Деградация солнечных панелей

Деградация солнечных панелей Leave a comment

Введение

Солнечные панели, как правило, очень надежны и безотказны, поскольку не имеют движущихся частей и требуют минимального обслуживания, кроме очистки. Однако, как и любой промышленный продукт, солнечные панели могут выйти из строя или работать хуже из-за некачественных материалов или плохого качества изготовления в процессе производства. К счастью, это случается очень редко, и обычно только 1 из 5000 панелей имеет производственный брак. Дефекты часто связаны с постоянным стремлением снизить затраты, и неудивительно, что более дешевые панели обычно страдают от большего количества неисправностей по сравнению с панелями от хорошо зарекомендовавших себя премиальных солнечных брендов.

Деградация солнечных панелей

В дополнение к небольшому количеству производственных дефектов, для солнечных фотоэлектрических (PV) элементов является нормальным иметь небольшую степень деградации с течением времени. Солнечные батареи должны работать в течение многих лет в самых разных экстремальных условиях, от климата с большими колебаниями температуры до высокой влажности, дождя, штормов, сильных ветров и коррозии от соли в прибрежных районах. Несмотря на это, почти все солнечные панели имеют минимальную 10-летнюю гарантию производителя, а также 25-летнюю гарантию производительности.

Распространенные проблемы с солнечными панелями

В течение ожидаемого 25-летнего срока службы солнечной системы производительность постепенно снижается, но, к сожалению, в какой-то момент одна или несколько панелей могут выйти из строя из-за пяти хорошо известных явлений, перечисленных ниже. В дополнение к этим причинам солнечные панели иногда могут быть повреждены во время транспортировки или неправильного обращения во время установки, что может проявиться только через несколько лет после установки. Также в редких случаях стекло может разбиться из-за сильных ударов очень крупного града и других фрагментов. Обратите внимание: из пяти перечисленных ниже причин первая технически не является дефектом, а очень медленной потерей производительности в течение срока службы солнечной панели.

Пять причин деградации солнечных панелей и выхода их из строя:
  • LID — деградация, вызванная светом — нормальная потеря производительности от 0,25% до 0,7% в год.
  • PID — Potential Induced Degrade — Возможный долгосрочный отказ из-за утечки напряжения.
  • Общая деградация — преждевременный выход из строя из-за попадания воды или других дефектов.
  • LeTID — деградация, вызванная светом и повышенной температурой — внезапная потеря производительности на 3–6 %.
  • Микротрещины и горячие точки — долговременный дефект и выход из строя из-за сломанных или поврежденных ячеек.

LID – деградация солнечных панелей под действием света

Когда солнечная панель впервые подвергается воздействию солнечного света, происходит явление, называемое «стабилизацией мощности», из-за следов кислорода в кремниевой пластине. Этот эффект деградации хорошо изучен и является начальной фазой стабилизации вызванной светом или LID. На этом этапе солнечная панель может потерять от 2% до 3% своей номинальной выходной мощности (Wp) в течение первых нескольких сотен часов работы, и полный эффект этого начального этапа проявляется в течение первого года использования.

После начальной фазы стабилизации уровень LID значительно снижается до 0,3–0,7% в год в течение следующих 25+ лет. Тем не менее, LID может составлять всего 0,25% в год для высокопроизводительных модулей таких производителей, как LG, Sunpower и REC, благодаря кремнию N-типа высокой чистоты используется клеточный субстрат. К счастью, большинство производителей немного завышают номинальную мощность панели на 5%, что учитывает небольшой дисбаланс ячеек и компенсирует некоторую первоначальную деградацию.

LID – деградация солнечных панелей под действием света

Это также обеспечивает точность номинальной мощности панели (Wp). Например, панель мощностью 350 Вт может первоначально производить до 5% больше мощности или до 368 Вт в течение короткого промежутка времени. Однако это незначительное перепроизводство, как правило, кратковременно и может быть неизмеримым, если только панели не работают в идеальных (STC) условиях. Гарантия производительности производителя будет описывать скорость LID и ожидаемую потерю производительности в течение гарантийного периода (25 лет).

PID – Потенциальная Индуцированная Деградация

Потенциальная индуцированная деградация или PID — это форма деградации панели, которая обычно проявляется через 4–10 лет использования из-за высокого напряжения, повышенных температур и высокой влажности. PID — это, по сути, утечка напряжения от элементов к корпусу солнечной панели, что приводит к снижению выходной мощности. К сожалению, изначально проблема может быть незаметна, но со временем она обычно становится все хуже. Утечку может быть трудно диагностировать без специализированного тестера кривой IV и обучения. Однако ранним признаком может быть аномально низкое напряжение или ток цепи.

PID – Потенциальная Индуцированная Деградация

Большинство солнечных батарей на крышах жилых домов работают в небольшом диапазоне вольт, и PID более заметен при более высоких напряжениях цепочки, поэтому, чем больше панелей подключено в цепочку, тем выше вероятность возникновения PID. Крупные солнечные фермы часто работают в высоком диапазоне вольт, поэтому вероятность PID намного выше. К счастью, есть несколько усовершенствованных крупномасштабных солнечных инверторов, которые могут обратить вспять эффект PID, если он обнаружен, запустив очень небольшой обратный ток в течение ночи. В очень серьезных случаях, когда проблемы с PID не были устранены через 10 и более лет, выходная мощность может достигать 50 %. К счастью, многие ведущие производители солнечных панелей почти устранили риск PID, используя высококачественные материалы и проводя тщательное тестирование. Тем не менее, это по-прежнему актуальная проблема, о чем свидетельствуют последние результаты испытаний, проведенных независимым испытательным институтом.

Общая деградация солнечных панелей

В дополнение к хорошо известным эффектам PID и LID, панели также могут страдать от более серьезных проблем из-за разрушения герметизирующего и защитного слоев, которые должны защищать элементы от внешних факторов. Самый распространенный из них — выход из строя заднего листа. В то время как передний стеклянный лист защищает солнечные элементы от дождя, града, грязи и мусора, белый или черный пластиковый задний лист предназначен для защиты задней стороны элементов от воды, влажности и потертостей.

Общая деградация солнечных панелей

Однако часто из-за некачественного выбора материала и плохого контроля качества УФ-излучение может привести к тому, что либо герметик, либо задний защитный задний лист могут со временем разрушиться, треснуть или ухудшиться. Эта деградация может затем привести к более серьезным проблемам, таким как проникновение влаги, коррозия и утечка земли.

Эффект LeTID

Еще один вид деградации солнечных панелей, известен как деградация, вызванная светом и повышенной температурой (LeTID), и представляет собой недавно открытое явление, еще недостаточно изученное. В отличие от LID, такая деградация может произойти спустя годы и в основном связана с высокими рабочими температурами модулей.

Эффект LeTID

Когда в техпаспорте мы ссылаемся на значения NMOT (номинальная рабочая температура модуля), мы описываем номинальные рабочие условия панели: 800 Вт/м², при комнатной температуре (20°C), и при ветре 1 м/с. В этих условиях температура модулей варьируется в зависимости от типа модуля и составляет в среднем 44,5°C. Согласно недавней литературе, проблемы с LeTID могут возникнуть при температуре панели 50°C и выше, что не редкость летом, когда в некоторых районах температура может легко превысить эти значения.

Как было зарегистрировано, деградация панелей может достигать до 6% в первый год, и, если производитель не полностью учтет их, это может привести к снижению производительности до 0.8% в год, и возможным возвратам по гарантии. Но не все так плохо, поскольку современные производители панелей (LG, Sunpower, REC) внесли технологические изменения, которые исключают влияние LeTID.

Микротрещины и горячие точки

Большинство современных солнечных панелей изготавливаются с использованием серии солнечных элементов, изготовленных из ультратонких кристаллических кремниевых пластин. Пластины обычно имеют толщину около 0,16 мм или примерно в два раза больше ширины человеческого волоса. Естественно, пластины и ячейки довольно хрупкие и могут треснуть или разрушиться при высоких механических нагрузках, таких как неправильное обращение во время установки, экстремальные ветровые нагрузки или сильный град. Стоит отметить, что не все ячейки являются хрупкими, высокопроизводительные ячейки IBC, используемые Sunpower и LG, намного прочнее из-за большого количества обратных контактов, которые усиливают ячейку.

Любые необычные нагрузки или стрессы, например, люди, идущие по солнечным панелям во время установки или обслуживания, могут привести к микротрещинам, которые со временем могут создать горячие точки и в конечном итоге привести к выходу панели из строя. Микротрещины также могут образовываться при транспортировке, ударах, падении или грубом обращении.

Микротрещины и горячие точки
Тепловое изображение солнечной панели с горячими точками из-за сильных микротрещин

Микротрещины

Микротрещины бывает трудно обнаружить, и часто они сначала незаметны. Крошечные трещины в солнечных элементах часто видны на старых панелях и выглядят как следы улиток на поверхности клетки. Эти переломы не всегда вызывают серьезную проблему, и панель может хорошо работать в течение многих лет даже с несколькими сломанными ячейками. Однако микротрещины станут более серьезной проблемой, если они увеличат внутреннее сопротивление и прервут поток тока, ведущий к горячей точке или горячей ячейке. Это особенно проблематично, если микротрещина очень большая или образуется по всей ячейке. К счастью, большинство современных солнечных панелей теперь имеют полуразрезанные элементы с несколькими шинами, что значительно снижает вредное воздействие микротрещин. Кроме того, ячеистые панели из гонта, такие как панели Hyundai и Sunpower, как правило, не подвержены микротрещинам из-за уникальной конфигурации внахлест.

Горячие точки

Солнечные элементы генерируют электрический ток, который течет через соединенные между собой элементы. Если это нарушено из-за внутренней неисправности или серьезной микротрещины, то повышенное сопротивление генерирует тепло, которое, в свою очередь, еще больше увеличивает сопротивление и создает больше тепла, что приводит к возникновению точки перегрева. В тяжелых ситуациях это может даже сжечь ячейку.

Горячие точки и микротрещины не всегда видны невооруженным глазом, и часто единственный способ определить, повреждена ли солнечная панель, — это использовать специальную тепловизионную камеру, которая выделит разницу температур между различными элементами. Стоит отметить, что регулярное затенение от препятствий на крыше может в некоторых случаях привести к образованию горячих точек в течение нескольких лет из-за эффекта обратного тока затененных ячеек.

Что произойдет с солнечными панелями через 30 лет?

Тот факт, что ваша солнечная система подошла к концу ожидаемого срока службы, не означает, что она все еще не может производить энергию и экономить ваши деньги. Производители определяют, что «срок полезного использования» солнечной панели заканчивается, когда производство панелей падает ниже 80%, но это не означает, что они уже не могут быть использованы. Панели будут продолжать производить энергию в течение многих следующих лет, но с более низким уровнем эффективности.

Деградация — нормальная, неизбежная часть владения солнечными панелями. Ничто не вечно, но сбережения, которые ваша солнечная система генерирует для вас на протяжении всего срока службы, могут быть сохранены или реинвестированы.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.

SHOPPING CART

close