Rodzaje uszkodzeń i wady paneli fotowoltaicznych - część I
Przewiń do artykułu
Menu

Nowoczesne panele słoneczne są zaprojektowane tak, aby w ciągu całego okresu eksploatacji zachowały pełną zdolność operacyjną. Mimo to, jak każde urządzenie, narażone są one na uszkodzenia nie tylko w czasie ich użytkowania, ale także na etapie produkcji, co może przełożyć się na ich końcową sprawność. W poniższym artykule opisane zostały najczęstsze rodzaje uszkodzeń i wady paneli słonecznych, z którymi mogą spotkać się ich użytkownicy.

Niezawodność i jakość to cechy wpisane w charakterystykę nowoczesnych paneli fotowoltaicznych. Zwykle ich produkcja podlega stałej i czujnej kontroli jakości, chociaż zdarza się też, że pewne wady fabryczne nie zostają zauważone. Ponadto, moduły mogą ulec uszkodzeniu w transporcie oraz podczas montażu instalacji, co także może przyczynić się do skrócenia ich żywotności. Nawet podczas samego użytkowania, w ciągu każdego roku, moc modułów wykonanych z krzemu krystalicznego będzie spadać średnio o 0,8%/rok.

Kluczem do zwiększenia opłacalności inwestycji, polegającej na montażu instalacji fotowoltaicznej, jest zakup produktu o odpowiednio wysokiej wydajności oraz maksymalnie długiej żywotności. Najlepsze produkty są wykonane z materiałów bardzo dobrej jakości, a proces wytwarzania jest w całości zmechanizowany, co diametralnie zmniejsza ryzyko wystąpienia wad fabrycznych.


https://www.theguardian.com/world/2018/feb/28/after-the-sunrush-what-comes-next-for-solar-power#img-1

https://www.greentechmedia.com/articles/read/foreign-solar-manufacturers-weigh-opening-us-facilities-trade-tariff-looms#gs.wq9zag


Za sprawą konkurencyjności cenowej, wielu producentów wykorzystuje jednak w produkcji materiały niższej jakości, by ograniczyć własne koszty. Co więcej, niektórzy producenci decydują się nawet na powrót do materiałów sprzed lat po to, aby maksymalnie obniżyć ceny swoich produktów. Przedwcześnie uszkodzone panele czy też urządzenia gorszej jakości mogą stanowić dla nas ogromny problem, gdyż instalacja opłaca się jedynie wtedy, gdy bierzemy pod uwagę jej długą żywotność. Wady czy uszkodzenia modułu mogą być przyczyną trwałego spadku mocy, a nawet stwarzać problemy związane z bezpieczeństwem. Warto jednak zaznaczyć, że nie wszystkie wady paneli wywołują niepożądane skutki, a małe i niegroźne uszkodzenia często są uznawane za wady kosmetyczne, które nie mają większego wpływu na ich pracę. Moduły podlegają gwarancji tylko wtedy, gdy wykazują niepoprawne działanie mimo wystawienia na optymalne dla tych urządzeń warunki.


https://dailynewsegypt.com/2019/02/24/chinas-gcl-negotiates-with-military-production-ministry-to-establish-solar-panel-complex/


Zwykle rozróżnia się trzy rodzaje uszkodzeń modułów:

  • Wady przedwczesne
  • Wady występujące w ciągu okresu operacyjnego
  • Wady wynikające ze zużycia

Poniższa grafika przedstawia trzy podstawowe scenariusze odnoszące się do żywotności krystalicznych paneli fotowoltaicznych. Jak widać, moduły tracą swoją moc nie tylko za sprawą wad mechanicznych, ale również pod wpływem promieniowania słonecznego powodującego degradację ogniw od razu po założeniu instalacji. Takie zjawisko nosi nazwę LID (ang. Light Induced Degradation) i praktycznie nie da się go uniknąć. Należy wiedzieć, że moc danego ogniwa przypisana przez producenta przewiduje wystąpienie zjawiska LID i przedstawia tym samym rzeczywistą moc operacyjną urządzenia.



  • LID - degradacja pod wpływem promieniowania słonecznego
  • PID - degradacja spowodowana indukowanym napięciem modułu (ang. Potential Induced Degradation)
  • EVA - cienka folia okrywająca ogniwa (ang. Ethylene vinyl acetate, inacyej folia enkapsulaczjna)
  • J-box - puszki przyłączeniowe (ang. Junction box)

Częstotliwość występowania wad i uszkodzeń

Szczegółowe wyniki badań nad częstotliwością występowania uszkodzeń paneli nie są dostępne, gdyż większość instalacji fotowoltaicznych została założona stosunkowo niedawno, a producenci niechętnie dzielą się takimi informacjami. Raporty dotyczące wad przedwczesnych, takich jak uszkodzenia wynikłe podczas instalowania modułów, mówią o 1-2% przypadków wśród wszystkich zainstalowanych instalacji. Prowadzone są także badania symulacyjne, polegające na sztucznym przyspieszeniu okresu żywotności urządzeń, aczkolwiek liczba modułów poddanych symulacji jest na tę chwilę zbyt ograniczona, by badania mogły być wiarygodne.

Przykładowo, firma BP Solar w ciągu ośmiu lat odnotowała 0,13% wskaźnik występowania uszkodzeń paneli krzemowych Solarex. Z kolei naukowcy amerykańskiego instytutu badawczego Sandia National Laboratories na podstawie zebranych danych terenowych przewidują, że częstotliwość występowania wad mechanicznych modułów w przyszłości wynosić będzie 0,05% w skali roku. Są to jednak dane zebrane zbyt wcześnie, by rzetelnie oszacować wskaźnik uszkodzeń w całym cyklu życia modułów fotowoltaicznych.


Najczęstsze wady i uszkodzenia

https://reneweconomy.com.au/wp-content/uploads/2017/07/Greatcell-solar-PV-magazine..jpg


Wady można podzielić ze względu na te powodujące spadek wydajności modułów oraz na wady związane z bezpieczeństwem.

Elementami budowy ogniw najbardziej narażonymi na uszkodzenia są:

  • Płytki lub ogniwa paneli krystalicznych
  • Materiał okrywający ogniwa (np. folia EVA)
  • Szyba hartowana
  • Przewody wewnętrzne
  • Rama
  • Warstwa krzemu amorficznego w panelach amorficznych

Wady płytek i ogniw

Pogorszenie wydajności ogniw w okresie eksploatacji instalacji jest normalne i nie jest uznawane za wadę czy usterkę, o ile spadek ten nie następuje zbyt szybko. Głównymi mechanicznymi wadami płytek lub ogniw jest z kolei ich pękanie, a także uszkodzenia łączeń i przewodów. Mniej poważne wady wynikać mogą natomiast z niesprawnej powłoki antyrefleksyjnej (ARC) oraz korozji ogniw. Efekt LID występujący w panelach amorficznych jest dość częsty i nie uznaje się go za wadę urządzenia. Degradacja modułów spowodowana indukowanym napięciem jest stosunkowo nowym zjawiskiem powstałym w wyniku coraz większego napięcia stosowanego w urządzeniach.

Delaminacja powłoki antyrefleksyjnej

http://www.eternalsun.com/news/top-3-quality-issues-in-solar/


Powłoka antyrefleksyjna (ARC), najprościej rzecz ujmując, zwiększa absorpcję światła i ilość generowanej energii. O rozwarstwieniu ARC mówimy wtedy, gdy powłoka wyraźnie odkleja się od silikonowej powierzchni ogniw. Problem staje się poważny dopiero wtedy, gdy powłoka rozwarstwiła się na dużej powierzchni modułu, gdyż skutkuje to powstaniem zjawiska PID (patrz wyżej).


Pękanie ogniw

http://www.eternalsun.com/news/top-3-quality-issues-in-solar/

https://tech.nikkeibp.co.jp/dm/atclen/news_en/15mk/040402013/?ST=msbe&P=4


Mikropęknięcia ogniw w modułach fotowoltaicznych są nieuniknione i mogą wystąpić w każdym momencie. Uszkodzenia mogą pojawić się np. w trakcie produkcji - podczas lutowania, gdyż panele są wówczas poddawane dużemu naciskowi. Drugim i trzecim czynnikiem, najczęściej powodującym uszkodzenia jest odpowiednio transport i montaż. Narażony będzie również oddany do eksploatacji moduł wystawiony na niekorzystne warunki atmosferyczne - wiatr czy nacisk zalegającego śniegu również może powodować pękanie ogniw.

Istnieją trzy źródła występowania mikropęknięć w trakcie produkcji:

  • Pęknięcia rozpoczynające się od taśmy łączącej ogniwa. Są one spowodowane naprężeniami szczątkowymi wywołanymi przez proces lutowania. Pęknięcia te są często zlokalizowane na końcu lub w punkcie początkowym złącza, ponieważ występuje tam największe naprężenie resztkowe. Ten typ pęknięcia jest najczęstszy.
  • Tak zwane pęknięcia poprzeczne, powstające w wyniku dużego nacisku podczas produkcji.
  • Pęknięcia na brzegach panelu, które są skutkiem uderzenia o twardy obiekt.

Ślimacze ścieżki powstałe na skutek mikropęknięć

http://www.firstgreen.co/2014/09/snail-trail-on-your-pv-module-a-disease-or-symptom/

https://www.skyrobot.co.jp/en/skycombination.html


Mikropęknięcia występują w warstwie krzemu ogniwa fotowoltaicznego i często nie są widoczne gołym okiem. Jest to drobne i niegroźne naruszenie struktury ogniw, jednak ostatecznie mogą znacząco wpłynąć na przepływ prądu zwarciowego i obniżyć wydajność całego modułu. Widoczne mikropęknięcia formują tzw. ślimacze ścieżki, które po pewnym czasie mogą być przyczyną procesu chemicznego zmieniającego powierzchnię ogniw i powodować powstawanie tzw. hot spotów. Procesami szczególnie narażającym płytki krzemowe na pęknięcia jest przyłączanie ich do obwodów, prasowanie wszystkich warstw paneli oraz umieszczanie ich w ramie.

Jeśli pęknięcia ogniw są duże, temperatura, wpływ mechanicznego nacisku i wilgoć mogą doprowadzić do tego, że duża część modułu przestaje pracować, gdyż kontakt elektryczny zostaje zerwany i prąd nie przepływa do kolejnych ogniw. Kilka nieaktywnych ogniw sprawia, że moc zanika nawet w jednej trzeciej modułu.

W ciągu ostatnich lat ogniwa krystaliczne stały się większe, ale również cieńsze, co zwiększyło ryzyko występowania pęknięć i rys. Ten typ uszkodzeń stanowi o tyle problem, gdyż trudno go uniknąć i oszacować jaki realny wpływ ma na wydajność modułów. Możliwe, że pęknięcia tylko nieznacznie pogarszają ich wydajności, pod warunkiem złącza elektryczne są nienaruszone.

Istnieje ryzyko, że małe rysy na ogniwie będącym w eksploatacji z czasem się powiększą. Dzieje się tak za sprawą wspomnianych już warunków atmosferycznych.

Niewidoczne mikropęknięcia można wykryć przed instalacją za pomocą specjalistycznych urządzeń, a niektórzy producenci zalecają przeprowadzanie regularnych przeglądów pod kątem pęknięć w ciągu okresu żywotności już zainstalowanych paneli.


Dalsza część artykułu już wkrótce...

Źródło:

 
Planergia poleca:
Autor artykułu:
planergia

Czym się zajmujemy? Łączymy z energią... Odnawialne źródła energii, energooszczędne budownictwo, termomodernizacja i skuteczna walka z niską emisją - u nas znajdziesz wszystko, co potrzbne aby sprawnie, bezpiecznie i efektywnie przeprowadzić i sfinansować swoją inwestycję. Planergia Informacje, Technologie i Finanse są dla Ciebie!

info@planergia.pl