4 effect of pv module degradation and failure on system performance v3.1

16
© Copyright 2016, First Solar, Inc.

Upload: sandia-national-laboratories-energy-climate-renewables

Post on 24-Jan-2017

180 views

Category:

Technology


2 download

TRANSCRIPT

© Copyright 2016, First Solar, Inc.

OUTLINE:

IntroductionFirst Solar backgroundO&M costs – HistoryO&M costs – Present dayO&M costs ‐ Future

©Copyright 2016, First Solar, Inc.

Introduction• Paul Williams, Reliability engineer, CRE, BSEET electronics

• 30+ year experience in quality and reliability at high tech companies in semiconductor, computers and power generation

• Jointed First Solar in 2011 ‐ Originally hired into the O&M group• Began working on upgrading and building new capabilities for O&M’s Excel based cost model• Initiated Reliability Block Diagram (RBD) modeling of components, subsystems and array level 

• Energy Availability prediction• Cost of ownership – Maintenance costs

• Transitioned into the systems reliability engineering group 2012• Continue to support the O&M Energy and cost models

• Began working with power plant engineering to optimize systems topologies • Maximizing energy availability• Minimizing the Total Cost of Ownership (TCO)

• Evangelizing and driving the concept of Levelized Cost Of Energy (LCOE)

©Copyright 2016, First Solar, Inc.

First Solar Background• One of the largest thin film solar module manufacturers and suppliers in the world

• >100M modules produced• Over 10 gigawatts installed worldwide• Over 5 gigawatts under O&M Monitoring• First Solar has developed, financed, engineered, constructed, and operating some of the world’s largest PV power plants in existence.

• Utility‐scale generation• Commercial & industrial• Community solar

©Copyright 2016, First Solar, Inc.

©Copyright 2016, First Solar, Inc.

OPERATION &MAINTENANCE

PROJECT FINANCE

PROJECT DEVELOPMENT

ENGINEERING & PLANT OPTIMIZATION

GRID INTEGRATION& PLANT CONTROLSYSTEMS

PROCUREMENT & CONSTRUCTION ADVISEMENT

BALANCE OF SYSTEMSTECHNOLOGIES

ADVANCED PV MODULES

The Solar Value Chain

DevelopmentPartner

ConstructionPartner

PROJECT FINANCE

PROJECT DEVELOPMENT

OPERATION &MAINTENANCE

PROJECT ENGINEERINGPROCUREMENT & CONSTRUCTION

SYSTEM ENGINEERING & PLANT OPTIMIZATION

GRID INTEGRATION& PLANT CONTROLSYSTEMS

BALANCE OF SYSTEMSTECHNOLOGIES

ADVANCED PV MODULES

TRAINING AND SERVICES

Delivering The First Solar Advantage through Local Partners

AC Power Block—Configurable Power Generation Unit for developing a First Solar power plant©Copyright 2016, First Solar, Inc.

O&M Costs – History• O&M used an excel based cost model• Relied on consultants to provide failure rate information

• IEEE Goldbook• MIL‐217

• Estimated the repair times based on senior management’s “experience”• Cost information provided from suppliers spare parts lists• Only outputs were labor and parts cost estimates• Could not comprehend any failure distributions other than exponential

©Copyright 2016, First Solar, Inc.

O&M Costs – Present Day• BOS manufacturers do not use consistent methods to report predicted failure  rate estimates. Information is typically MTBF based.

• Using Reliability Block Diagram modeling of Components, Subsystems and Array level 

• Energy availability prediction• Cost of ownership – Maintenance Costs• Getting suppliers to provide failure data is challenging• Using failure distribution data based on our own field experience• Using Accelerated Life Test (ALT) data for FS developed products

• Working with power plant engineering to optimize systems topologies • Maximizing energy availability• Minimizing the TCO 

• Levelized Cost Of Energy (LCOE) starting to appear in Marketing and Sales literature.

©Copyright 2016, First Solar, Inc.

Reliability Block Diagram

©Copyright 2016, First Solar, Inc.

Inverter Availability – Prediction Estimates

©Copyright 2016, First Solar, Inc.

Field failure – Transformer Oil Leaks

Leak failure distributions for 3 transformer suppliers

Leaking was not included in early cost models –Now it’s rate and repair costs are included

Field data drove supplier selection / preference

©Copyright 2016, First Solar, Inc.

Field Data ‐ DC Health Analysis – Failure Breakdown

Note: There are NO power degradation failures

Results from a large >100MW power plant during a regular DC health sweep

Recognition that Module Reliability (degradation) is not all there is to building a solar plant for optimized costs.

©Copyright 2016, First Solar, Inc.

O&M Costs ‐ Future• While important, module degradation is not all there is to building a solar plant for optimized costs. BOS components play a major role as well.

• LCOE and Total Cost of Ownership (TCO) becomes the driving quality metrics on which power plants are evaluated 

• FS Initiating an IEC work item proposal to standardize cost modeling inputs for improved prediction accuracy

• Standard defines a complete list of deliverables  for equipment suppliers to provide in order to be able to predict and trend the cost of ownership and LCOE models. Based on failure mode and distribution parameters rather than MTBF estimates.

©Copyright 2016, First Solar, Inc.

LCOE

LCOE is the lifecycle cost for investment in an electricity generation power plant.Utility companies and financial institutions value projects on the basis of the lifecycle cost, generally through a measure known as Levelized Cost of Electricity (LCOE)

Development $Construction $O&M Costs $Profit $Taxes $Etc. (cash flow) $

= LCOE ($/kWh)

Understanding how LCOE is impacted by changes in the system allows First Solar to optimize plant designs (and System Solutions) that reduce LCOE most effectively

• Energy yield increase has the highest single impact on LCOE 

• $/watt is not the driving metric for investment in utility scale PV projects and PPA’s ($/kWh)

=Net energy to be sold over the life of the investment

kWh

©Copyright 2016, First Solar, Inc.

First Solar AC Power Block 

Configurable PV Power Generation Unit for developing fully integrated utility‐scale  power plants with the lowest LCOE • First Solar System and Services• First Solar Energy Prediction Model 

• Energy Performance Guarantee 

©Copyright 2016, First Solar, Inc.

Creating enduring value by enabling a world powered by clean, affordable solar electricity.