial gain will come in the range of 5-10% for albedo of 0.3. If a monofacial system’s production is 100, the bifacial system will produce 105 to 110. You can get it to ~115 with more reflective ground cover, but I’m not sure if it’s really going to be worth it. 

Q: Did the 2MIP system you considered take into account a racking system with the torque tube between modules so (there would be) no direct rear shading on the back of the module? 

KLEast-west gap over the torque tube on 2MIP tracker actually reduces the energy production, because you backtrack more and longer. The best strategy for 2MIP tracker is to not have any gap. 

Q: Any testing done in the snow? 

KLCFV simulated snow conditions with a white reflective tarp. 

Q: How much impact does albedo have on the performance of the bifacial modules? 

KL: The albedo has the biggest effect on the bifacial gain. A system that generates ~5% bifacial gain on ground cover of albedo ~0.3 will generate ~10% bifacial gain on ground cover of albedo ~0.6. 

Q: How much does shading affect 1MIP vs 2MIP, and does that negatively affect the capture ratio advantage 1MIP has over 2MIP? 

KL: 2MIP trackers can achieve lower shading loss factor by having east-west module gap, but this will actually reduce annual production, because the gap increases the GCR, resulting in longer backtracking. The energy loss from increased backtracking is more than any gain from the lower shading factor. So the best strategy for 2MIP is to not have any gap between the modules. When there isn’t any module EW gap, the shading loss of a 2MIP tracker is not too different from that of a 1MIP tracker. 

Q: What does MIP tracker mean? 

KL: 1MIP = One module in portrait. 2MIP = Two modules in portrait. 

Q: Would you say that bifacial modules are best suited to specific geographic locations in order to get the most energy gain? 

KL: No, I think bifacial systems generally make sense in most regions.  

Q: Would bifacial modules do well on dual axis trackers to pick up more albedo from “edge effects?” 

KL: Yes, they would in a sense. But bifacial alone is not enough to justify two-axis trackers. 

Q: For PR testing, how frequently would you place albedometers or pyranometers measuring backside irradiance? How much uncertainty do you think would be on backside irradiance measurements during PR resting compared to frontside irradiance, considering less homogeneous nature of the backside irradiance? 

JCThis is a complicated question. We did not measure small area backside irradiance in this project. We used pyranometers. Small area backside irradiance is probably best handled through modeling. 

Q: Any thoughts on ‘mismatch loss’ to be applied in PVSyst? 

KL: The mismatch loss factors that we determined from the ray tracing and SPICE model are smaller than what has typically been suggested for PVSyst, partly because the ground-reflected rays come in at high angles, creating soft shadows. 

Q: The 1MP and 2MP comparison – will this come out naturally in PVSyst, or do some losses need to be changed in the settings? 

KLThis will come naturally if you use the nominal configurations for 1MIP and 2MIP trackers. 

Q: How does wire management impact bifacial gain? 

KLWiring management is important, and in the CFV testing, a lot of care was taken to make sure that the wiring shading was not a significant factor. Offering a utility-scale solution is something we plan to do in near future. 

Q: Did PV Lighthouse account for the spectral response of the different PV modules tested at the CFV site? 

KMYes. The incident spectrum from the sun was estimated using published spectral models, the spectral albedo of the ground (and torque-tube) was taken from a NASA database, and the spectral response of the modules was determined from ray tracing and device simulation. 

Q: How would the backtracking algorithm change, if any, due to gains in aspect ratios? 

KMThe backtracking algorithm would not change. You still want to capture the most light on the frontside directly without suffering row-to-row shading. 

Q: What is the difference you experience in performance of N-PERT & P-PERC bifacial? 

KLThe bifaciality of an n-PERT module is in the 70-75% range. The bifaciality of a p-PERC module is in the 65-70% range. The n-PERT module we tested had higher series resistance and lower temperature coefficient too, which also helped the energy yield. 

Q: What is the impact of bifacial module self-shading on performance/product health? 

KLI’m not aware of any self-shading of bifacial modules. 

Q: Did you use the same GCR for the 1P and 2P simulation, and if so, would the  aspect ratio and light lost to the sky be the same? 

KLYes, we used a GCR of 35.1% for both 1P and 2P simulations. The height of the torque tubes was set to 1.6 m for 1MIP and 2.4 m for 2MIP (which are typical of commercial systems). Since the 2MIP configuration has two times the module length but not two times the height, it has a lower aspect ratio, and hence more light is lost to the sky. 

Q: How is performance ratio found with bifacial modules? 

KLWe did not use performance ratio. We calculated daily specific yields of the bifacial and monofacial arrays and compared these values to calculate the bifacial gain. 

Q: What programming language is SunSolve written in? 

KMSunSolve is accessed through a web browser and its user interface is written in HTML and Javascript. SunSolve’s computational engine runs in the cloud; much of it is programmed in Csharp. 

Q: Can you cover the calculation of maximum current over the luminescent solar concentrator used in monofacial modules. 

KLI’d recommend looking at hourly sums of GlobInc and GlobBak values in PVsyst to estimate the maximum effective irradiance into the module, and scale the frontside luminescent solar concentrator accordingly, with some consideration for the temperature coefficient. 

Q: Are the string currents of a bifacial string in parallel to inverter block limited by current mismatch to the lowest module current on each string? So the edge effect gain on the ends a short tracker are not realized? 

JCThe edge effects will add some incremental yield, but will be reduced by mismatch in a long string. In a very short string or measured individually, they are more important. 

Q: What about clipping? What’s the preferred AC/DC ratio? 

KLI recommend carrying out PVsyst + economics studies to determine the optimum DC:AC ratio. My first guess would be nominal monofacial DC:AC ratio minus the expected (unclipped) bifacial gain. 

Q: Were any 2MIP arrangements physically tested, or was that solely modeled? 

KMIn this study, the 2MIP arrangements were solely modeled. PV Lighthouse will be presenting a paper on measurements of 2MIP configurations at the IEEE PVSC in July 2020. 

Q: Why was the albedo parameter different for 1 MIP compared to 2 MIP in Keith’s study? I believe it was something like 0.240 vs 0.236. 

KMThe same albedo was used in the ray tracing of 1MIP and 2MIP configurations. It was a function of wavelength that represents brown, loamy soil. The results of the ray tracing were then used to determine the best value to use as the albedo factor in PVSyst to represent the same soil, and you’re right, it was indeed slightly lower for 2MIP (0.236) than for 1MIP (0.240). This indicates that the 2MIP configuration made slightly less use of the ground-reflected light than the 1MIP configuration over the course of the year (accounting for wavelength, diffuse/direct ratio, and the assumed weather conditions). We expect those values to change for different albedos, module types and conditions. 

Q: Is SunSolve already available to simulate bifacial systems? What are the exact outputs of the simulation? 

KM: Yes.  There are two ways to simulate bifacial systems with SunSolve. 

(1) On a contractual basis, where PV Lighthouse performs the simulations (as conducted in this study). 

(2) On a subscription basis, where you perform the simulations to determine (i) output power and detailed losses at a single point in time, and (ii) yield, losses and PVSyst inputs over any period of time (available July 2020). 

Email support@pvlighthouse.com.au for more detail. 

Q: Did PV Lighthouse simulate a 2 MIP configuration to generate similar PVsyst inputs as 1 MIP? 

KMYes. For the results of the 2MIP configuration, please refer to slide 26 of the webinar, titled “SunSolve – Determine PVSyst inputs, and the white paper associated with the webinar. 

Q: Can you quickly explain again if torque tube shading is significant on a 1 MIP configuration vs a 2 MIP? 

KLPV Lighthouse found that the structural shading loss is not so different for 2MIP and 1MIP. We studied the no-gap case, because we found that a 2MIP configuration with a module gap suffered more losses from the prolonged backtracking than any energy gain from the reduced structural shading. 

Q: Is there any method or published article to measure bifacial gain at site? 

KLThere is no standardized method. We calculated the bifacial gain by first calculating the daily specific yields of bifacial arrays and a monofacial array and by looking at their ratios. 

Q: Is there a need to include back side irradiance in Performance Ratio calculation for the plant? 

KLCypress Creek, along with NREL, suggested relevant modifications for the capacity testing of bifacial systems in 2019. The publication can be found here. 

Q: What is a good resource for determining monthly albedo values? 

KLThe best practice would be to make an actual albedo measurement at the site over a year. A fallback solution would be to use albedo values as estimated by various satellite-based services such as PVGIS. NSRDB also offers albedo values. 

Q: Is ground-reflected light assumed to have a Lambertian distribution? 

KMYes, in this study the ground-reflected light was assumed Lambertian. (SunSolve can simulate alternative scattering functions if that is of interest). 

Q: Where can I get these ray-tracing derived inputs for running PVsyst simulations? 

KMThe results for the PVSyst inputs are on Slide 26 of the webinar and they are also given in the white paper. These results are specific to the particular site (in West Texas) and system configuration. PVSyst inputs for other sites and configurations can be determined with SunSolve. 

Q: Where do you all recommend locating an albedometer and backside POA sensor to most accurately represent an entire array? 

JCThis depends on exact deployment scenario and how variable the albedo is on the site. 

Q: Many bifacial module manufacturers specs or datasheets include a backside gain of up to 25 or 30%.  It sounds like realistically the actual “average” or real-world backside gain will be closer to 10%? 

KL: It will be closer to 5%. 

Q: What is the average production gain over mono-facial modules? 

KL: 5-10% would be a good estimate. 

Q: Why does an event of high diffuse fraction not translate to increased power production? 

KM: An increase in the diffuse fraction leads to an increase in irradiance incident to the rear side of the modules but a decrease in irradiance incident to the front side. That’s why an increase in diffuse fraction leads to an increase in bifacial gain. However, the advantage from the rear side is outweighed by the disadvantage from the front side, except for some rare exceptions like during backtracking very late in the day. 

Q: Wouldn’t the gains of 1MIP relative to 2MIP be a wash or negative case considering the additional racking and construction costs associated with 1MIP? 

KLWe think 2MIP trackers are still too new to understand the associated costs accurately. 

Q: What is the economy of MIP1 v MIP2 in the context of bifacial increase in production using MIP1 v. overall tracker costs (which is presumed less when using MIP2 designs)? 

KLWe think 2MIP trackers are still too new to understand the associated costs accurately. 

Q: Any work on commercial low slope roof or residential metal roof rooftop applications? 

KLNo, this is not an application our product serves. 

Q: Would CFV labs be able to release the PVSyst models used for their analysis presented on slide 15? 

KL: No. 

Q: How dependent are the bifacial gain drivers on the site location? Do these relationships hold equally true in the Northeast and the Southwest U.S.? 

KLIt’s complicated. Yes, you’ll see higher bifacial gains in the Northeast compared to the Southwest, but the actual additional energy production in kWh due to bifacial will still be higher in the Southwest. 

Q: Is the recommended PVsyst ‘height above ground’ fit based on the aspect ratio and measured bifacial gain? Would that hold true for all locations? 

KL: The study was carried out for a West Texas location. I think you’ll find similar results on other locations, too, but the sensitivity might be different. 

Q: Does your testing take into account cell temperature? 

JCWe assumed modules were at the same temperature. 

Q: Does PV Lighthouse only simulate silicon cells, or can it be used for thin film and/or multijunction cells? 

KMTheoretically, SunSolve can be used to simulate thin-film and multijunction cells, but it is currently oriented toward silicon cells. 

Q: Did tested modules have clear gap in the middle of the module so light hits the torque tube and bounces off? Or glazing between cells? 

KLThe n-type modules had clear gaps between the cells, but these were full-cell modules. The p-PERC half-cell modules did not have clear gaps.

 

For further information: 

You can view the webinar here. You can also find more facts about bifacial gain and the difference between 1MIP and 2MIP here. 

ARRAY has also published a PVsyst input data sheet, which you can request here. 

For more information about solar trackers from ARRAY Technologies, contact us

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Las pruebas de campo se unen a la modelización: Datos validados sobre el rendimiento solar bifacial

Aunque la tecnología de celdas solares bifaciales no es nueva en el campo de la energía fotovoltaica, los últimos avances han hecho que esta tecnología sea más viable que nunca desde el punto de vista comercial para las plantas de energía fotovoltaica.

Sin embargo, junto a esa viabilidad surgen preguntas sobre el rendimiento energético potencial y las mejores prácticas a la hora de elegir módulos bifaciales en lugar de sus homólogos monofaciales.

En particular, las investigaciones universitarias y otros estudios preliminares sobre el aumento de la ganancia por el cambio a módulos bifaciales sugerían que era posible un aumento del 20-30%, pero ¿es realmente así?

En resumen, no.

ARRAY Technologies se asoció con PV Lighthouse y CFV Solar Test Laboratory para llevar a cabo un estudio independiente que evaluara el impacto en el mundo real de las celdas solares bifaciales.

El objetivo del estudio era determinar las mejores prácticas para modelar la tecnología con el fin de obtener una visión precisa de la generación de energía de una planta fotovoltaica a gran escala. Mediante el uso de datos de campo de CFV correlacionados con el modelado de trazado de rayos tridimensional de PV Lighthouse, el estudio determinó datos de modelado realistas. Los resultados presentan las mejores prácticas de modelado en el mundo real para las instalaciones bifaciales.

El reciente webinar de Greentech Media basado en esta investigación dio a ARRAY, PV Lighthouse y CFV la oportunidad de responder a preguntas comunes sobre el estudio y sus conclusiones.

 

Lo más destacado del webinar en forma de preguntas y respuestas

Si te perdiste el webinar, a continuación puedes ver algunos de los aspectos más destacados, así como las respuestas a las preguntas que enviaron los asistentes.

Las respuestas fueron proporcionadas por Kyumin Lee (KL) de ARRAY, Keith McIntosh (KM) de PV Lighthouse y Jim Crimmins (JC) de CFV.

P: La importación de grava gris y blanca como cobertura del suelo para aumentar la ganancia de albedo es poco realista desde el punto de vista económico. ¿Se han tenido en cuenta varios tipos de cobertura del suelo durante la simulación para obtener valores de albedo variables? 

JC: Para un entorno de laboratorio, lo más importante es tener un albedo estable. La grava es una superficie muy estable y fácil de controlar para la vegetación. También hemos simulado albedos más altos con diversas superficies sintéticas. Un albedo estable nos permite ajustar modelos que luego pueden utilizarse para predecir rendimientos con albedos variables. Lo mejor es pensar en el albedo en el mundo real como una serie temporal dependiente del lugar, que cambia estacionalmente y también con las precipitaciones y la nieve.

P: ¿Consideró SunSolve la posibilidad de utilizar el 2MIP con un tubo de torsión que evita la parte trasera del módulo o la obstruye? 

KM: En concreto, examinamos el caso en el que la separación este-oeste del módulo era de 16 cm (la misma anchura que el tubo de torsión). Como era de esperar, esto provocó un menor sombreado del tubo de torsión, pero el aumento resultante del rendimiento se vio contrarrestado por la necesidad de un mayor backtracking para evitar el sombreado entre filas. Descubrimos que la inclusión de una separación este-oeste entre los módulos daba lugar a un rendimiento ligeramente inferior.

P: ¿Existe actualmente una asociación entre SunSolve y ARRAY? 

KM: PV Lighthouse es una consultora científica independiente y un proveedor de software que fue contratado por ARRAY Technologies para realizar las simulaciones de este estudio. Aunque agradecemos la oportunidad de trabajar con ARRAY Technologies en el futuro, no tenemos una asociación formal.

P: ¿Ofrece SunSolve alguna garantía con respecto a sus modelos? 

KM: La confianza en la precisión de SunSolve se obtiene de los estudios de validación, como el presentado en el seminario web y otros descritos en artículos publicados. Sin embargo, al igual que otros programas informáticos de simulación de sistemas, no se garantiza que SunSolve prediga el rendimiento con un cierto nivel de precisión, ya que dicha precisión depende de las mediciones experimentales del usuario y de la selección de las entradas de SunSolve. PV Lighthouse celebra acuerdos de consultoría en los que sus simulaciones y análisis de SunSolve se aplican con un nivel científico profesional garantizado.

P: ¿Fueron coherentes los resultados con valores de albedo bajos? 

KM: A medida que el albedo disminuye, la ventaja relativa de 1MIP sobre 2MIP también disminuye. La razón de esta tendencia es que la ventaja óptica del 1MIP sobre el 2MIP corresponde a la óptica de la parte trasera (para las configuraciones probadas).

P: ¿Varía la ganancia en función de la separación de los paneles? 

KL: Sí, cuando el sistema no está en backtracking. Pero el factor de visión no aumenta proporcionalmente con el índice de cobertura del suelo (GCR), por lo que existe un punto de cruce en términos económicos.

P: ¿Tenías módulos ficticios en los bordes?  En ese caso, ¿no habría reducido la probabilidad de que se produjeran puntos calientes y la activación del diodo de protección? 

KL: Había módulos ficticios en el extremo norte. El mismatch de las celdas es mayor en el extremo sur cuando la irradiación del suelo llega en ángulos normales.

P: ¿Cuáles son las eficiencias de cada lado y la eficiencia total e integrada? 

KL: La bifacialidad de un módulo fotovoltaico se mide según la norma IEC TS 60904-1-2. Básicamente, la potencia máxima en condiciones de prueba estándar en la cara posterior / la potencia máxima en condiciones de prueba estándar en la cara frontal. En la modelización, no se utilizan eficiencias diferentes para la parte delantera, la trasera y la integrada. La eficiencia del módulo permanece constante, y es la irradiancia efectiva total la que se calcula. Irradiancia efectiva total = Irradiancia del plano frontal del conjunto + Bifacialidad * Irradiancia del plano posterior del conjunto.

P: ¿Qué cantidad de irradiancia difusa hay realmente para extraer? 

KL: Eso depende totalmente del clima. En Estados Unidos, la fracción difusa anual (irradiación horizontal difusa / irradiación horizontal global) puede variar de 0,2 a 0,5.

P: ¿Cuál es la mejor manera de calcular los valores de albedo de un sistema bifacial en un terreno con estacionalidad? 

KL: La mejor práctica sería realizar una medición real del albedo en el lugar durante un año. Una solución alternativa sería utilizar los valores de albedo estimados por diversos servicios basados en satélites, como PVGIS.

P: Para el módulo de ARRAY2, ¿qué tecnología se aplica? ¿Topcon tipo N, PERT o HJT? 

KL: n-PERT.

P: ¿Cuál es la diferencia entre albedo y fracción difusa? 

KL: El “albedo” es la reflectancia del suelo. La “fracción difusa” es la fracción de luz solar que no procede directamente del sol. Por ejemplo, parte de la luz solar se refleja en las nubes antes de llegar a los paneles; esa luz solar contribuye a la fracción difusa.  En un día sin nubes, la fracción difusa es de aproximadamente el 10%, y en un día totalmente nublado, la fracción difusa es del 100%.

P: Veo que la pérdida de sombra entre 1MIP y 2MIP es similar. Pero se supone que en el 2MIP no hay espacio entre los módulos superiores e inferiores. Pero, en realidad, hay un espacio entre ellos en 2MIP. 

KL: En una configuración 2MIP con una separación fija entre filas, el hecho de que no haya espacio entre los módulos le proporcionará más energía. Una configuración 2MIP con un espacio entre los módulos no es económicamente viable. Se pierde más energía por el prolongado retroceso que la ganancia de energía por la reducción de la pérdida de sombra.

P: ¿Cuál es el margen de error de la medición bifacial frente a la PVsyst? 

KL: Realmente depende de cada caso. Actualmente, las mayores fuentes de incertidumbre son (1) las características del módulo y (2) el albedo. Si se conocen, la precisión de la energía calculada por PVsyst para unos datos meteorológicos determinados puede ser muy inferior al 0,5%.

P: Instalé mi primer sistema solar en el Polo Sur en 2008, y es probable que vuelva en algún momento dentro de los próximos cinco años. Si montara módulos bifaciales perpendiculares al suelo, ¿obtendría la misma producción del módulo 12 horas después cuando el sol esté en el mismo ángulo e intensidad? Básicamente, ¿cuál sería la diferencia de rendimiento si montara el módulo al revés? 

KL: Depende de la bifacialidad del módulo. Los módulos bifaciales que se encuentran en el mercado tienen una bifacialidad del 65%, por lo que la parte trasera producirá un 35% menos para la misma irradiación. Hay módulos que tienen más de un 70% de bifacialidad (los de tipo n de LG, por ejemplo).

P: ¿Puede compartir las hipótesis de modelado utilizadas en el modelo PVsyst de la instalación en CFV? (pérdida de sombra, transparencia, mismatch, etc.) 

KL: La transparencia se fijó en el 2,5% para el tipo 2 (n-PERT de lámina posterior transparente) y en 0 para el tipo 1 (polyPERC de lámina posterior blanca).

P: ¿Va a construir el CFV una instalación de prueba de 2MIP? 

JC: Todavía no hay planes, pero estamos abiertos a ello.

P: ¿Se tiene en cuenta la intensidad de la sombra en los modelos? ¿Qué impacto tiene en los resultados? 

KC: Sí, se tiene en cuenta.  No hemos examinado su contribución específicamente en el proyecto.

P: La foto del campo de pruebas no incluía ninguna fila de 2MIP. ¿Desplegaron/medieron la RPOA 2MIP y la ganancia bifacial en el patio de pruebas de CFV? 

KL: Las pruebas no incluyeron rastreadores 2MIP. Nuestro enfoque fue ganar confianza en el trazado de rayos 3D y en el modelado del factor de visión 2D (PVsyst) a través de pruebas en nuestro rastreador 1MIP, y luego extender el trazado de rayos y el modelado a los casos 2MIP.

P: ¿Tienen previsto validar el modelo 2MIP de forma empírica más adelante? 

KL: No tenemos nada previsto en este momento. Dejaremos que nuestros competidores de 2MIP proporcionen resultados de pruebas de campo de calidad similar.

P: ¿Puede el software de trazado de rayos descrito manejar aplicaciones de terreno complejas, como terreno ondulado en el noreste? 

KM: Actualmente, SunSolve parte de un terreno plano.

P: Ya utilizamos el GCR para caracterizar el impulso del POA. Introducir la altura de la fila es una métrica ortogonal que puede ajustar los efectos bifaciales, pero la relación entre la anchura y la altura es redundante si ya se utiliza el GCR. 

KL: Estoy completamente de acuerdo. Sólo queríamos desmontar el mito de que las filas más altas son mejores, sea como sea.

P: El albedo medido fue del 30%, el valor ideal es el 24%. ¿Podemos confiar en que las mediciones conduzcan a buenas simulaciones? 

JC: Los modelos predicen que los resultados de la ganancia bifacial son muy lineales con el albedo dentro de ese tipo de rango. Así que es fácil escalarlos.

P: ¿Cuál es la composición óptima de la plataforma para construir SAT bifaciales con el fin de aumentar el albedo y la fracción difusa? 

KL: La ganancia bifacial estará en el rango del 5-10% para un albedo de 0,3. Si la producción de un sistema monofacial es de 100, el sistema bifacial producirá de 105 a 110. Se puede llegar a ~115 con una cubierta de suelo más reflectante, pero no estoy seguro de que merezca la pena.

P: ¿El sistema 2MIP que consideraste tenía en cuenta un sistema de estanterías con la viga de torsión entre los módulos para que (hubiera) ninguna sombra trasera directa en la parte posterior del módulo? 

KL: El hueco este-oeste sobre la viga de torsión en el seguidor 2MIP reduce en realidad la producción de energía, porque se retrocede más y durante más tiempo. La mejor estrategia para el seguidor 2MIP es no tener ningún hueco.

P: ¿Se han realizado pruebas en la nieve? 

KL: CFV ha simulado las condiciones de la nieve con una lona blanca reflectante.

P: ¿Qué impacto tiene el albedo en el rendimiento de los módulos bifaciales? 

KL: El albedo es lo que más afecta a la ganancia bifacial. Un sistema que genera un ~5% de ganancia bifacial sobre una cobertura de suelo con un albedo de ~0,3 generará un ~10% de ganancia bifacial sobre una cobertura de suelo con un albedo de ~0,6.

P: ¿En qué medida afecta el sombreado a los 1MIP frente a los 2MIP, y afecta negativamente a la ventaja de la relación de captación que tienen los 1MIP sobre los 2MIP? 

KL: Los seguidores 2MIP pueden conseguir un menor factor de pérdida por sombreado si tienen un hueco entre el módulo este y el oeste, pero en realidad esto reducirá la producción anual, porque el hueco aumenta el GCR, lo que hace que el backtracking sea más largo. La pérdida de energía por el aumento del backtracking es mayor que cualquier ganancia por el menor factor de sombreado. Así que la mejor estrategia para el 2MIP es no tener ningún hueco entre los módulos. Cuando no hay ningún hueco EW entre módulos, la pérdida de sombreado de un seguidor 2MIP no es muy diferente de la de un seguidor 1MIP.

P: ¿Qué significa seguidor MIP? 

KL: 1MIP = Un módulo en vertical. 2MIP = Dos módulos en vertical.

P: ¿Diría que los módulos bifaciales son los más adecuados para ubicaciones geográficas específicas con el fin de obtener la mayor ganancia de energía? 

KL: No, creo que los sistemas bifaciales suelen tener sentido en la mayoría de las regiones.

P: ¿Los módulos bifaciales irían bien en seguidores de dos ejes para recoger más albedo de los “efectos de borde”? 

KL: Sí, en cierto modo. Pero los bifaciales por sí solos no son suficientes para justificar los seguidores de dos ejes.

P: Para las pruebas de PR, ¿con qué frecuencia colocaría albedómetros o piranómetros que midieran la irradiancia trasera? ¿Cuánta incertidumbre cree que habría en las mediciones de la irradiancia trasera durante el reposo de la PR en comparación con la irradiancia frontal, teniendo en cuenta la naturaleza menos homogénea de la irradiancia trasera? 

JC: Esta es una pregunta complicada. En este proyecto no hemos medido la radiación trasera en áreas pequeñas. Utilizamos piranómetros. La irradiación trasera en áreas pequeñas probablemente se maneja mejor a través de la modelización.

P: ¿Alguna idea sobre las “pérdidas por mismatch” que se aplican en PVSyst? 

KL: Los factores de pérdida por mismatch que determinamos a partir del trazado de rayos y del modelo SPICE son menores de lo que se ha sugerido normalmente para PVSyst, en parte porque los rayos reflejados en el suelo llegan en ángulos elevados, creando sombras suaves.

P: La comparación entre 1MP y 2MP, ¿se producirá de forma natural en PVSyst o habrá que cambiar algunas pérdidas en los ajustes? 

KL: Esto saldrá de forma natural si se utilizan las configuraciones nominales para los seguidores de 1MIP y 2MIP.

P: ¿Cómo afecta la gestión del cableado a la ganancia bifacial? 

KL: La gestión del cableado es importante, y en las pruebas del CFV se tuvo mucho cuidado para asegurarse de que el sombreado del cableado no fuera un factor significativo. Tenemos previsto ofrecer una solución a gran escala en un futuro próximo.

P: ¿Ha tenido PV Lighthouse en cuenta la respuesta espectral de los distintos módulos fotovoltaicos probados en el CFV? 

KM: Sí. El espectro de incidencia solar se estimó utilizando modelos espectrales publicados, el albedo espectral del suelo (y de la viga de torsión) se tomó de una base de datos de la NASA, y la respuesta espectral de los módulos se determinó a partir del trazado de rayos y la simulación del dispositivo.

P: ¿Cómo cambiaría el algoritmo de backtracking, si es que lo hace, debido al aumento de las relaciones de aspecto? 

KM: El algoritmo de backtracking no cambiaría. Se sigue queriendo capturar la mayor cantidad de luz en el lado frontal directamente sin sufrir el sombreado de fila a fila.

P: ¿Cuál es la diferencia que experimenta en el rendimiento de N-PERT y P-PERC bifacial? 

KL: La bifacialidad de un módulo n-PERT está en el rango del 70-75%. La bifacialidad de un módulo p-PERC está en el rango del 65-70%. El módulo n-PERT que probamos tenía una mayor resistencia en serie y también un menor coeficiente de temperatura, lo que también ayudó al rendimiento energético.

P: ¿Cuál es el impacto de la propia sombra del módulo bifacial en el rendimiento/salud del producto? 

KL: No tengo constancia de que los módulos bifaciales se ensombrezcan.

P: ¿Utilizó el mismo GCR para la simulación 1P y 2P, y si es así, la relación de aspecto y la luz perdida hacia el cielo serían las mismas? 

KL: Sí, utilizamos un GCR del 35,1% para las simulaciones 1P y 2P. La altura de las vigas de torsión se fijó en 1,6 m para el 1MIP y en 2,4 m para el 2MIP (que son los típicos de los sistemas comerciales). Dado que la configuración 2MIP tiene dos veces la longitud del módulo pero no dos veces la altura, tiene una relación de aspecto más baja y, por tanto, se pierde más luz hacia el cielo.

P: ¿Cómo se determina la tasa de rendimiento con los módulos bifaciales? 

KL: No utilizamos la tasa de rendimiento. Calculamos los rendimientos específicos diarios de los conjuntos bifaciales y monofaciales y comparamos estos valores para calcular la ganancia bifacial.

P: ¿En qué lenguaje de programación está escrito SunSolve? 

KM: Se accede a SunSolve a través de un navegador web y su interfaz de usuario está escrita en HTML y Javascript. El motor de cálculo de SunSolve se ejecuta en la nube; gran parte de él está programado en Csharp.

P: ¿Puede explicar el cálculo de la corriente máxima sobre el concentrador solar luminiscente utilizado en los módulos monofaciales? 

KL: Recomendaría mirar las sumas horarias de los valores GlobInc y GlobBak en PVsyst para estimar la irradiación efectiva máxima en el módulo, y escalar el concentrador solar luminiscente del lado frontal en consecuencia, con alguna consideración para el coeficiente de temperatura.

P: ¿Las corrientes de string de un string bifacial en paralelo al bloque del inversor están limitadas por el mismatch de corriente a la corriente más baja del módulo en cada string? ¿No se produce la ganancia de efecto de borde en los extremos de un seguidor corto? 

JC: Los efectos de borde añadirán algo de rendimiento incremental, pero se verán reducidos por el mismatch en una string larga. En un string muy corto o medido individualmente, son más importantes.

P: ¿Qué pasa con el clipping? ¿Cuál es la relación AC/DC preferida? 

KL: Recomiendo realizar estudios de PVsyst + económicos para determinar la relación CC:CA óptima. Mi primera hipótesis sería la relación nominal DC:AC monofacial menos la ganancia bifacial esperada (sin recortar).

P: ¿Se probó físicamente alguna disposición de 2MIP o sólo se modeló? 

KM: En este estudio, los arreglos 2MIP se modelaron únicamente. PV Lighthouse presentará un documento sobre las mediciones de las configuraciones 2MIP en el IEEE PVSC de julio de 2020.

P: ¿Por qué el parámetro de albedo era diferente para 1 MIP en comparación con 2 MIP en el estudio de Keith? Creo que era algo así como 0,240 frente a 0,236. 

KM: Se utilizó el mismo albedo en el trazado de rayos de las configuraciones 1MIP y 2MIP. Era una función de la longitud de onda que representa el suelo marrón y arcilloso. Los resultados del trazado de rayos se utilizaron para determinar el mejor valor para utilizar como factor de albedo en PVSyst para representar el mismo suelo, y tienes razón, era de hecho ligeramente inferior para 2MIP (0,236) que para 1MIP (0,240). Esto indica que la configuración 2MIP utilizó ligeramente menos la luz reflejada en el suelo que la configuración 1MIP a lo largo del año (teniendo en cuenta la longitud de onda, la relación difusión/dirección y las condiciones meteorológicas supuestas). Esperamos que estos valores cambien para diferentes albedos, tipos de módulos y condiciones.

P: ¿Está disponible SunSolve para simular sistemas bifaciales? ¿Cuáles son los resultados exactos de la simulación? 

KM: Sí.  Hay dos formas de simular sistemas bifaciales con SunSolve.

(1) Mediante un contrato, en el que PV Lighthouse realiza las simulaciones (como se ha hecho en este estudio).

(2) Mediante una suscripción, en la que usted realiza las simulaciones para determinar (i) la potencia de salida y las pérdidas detalladas en un único momento, y (ii) el rendimiento, las pérdidas y las entradas de PVSyst durante cualquier periodo de tiempo (disponible en julio de 2020).

Envíe un correo electrónico a support@pvlighthouse.com.au para obtener más detalles.

P: ¿Simula PV Lighthouse una configuración de 2 MIP para generar entradas de PVsyst similares a las de 1 MIP? 

KM: Sí. Para conocer los resultados de la configuración 2MIP, consulte la diapositiva 26 del seminario web, titulada “SunSolve – Determine PVSyst inputs”, y el libro blanco asociado al seminario web.

P: ¿Puede volver a explicar rápidamente si el sombreado de la viga es significativo en una configuración de 1 MIP frente a una de 2 MIP? 

KL: PV Lighthouse descubrió que la pérdida de sombra estructural no es tan diferente para 2MIP y 1MIP. Estudiamos el caso sin hueco, porque descubrimos que una configuración 2MIP con un hueco en el módulo sufría más pérdidas por el prolongado backtracking que cualquier ganancia de energía por la reducción del sombreado estructural.

P: ¿Existe algún método o artículo publicado para medir la ganancia bifacial en el lugar? 

KL: No hay ningún método estandarizado. Hemos calculado la ganancia bifacial calculando primero los rendimientos específicos diarios de los conjuntos bifaciales y de un conjunto monofacial y observando sus ratios.

P: ¿Es necesario incluir la radiación trasera en el cálculo del coeficiente de rendimiento de la planta? 

KL: Cypress Creek, junto con el NREL, sugirió modificaciones relevantes para las pruebas de capacidad de los sistemas bifaciales en 2019. La publicación se puede encontrar aquí.

P: ¿Cuál es un buen recurso para determinar los valores mensuales del albedo? 

KL: La mejor práctica sería realizar una medición real del albedo en el lugar durante un año. Una solución alternativa sería utilizar los valores de albedo estimados por diversos servicios basados en satélites, como PVGIS. La NSRDB también ofrece valores de albedo.

P: ¿Se supone que la luz reflejada en el suelo tiene una distribución lambertiana? 

KM: Sí, en este estudio se asumió que la luz reflejada en el suelo es lambertiana. (SunSolve puede simular funciones de dispersión alternativas si es de interés).

P: ¿Dónde puedo obtener estas entradas derivadas del trazado de rayos para ejecutar simulaciones PVsyst? 

KM: Los resultados de las entradas de PVSyst se encuentran en la diapositiva 26 del webinar y también se dan en el libro blanco. Estos resultados son específicos para el sitio en particular (en el oeste de Texas) y la configuración del sistema. Las entradas de PVSyst para otros lugares y configuraciones pueden determinarse con SunSolve.

P: ¿Dónde recomiendan ubicar un albedómetro y un sensor POA trasero para representar con mayor precisión un conjunto completo? 

JC: Esto depende del escenario exacto de despliegue y de lo variable que sea el albedo en el emplazamiento.

P: En las especificaciones u hojas de datos de muchos fabricantes de módulos bifaciales figura una ganancia de la parte posterior de hasta el 25 o el 30%.  ¿Parece que, en realidad, la ganancia real “media” estará más cerca del 10%? 

KL: Estará más cerca del 5%.

P: ¿Cuál es la ganancia media de producción respecto a los módulos monofaciales? 

KL: Un 5-10% sería una buena estimación.

P: ¿Por qué un caso de alta fracción difusa no se traduce en una mayor producción de energía? 

KM: Un aumento de la fracción difusa conlleva un aumento de la radiación que incide en la cara posterior de los módulos, pero una disminución de la radiación que incide en la cara frontal. Por eso, un aumento de la fracción difusa conlleva un aumento de la ganancia bifacial. Sin embargo, la ventaja de la parte trasera se ve compensada por la desventaja de la parte delantera, salvo en algunas raras excepciones, como durante el backtracking a última hora del día.

P: ¿Las ganancias de 1MIP con respecto a 2MIP no serían un lavado o un caso negativo teniendo en cuenta los costes adicionales de estantería y construcción asociados a 1MIP? 

KL: Creemos que los seguidores de 2MIP son todavía demasiado nuevos para entender con precisión los costes asociados.

P: ¿Cuál es la economía del MIP1 frente al MIP2 en el contexto del aumento bifacial de la producción utilizando el MIP1 frente a los costes globales de los seguidores (que se supone que son menores cuando se utilizan diseños MIP2)? 

KL: Creemos que los seguidores 2MIP son todavía demasiado nuevos para comprender con precisión los costes asociados.

P: ¿Se ha trabajado en aplicaciones de tejados comerciales de baja pendiente o tejados metálicos residenciales? 

KL: No, esta no es una aplicación a la que sirva nuestro producto.

P: ¿Podrían los laboratorios CFV publicar los modelos PVSyst utilizados para su análisis presentado en la diapositiva 15? 

KL: No.

P: ¿En qué medida dependen los factores de ganancia bifacial de la ubicación del lugar? ¿Son estas relaciones igualmente válidas en el noreste y en el suroeste de Estados Unidos? 

KL: Es complicado. Sí, se observan mayores ganancias bifaciales en el noreste que en el suroeste, pero la producción real de energía adicional en kWh debida a la bifacial seguirá siendo mayor en el suroeste.

P: ¿Es la “altura sobre el suelo” recomendada para el sistema fotovoltaico un ajuste basado en la relación de aspecto y la ganancia bifacial medida? ¿Es válido para todas las ubicaciones? 

KL: El estudio se llevó a cabo en un lugar del oeste de Texas. Creo que también se encontrarán resultados similares en otras ubicaciones, pero la sensibilidad podría ser diferente.

P: ¿Tienen en cuenta en sus pruebas la temperatura de las celdas? 

JC: Suponemos que los módulos están a la misma temperatura.

P: ¿Solamente simula PV Lighthouse celdas de silicio, o puede utilizarse para celdas de capa fina y/o multiunión? 

KM: En teoría, SunSolve puede utilizarse para simular células de capa fina y multiunión, pero actualmente está orientado a las celdas de silicio.

P: ¿Los módulos probados tienen un hueco claro en el centro del módulo para que la luz llegue a la viga y rebote? ¿O un acristalamiento entre las celdas? 

KL: Los módulos de tipo n tenían claros espacios entre las celdas, pero se trataba de módulos de celdas completas. Los módulos de media célula p-PERC no tenían huecos claros.

 

Para más información:

Puede ver el seminario web aquí. También puede encontrar más datos sobre la ganancia bifacial y la diferencia entre 1MIP y 2MIP aquí.

ARRAY también ha publicado una hoja de datos de entrada de PVsyst, que puede solicitar aquí.

Más información sobre los seguidores solares de ARRAY Technologies.

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Field Testing Meets Modeling: Validated Data on Bifacial Solar Performance

Though bifacial solar cell technology is not new to PV, recent advances have made the technology more commercially viable than ever before for PV power plants. 

Along with that viability, however, come questions about the potential energy yield and best practices when choosing bifacial modules over their monofacial counterparts. 

In particular, university research and other preliminary studies of the increase in gain from a switch to bifacial modules suggested a bump of 20-30% was possible – but is that really the case? 

In short, no. 

ARRAY Technologies partnered with PV Lighthouse and CFV Solar Test Laboratory to conduct an independent study assessing the real-world impact of bifacial solar cells.  

The study’s goal was to determine best practices for modeling the technology in order to get an accurate view of a utility scale PV plant’s power production. By using field data from CFV correlated by three-dimensional ray tracing modeling from PV Lighthouse, the study determined realistic modeling inputs. The results present bankable, real-world modeling best practices for bifacial power plants.  

The recent Greentech Media webinar based on this research gave ARRAY, PV Lighthouse and CFV the chance to answer common questions about the study and its findings. 

 

Webinar Q&A Highlights 

If you missed the webinar, below is a look at some of the highlights as well as answers to questions which were submitted by attendees. 

Answers below were provided by ARRAY’s Kyumin Lee (KL)PV Lighthouse’s Keith McIntosh (KM) and CFV’s Jim Crimmins (JC). 

Q: Importing grey and white gravel for ground cover to boost albedo gain is economically unrealistic. Were multiple ground cover types considered during the simulation for variable albedo values? 

JC: For a lab environment, the most important thing is to have a stable albedo. Gravel is a very stable surface and easy to control for vegetation. We have simulated higher albedos with various synthetic surfaces as well. A stable albedo allows us to fit models which can then be used to predict yields with varying albedos. It is best to think of albedo in the real world as a site-dependent time series, changing seasonally and also with precipitation and snow. 

Q: Did SunSolve consider 2MIP with a torque tube that avoids the backside of the module or obstructs the backside of the module? 

KMSpecifically we examined the case when the east-west module separation was 16 cm (the same width as the torque tube). As you’d expect, this led to less shading from the torque tube, but the resulting increase in yield was counteracted by the need for greater backtracking to avoid row-to-row shading. We found that including an east-west separation between modules led to a slightly lower yield. 

Q: Is there a current partnership between SunSolve and ARRAY? 

KMPV Lighthouse is an independent scientific consultancy and software provider that was engaged by ARRAY Technologies to conduct simulations for this study. While we welcome the opportunity to work with ARRAY Technologies in the future, we don’t have a formal partnership. 

Q: Does SunSolve offer any guarantees regarding their modeling? 

KM: Confidence in SunSolve’s accuracy is gained from validation studies, such as that presented in the webinar and others described in published papers. However, like other system-simulation software, SunSolve is not guaranteed to predict yield to within some level of accuracy, because that accuracy depends on the user’s experimental measurements and selection of SunSolve inputs. PV Lighthouse enters consulting agreements in which its SunSolve simulations and analysis are applied to a guaranteed professional scientific standard. 

Q: Were the results consistent at low albedo values? 

KM: As the albedo decreases, the relative advantage of 1MIP over 2MIP also decreases. The reason for this trend is that the optical advantage of the 1MIP to 2MIP pertains to the rear-side optics (for the tested configurations). 

Q: Does gain vary as a function of array spacing? 

KL: Yes, when the system is not backtracking. But the view factor does not increase proportionally with the ground cover ratio (GCR), and so there is a crossover point in terms of economics. 

Q: Did you have dummy modules at the edges?  In that case, wouldn’t you have reduced the likelihood of hotspots and bypass diode activation? 

KLThere were dummy modules at the north end. The cell mismatch is greatest at the south end when the ground irradiance comes at normal angles. 

Q: What are the efficiencies of each side, and the total, integrated efficiency? 

KL: The bifaciality of a PV module is measured per IEC TS 60904-1-2. Basically, Standard Test Conditions peak power on backside / Standard Test Conditions peak power on frontside. In modeling, you do not use different efficiencies for the front, back and integrated. The module efficiency stays constant, and it is the total effective irradiance that gets calculated. Total effective irradiance = Frontside Plane of ARRAY irradiance + Bifaciality * Backside Plane of ARRAY irradiance. 

Q: How much diffuse irradiance is actually there to draw from? 

KL: That is totally climate-dependent. Across the U.S., the annual diffuse fraction (diffuse horizontal irradiation / global horizontal irradiation) can vary from 0.2 to 0.5. 

Q: What’s the best way to figure out the albedo values for a bifacial system on a ground with seasonality? 

KL: The best practice would be to make an actual albedo measurement at the site over a year. A fallback solution would be to use albedo values as estimated by various satellite-based services, such as PVGIS. 

Q: For module for ARRAY2, what tech is applied? N-type Topcon, PERT or HJT? 

KLn-PERT. 

Q: What’s the difference between albedo and diffuse fraction? 

KLThe “albedo” is the reflectance of the ground. The “diffuse fraction” is the fraction of sunlight that does not come directly from the sun. For example, some sunlight reflects from clouds before it reaches the panels; that sunlight contributes to the diffuse fraction.  On a cloudless day, the diffuse fraction is about 10%, and on a fully overcast day, the diffuse fraction is 100%. 

Q: I can see that shading loss between 1MIP and 2MIP is similar. But there is assumption that there is no spacing between top and bottom modules in 2MIP. But, in reality, there is gap between them in 2MIP. 

KLFor a 2MIP setup with fixed array row spacing, having zero gap between the modules will give you more energy. A 2MIP configuration with a gap between the modules is just not an economically viable setup. You lose more energy from prolonged backtracking than any energy gain from reduced shading loss. 

Q: What is the margin of error for the bifacial measured versus PVsyst? 

KL: It really depends on each case. Currently, the biggest sources of uncertainty are (1) module characteristics and (2) albedo. If these are known, the accuracy of the energy calculated by PVsyst for a given weather data can be well below 0.5%. 

Q: I installed my first solar system at the South Pole in 2008, and I will likely go back sometime within the next five years. If I were to mount bifacial modules perpendicular to the ground, would I get the same output from the module 12 hours later when the sun is at the same angle and intensity? Basically, what would the difference in output be if I mounted the module upside down? 

KLIt depends on the module bifaciality. Widely available bifacial modules are 65% bifacial, and so the back side will produce about 35% less for the same irradiance. There are modules that are more than 70% bifacial (LG n-type, for example). 

Q: Can you share the modeling assumptions used in the PVsyst model of the setup at CFV? (shade Loss, transparency, mismatch, etc.) 

KL: The transparency was set to 2.5% for the Type 2 (clear backsheet n-PERT), and 0 for the Type 1 (white-backsheet polyPERC). 

Q: Is CFV going to build a 2MIP test setup? 

JCNo plans yet, but we are open to it. 

Q: Is shadow intensity taken into account in the models? How much impact does it have on the results? 

KCYes, it is taken into account.  We didn’t examine its contribution specifically in the project. 

Q: The photo of the test yard did not include any 2MIP rows. Did you deploy/measure 2MIP RPOA and Bifacial Gain at the CFV test site? 

KLThe testing did not include 2MIP trackers. Our approach was to gain confidence in 3D ray tracing and 2D view factor modeling (PVsyst) via testing on our 1MIP tracker, and then extend the ray tracing and modeling to 2MIP cases. 

Q: Do you intend to validate the 2MIP model empirically at a later date? 

KLWe don’t have anything planned at this moment. We’ll leave it up to our 2MIP competitors to provide field testing results of similar quality! 

Q: Can the described ray trace software handle complex terrain applications, such as undulating terrain in Northeast? 

KMSunSolve currently assumes flat terrain. 

Q: We already use GCR in characterizing POA boost. Introducing row height is an orthogonal metric that can tune for bifacial effects, but the ratio of width to height is redundant if GCR is already used. 

KLI completely agree. We just wanted to debunk the myth that higher rows are better, no matter what. 

Q: The measured albedo was 30%, the ideal value is 24%. Can we trust measurement to lead to good simulations? 

JCModels predict that bifacial gain results are very linear with albedo within that type of range. So it is easy to scale them. 

Q: What is the optimal platform composition for building bifacial SAT’s over in order to increase albedo & diffuse fraction? 

KL: The bifacial gain will come in the range of 5-10% for albedo of 0.3. If a monofacial system’s production is 100, the bifacial system will produce 105 to 110. You can get it to ~115 with more reflective ground cover, but I’m not sure if it’s really going to be worth it. 

Q: Did the 2MIP system you considered take into account a racking system with the torque tube between modules so (there would be) no direct rear shading on the back of the module? 

KLEast-west gap over the torque tube on 2MIP tracker actually reduces the energy production, because you backtrack more and longer. The best strategy for 2MIP tracker is to not have any gap. 

Q: Any testing done in the snow? 

KLCFV simulated snow conditions with a white reflective tarp. 

Q: How much impact does albedo have on the performance of the bifacial modules? 

KL: The albedo has the biggest effect on the bifacial gain. A system that generates ~5% bifacial gain on ground cover of albedo ~0.3 will generate ~10% bifacial gain on ground cover of albedo ~0.6. 

Q: How much does shading affect 1MIP vs 2MIP, and does that negatively affect the capture ratio advantage 1MIP has over 2MIP? 

KL: 2MIP trackers can achieve lower shading loss factor by having east-west module gap, but this will actually reduce annual production, because the gap increases the GCR, resulting in longer backtracking. The energy loss from increased backtracking is more than any gain from the lower shading factor. So the best strategy for 2MIP is to not have any gap between the modules. When there isn’t any module EW gap, the shading loss of a 2MIP tracker is not too different from that of a 1MIP tracker. 

Q: What does MIP tracker mean? 

KL: 1MIP = One module in portrait. 2MIP = Two modules in portrait. 

Q: Would you say that bifacial modules are best suited to specific geographic locations in order to get the most energy gain? 

KL: No, I think bifacial systems generally make sense in most regions.  

Q: Would bifacial modules do well on dual axis trackers to pick up more albedo from “edge effects?” 

KL: Yes, they would in a sense. But bifacial alone is not enough to justify two-axis trackers. 

Q: For PR testing, how frequently would you place albedometers or pyranometers measuring backside irradiance? How much uncertainty do you think would be on backside irradiance measurements during PR resting compared to frontside irradiance, considering less homogeneous nature of the backside irradiance? 

JCThis is a complicated question. We did not measure small area backside irradiance in this project. We used pyranometers. Small area backside irradiance is probably best handled through modeling. 

Q: Any thoughts on ‘mismatch loss’ to be applied in PVSyst? 

KL: The mismatch loss factors that we determined from the ray tracing and SPICE model are smaller than what has typically been suggested for PVSyst, partly because the ground-reflected rays come in at high angles, creating soft shadows. 

Q: The 1MP and 2MP comparison – will this come out naturally in PVSyst, or do some losses need to be changed in the settings? 

KLThis will come naturally if you use the nominal configurations for 1MIP and 2MIP trackers. 

Q: How does wire management impact bifacial gain? 

KLWiring management is important, and in the CFV testing, a lot of care was taken to make sure that the wiring shading was not a significant factor. Offering a utility-scale solution is something we plan to do in near future. 

Q: Did PV Lighthouse account for the spectral response of the different PV modules tested at the CFV site? 

KMYes. The incident spectrum from the sun was estimated using published spectral models, the spectral albedo of the ground (and torque-tube) was taken from a NASA database, and the spectral response of the modules was determined from ray tracing and device simulation. 

Q: How would the backtracking algorithm change, if any, due to gains in aspect ratios? 

KMThe backtracking algorithm would not change. You still want to capture the most light on the frontside directly without suffering row-to-row shading. 

Q: What is the difference you experience in performance of N-PERT & P-PERC bifacial? 

KLThe bifaciality of an n-PERT module is in the 70-75% range. The bifaciality of a p-PERC module is in the 65-70% range. The n-PERT module we tested had higher series resistance and lower temperature coefficient too, which also helped the energy yield. 

Q: What is the impact of bifacial module self-shading on performance/product health? 

KLI’m not aware of any self-shading of bifacial modules. 

Q: Did you use the same GCR for the 1P and 2P simulation, and if so, would the  aspect ratio and light lost to the sky be the same? 

KLYes, we used a GCR of 35.1% for both 1P and 2P simulations. The height of the torque tubes was set to 1.6 m for 1MIP and 2.4 m for 2MIP (which are typical of commercial systems). Since the 2MIP configuration has two times the module length but not two times the height, it has a lower aspect ratio, and hence more light is lost to the sky. 

Q: How is performance ratio found with bifacial modules? 

KLWe did not use performance ratio. We calculated daily specific yields of the bifacial and monofacial arrays and compared these values to calculate the bifacial gain. 

Q: What programming language is SunSolve written in? 

KMSunSolve is accessed through a web browser and its user interface is written in HTML and Javascript. SunSolve’s computational engine runs in the cloud; much of it is programmed in Csharp. 

Q: Can you cover the calculation of maximum current over the luminescent solar concentrator used in monofacial modules. 

KLI’d recommend looking at hourly sums of GlobInc and GlobBak values in PVsyst to estimate the maximum effective irradiance into the module, and scale the frontside luminescent solar concentrator accordingly, with some consideration for the temperature coefficient. 

Q: Are the string currents of a bifacial string in parallel to inverter block limited by current mismatch to the lowest module current on each string? So the edge effect gain on the ends a short tracker are not realized? 

JCThe edge effects will add some incremental yield, but will be reduced by mismatch in a long string. In a very short string or measured individually, they are more important. 

Q: What about clipping? What’s the preferred AC/DC ratio? 

KLI recommend carrying out PVsyst + economics studies to determine the optimum DC:AC ratio. My first guess would be nominal monofacial DC:AC ratio minus the expected (unclipped) bifacial gain. 

Q: Were any 2MIP arrangements physically tested, or was that solely modeled? 

KMIn this study, the 2MIP arrangements were solely modeled. PV Lighthouse will be presenting a paper on measurements of 2MIP configurations at the IEEE PVSC in July 2020. 

Q: Why was the albedo parameter different for 1 MIP compared to 2 MIP in Keith’s study? I believe it was something like 0.240 vs 0.236. 

KMThe same albedo was used in the ray tracing of 1MIP and 2MIP configurations. It was a function of wavelength that represents brown, loamy soil. The results of the ray tracing were then used to determine the best value to use as the albedo factor in PVSyst to represent the same soil, and you’re right, it was indeed slightly lower for 2MIP (0.236) than for 1MIP (0.240). This indicates that the 2MIP configuration made slightly less use of the ground-reflected light than the 1MIP configuration over the course of the year (accounting for wavelength, diffuse/direct ratio, and the assumed weather conditions). We expect those values to change for different albedos, module types and conditions. 

Q: Is SunSolve already available to simulate bifacial systems? What are the exact outputs of the simulation? 

KM: Yes.  There are two ways to simulate bifacial systems with SunSolve. 

(1) On a contractual basis, where PV Lighthouse performs the simulations (as conducted in this study). 

(2) On a subscription basis, where you perform the simulations to determine (i) output power and detailed losses at a single point in time, and (ii) yield, losses and PVSyst inputs over any period of time (available July 2020). 

Email support@pvlighthouse.com.au for more detail. 

Q: Did PV Lighthouse simulate a 2 MIP configuration to generate similar PVsyst inputs as 1 MIP? 

KMYes. For the results of the 2MIP configuration, please refer to slide 26 of the webinar, titled “SunSolve – Determine PVSyst inputs, and the white paper associated with the webinar. 

Q: Can you quickly explain again if torque tube shading is significant on a 1 MIP configuration vs a 2 MIP? 

KLPV Lighthouse found that the structural shading loss is not so different for 2MIP and 1MIP. We studied the no-gap case, because we found that a 2MIP configuration with a module gap suffered more losses from the prolonged backtracking than any energy gain from the reduced structural shading. 

Q: Is there any method or published article to measure bifacial gain at site? 

KLThere is no standardized method. We calculated the bifacial gain by first calculating the daily specific yields of bifacial arrays and a monofacial array and by looking at their ratios. 

Q: Is there a need to include back side irradiance in Performance Ratio calculation for the plant? 

KLCypress Creek, along with NREL, suggested relevant modifications for the capacity testing of bifacial systems in 2019. The publication can be found here. 

Q: What is a good resource for determining monthly albedo values? 

KLThe best practice would be to make an actual albedo measurement at the site over a year. A fallback solution would be to use albedo values as estimated by various satellite-based services such as PVGIS. NSRDB also offers albedo values. 

Q: Is ground-reflected light assumed to have a Lambertian distribution? 

KMYes, in this study the ground-reflected light was assumed Lambertian. (SunSolve can simulate alternative scattering functions if that is of interest). 

Q: Where can I get these ray-tracing derived inputs for running PVsyst simulations? 

KMThe results for the PVSyst inputs are on Slide 26 of the webinar and they are also given in the white paper. These results are specific to the particular site (in West Texas) and system configuration. PVSyst inputs for other sites and configurations can be determined with SunSolve. 

Q: Where do you all recommend locating an albedometer and backside POA sensor to most accurately represent an entire array? 

JCThis depends on exact deployment scenario and how variable the albedo is on the site. 

Q: Many bifacial module manufacturers specs or datasheets include a backside gain of up to 25 or 30%.  It sounds like realistically the actual “average” or real-world backside gain will be closer to 10%? 

KL: It will be closer to 5%. 

Q: What is the average production gain over mono-facial modules? 

KL: 5-10% would be a good estimate. 

Q: Why does an event of high diffuse fraction not translate to increased power production? 

KM: An increase in the diffuse fraction leads to an increase in irradiance incident to the rear side of the modules but a decrease in irradiance incident to the front side. That’s why an increase in diffuse fraction leads to an increase in bifacial gain. However, the advantage from the rear side is outweighed by the disadvantage from the front side, except for some rare exceptions like during backtracking very late in the day. 

Q: Wouldn’t the gains of 1MIP relative to 2MIP be a wash or negative case considering the additional racking and construction costs associated with 1MIP? 

KLWe think 2MIP trackers are still too new to understand the associated costs accurately. 

Q: What is the economy of MIP1 v MIP2 in the context of bifacial increase in production using MIP1 v. overall tracker costs (which is presumed less when using MIP2 designs)? 

KLWe think 2MIP trackers are still too new to understand the associated costs accurately. 

Q: Any work on commercial low slope roof or residential metal roof rooftop applications? 

KLNo, this is not an application our product serves. 

Q: Would CFV labs be able to release the PVSyst models used for their analysis presented on slide 15? 

KL: No. 

Q: How dependent are the bifacial gain drivers on the site location? Do these relationships hold equally true in the Northeast and the Southwest U.S.? 

KLIt’s complicated. Yes, you’ll see higher bifacial gains in the Northeast compared to the Southwest, but the actual additional energy production in kWh due to bifacial will still be higher in the Southwest. 

Q: Is the recommended PVsyst ‘height above ground’ fit based on the aspect ratio and measured bifacial gain? Would that hold true for all locations? 

KL: The study was carried out for a West Texas location. I think you’ll find similar results on other locations, too, but the sensitivity might be different. 

Q: Does your testing take into account cell temperature? 

JCWe assumed modules were at the same temperature. 

Q: Does PV Lighthouse only simulate silicon cells, or can it be used for thin film and/or multijunction cells? 

KMTheoretically, SunSolve can be used to simulate thin-film and multijunction cells, but it is currently oriented toward silicon cells. 

Q: Did tested modules have clear gap in the middle of the module so light hits the torque tube and bounces off? Or glazing between cells? 

KLThe n-type modules had clear gaps between the cells, but these were full-cell modules. The p-PERC half-cell modules did not have clear gaps.

 

For further information: 

You can view the webinar here. You can also find more facts about bifacial gain and the difference between 1MIP and 2MIP here. 

ARRAY has also published a PVsyst input data sheet, which you can request here. 

For more information about solar trackers from ARRAY Technologies, contact us

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