Время деградации солнечных панелей

От чего зависит срок службы солнечных панелей

Использование солнечных лучей для получения энергии происходит уже свыше 100 лет. Когда Беккерель открыл фотоэлемент, генерируемый из фотонов, он подарил миру новый способ энергообеспечения. Сегодня многие страны используют солнечные батареи, но как можно рассчитать срок службы солнечных батарей? Сколько он составляет и как достичь максимального результата во время эксплуатации панели? Об этом далее.

Основная информация

Солнечная батарея — альтернативный источник питания жилого дома и коммерческого учреждения, обладающая простым обслуживанием, неиссякаемым энергетическим ресурсом, бесшумной системной работой и небольшим количеством занимаемой площади. В список преимуществ системы также входит продолжительный период работы.

Обычно солнечная батарея служит 30 лет, но продолжительность службы может снизиться по ряду причин. Фотогенератор начинает терять свою полезную емкость ежегодно. Когда его производительность снижается до 80 %, батарея становится негодной. На этом показателе она теряет мощность, а ее коэффициент полезного действия начинает резко снижаться, что делает использование батареи невозможным.

Внимание! Накопитель начинает стареть по циклам. Эффективность снижается от большой глубины разряда, тока заряда/разряда, экстремальной температуры при работе фотоэлемента.

Большинство производителей гарантирует, что система альтернативного энергообеспечения будет функционировать на протяжении 25–30 лет, а понижение интенсивности работы будет не выше 20 % по окончании эксплуатационного срока. Многими изготовителями предоставляется гарантия в 10 лет. Они говорят, что потеря эффективности будет составлять 10 %. Гарантия повреждений, полученных механическим образом, при этом дается ими в 5 лет.

Срок эксплуатации

Самый большой эксплуатационный опыт имеют кристаллические модули. Они стали выпускаться с 50-х годов двадцатого столетия по специальным эксплуатационным тестам. Солнечные элементы, которые используются в модулях, обладают неограниченным сроком службы. Они не деградируют по истечению нескольких лет работы. Однако модульная мощность падает с течением времени. Это происходит из-за постепенного разрушения этиленвинилацетатной пленки, которая используется для модульной герметизации и замутнения пленочной прослойки, которая располагается у стекла и солнечных элементов.

Задача модульного герметика заключается в защите компонентов устройства и внутренних электросоединений от негативного воздействия жидкости. Поскольку невозможно сделать полную защиту элементов от влаги, ультрафиолета и температурного перепада, герметик разрушается с течением времени. Влага, которая попала внутрь, выводится наружу в дневное время, когда модульная температура растет. Свет начинает разрушение герметизирующих компонентов, благодаря световому излучению, и они становятся менее эластичными, более податливыми на механический вид воздействий. С течением времени защита модуля ухудшается. Влага, которая попала внутрь модуля, приводит к коррозии электросоединений. Из-за этого увеличивается сопротивление в месте ржавчины, перегревается и разрушается контакт, уменьшается модульное напряжение на выходе.

Заключительным фактором, который уменьшает модульную выработку, считается постепенное снижение прочности пленки у стекла и элементов. Снижение заметить самостоятельно сложно, но оно ведет к тому, что эффективность работы модуля снижается за счет попадания меньшего количества света на ряд солнечных элементов.

Влияние температуры на работу

Жара понижает эффективность работы солнечной батареи. Под действием пекла работоспособность оборудования снижается на 10 %. Дело в том, что для эффективности работы генератора необходимо, чтобы на кремниевую панель попадали прямые солнечные лучи, но, если происходит чрезмерное нагревание, генератор обрабатывает меньшее количество фотонов. Фотоэлемент работает благодаря электрическим процессам, контролируемым термодинамическим законами. Когда повышается температура, мощность оборудования снижается. Во время нагревания модуля, который генерирует энергию, появляется сопротивление. Поток электронов увеличивается и напряжение понижается.

Чтобы оценить потерю эффективности, ученые даже разработали особый показатель и назвали его температурным коэффициентом фотоэлемента. Расчет осуществляется по 25 градусной температуре. Показатель мощности при повышении градуса снижается на 0.5 %. Чтобы предотвратить потерю мощности, необходимо:

• обеспечить расстояние между батареями, чтобы воздух в достаточной мере циркулировал;
• расположить станции в местах с достаточной продуваемостью;
• установить батарею на теплопроводящую поверхность, снижающую температуру кремниевой панели.

От мощности будет зависеть срок службы солнечных панелей. Чем чаще устройство будет подвергаться действию критических климатических условий, тем быстрее испортится.

Что будет с батареей через 25 лет работы

Фотоэнергетика считается достаточно молодой отраслью. По существующим данным, работа солнечных батарей должна осуществляться более 25 лет. Первая в мире солнечная батарея работает уже 60 лет. Производители говорят, что максимальное ухудшение работы батарей возможно через 25 лет. Но, по реальным тестам с 1980-х годов, модули снизили свою мощность за 40 лет только на 10 %. Это значит, что оборудование может работать дольше. С большой вероятностью можно отметить, что устройства будут функционировать свыше 30 лет.

Кроме того, современное производство прогрессивно. Продающиеся сегодня источники альтернативного энергообеспечения считаются прочными, надежными и результативными приборами.

Что сделать, чтобы увеличить эксплуатационный срок

Для продления генерирования электроэнергии в батареях или панелях, нужно запомнить три правила:

1. Следует избегать повреждения устройства. Чем больше сколов будет иметь модуль, тем стремительнее он утратит эффективность. В негативном случае влага попадет в стекло и пленку, и эта ситуация приведет к короткому замыканию и ржавчине.
2. Необходимо регулярно обслуживать, чистить оборудование.
3. В плохих погодных условиях вокруг оборудования следует устанавливать ветрозащитную конструкцию. Чем хуже будут условия работы устройств, тем быстрее закончится их срок годности.

Обратите внимание! Также следует механически не нарушать целостность модульного герметика.

В результате, срок службы солнечных панелей или батарей равен 25–30 лет. Изготовители предоставляют официальные гарантии именно на такой показатель. Тем не менее, современные устройства могут служить меньше или дольше, в зависимости от климатических условий и правильности соблюдения условий работы. Эффективная работа оборудования прекращается, когда происходит утрата мощности на 20 %. Чтобы максимально увеличить срок годности панелей, следует выполнять приведенные выше рекомендации.

Видео по теме

Источник

Деградация солнечных панелей: причины возникновения и как ее обнаружить?

Как и любое другое оборудование, фотоэлектрические системы со временем теряют свои эксплуатационные качества. Это явление известно под названием деградация солнечных панелей, или PID (англ. – potential induced degradation). В зависимости от обстоятельств она может быть обратимой или необратимой, а уменьшение ее скорости является одной из важнейших технологических задач фотовольтаики.

PID и физические причины его возникновения

На заре создания гелио оборудования необъяснимо быстрая деградация солнечных батарей стала настоящей головной болью для инженеров. В большинстве случаев собранные модули работали согласно ожиданиям. Но иногда панели начинали стремительно терять мощность, а их КПД падал в несколько раз за считанные месяцы.

Первыми обнаружили причину технологи еще 1990-х. Как оказалось, проблему создавала поляризация – скачки разницы потенциалов между модулями и землей. Простое заземление положительного электрода начало не только защищать оборудование, но иногда и обращать начавшуюся деградацию солнечных панелей вспять.

Однако примерно в 1% случаев новое технологическое решение не срабатывало, виной чему обычно была некачественная сборка или микроповреждения модулей. Поскольку PID вызывается токами утечки, к нему приводили:

• частичное отслаивание пленки-ламината;
• механические дефекты каркаса;
• повреждение защитного стеклянного покрытия;
• изменение расстояния между полупроводниковыми элементами.

Разница потенциалов начинала меняться и постепенно ухудшать производительность системы. При своевременном обнаружении проблему удавалось устранить. В противном случае спустя некоторое время деградация солнечных батарей становилась необратимой.

Поскольку физическая суть явления PID неразрывно связана с функционированием любых фотоэлектрических установок, оно угрожает всем типам батарей без исключения:

• моно- и поликристаллическим;
• на аморфном кремнии;
• тонким пленкам на редкоземельных элементах;
• последнему поколению органических, полимерных и прочих гелио панелей.

Серьезность проблемы заключается в том, что микроскопическое изменение вольтамперных характеристик часто начинается постепенно и прогрессирует незаметно для пользователя. Несвоевременное обнаружение PID, особенно на крупных СЭС, может привести к огромным финансовым потерям и является для владельцев настоящей катастрофой.

Другие причины деградации солнечных панелей

Как показали исследования, помимо механических повреждений возникновению PID могут способствовать и другие причины. Их список достаточно длинный:

• особенности конструкции и изготовления модулей;
• используемая схема преобразования потока фотонов в электрический ток;
• применяемые материалы;
• определенные нюансы сборки системы в целом;
• контакты панелей с посторонними предметами;
• падение тени;
• изменение температуры, влажности и некоторых других характеристик внешней среды.

Последний фактор по сей день остается наиболее сложным, поскольку является единственным, не поддающимся контролю и, тем более, плановому изменению. Влияние остальных ведущие производители мира стараются максимально уменьшить, вплоть до полного исключения. Благодаря этому деградация наиболее качественных солнечных батарей происходит с предсказуемой скоростью и гарантирует покупателю паспортное сохранение производительности.

Материаловедческие и структурные негативные факторы

Проблему PID периодически вызывают попытки введения в физико-химический состав отдельных элементов.

1. Натрий. Широко известен случай создания высокоэффективного антибликового покрытия типа ARC с использованием натрия. Новая поверхность действительно показала улучшенные характеристики захвата фотонов, но ячейки под ней неожиданно стали быстро деградировать. После изучения состава методом масс-спектрометрии было обнаружено, что натрий вызывал скачки напряжения ввиду его повышенной электрической активности. В результате от нового покрытия пришлось отказаться.
2. Кальций и магний. Похожий случай произошел при попытке заменить классическое каленое кремниевое стекло известковым с добавлением кальция и магния. Как оказалось, эти химические элементы также вызывают электрическую нестабильность. А выигрыш КПД за счет улучшенного поглощения оказывается меньше, чем проигрыш на ускоренной дестабилизации ячеек.
3. Пленка EVA (виниловый ацетат этилена). Оказалась прекрасным защитным материалом, не вызывающим поляризации и, как следствие, возникновения деградации солнечных панелей. Именно поэтому ее использование для инкапсуляции рабочих поверхностей широко распространено по сей день.
4. Пленка PVB (поливинил бутираль). На первый взгляд очень близкий по составу и свойствам полимер оказался совершенно непригодным. Проблема оказалась в низком уровне диффузного барьера, из-за чего материал пропускал жидкость и приводил к резкому скачку электропроводимости.
5. Двуокись кремния. На сегодня считается лучшим составом для изоляции полупроводниковых элементов от поверхностного остекления. Токи утечки в нем практически не возникают.

Конструктивные негативные факторы

Наиболее опасно неправильное размещение панели и неверно выбранный вид заземления. От этих параметров зависит входящее напряжение и его знак, что может оказаться причиной возникновения деградации солнечных батарей. Исправить положение может хороший инвертор правильного типа.

Основным негативным конструктивным фактором является отрицательное напряжение относительно заземления. PID-эффект в таких случаях быстро развивается практически всегда. Это уменьшает КПД модулей и разрушающе действует на пластины.

Положительным моментом служит тот факт, что подобные конструкторские недостатки легко исправляются специалистами и позволяют стабилизировать систему для эффективной работы.

Негативные факторы окружающей среды

Являются самыми неприятными из видов внешнего воздействия, поскольку не поддаются устранению. Более других способствуют ускоренной деградации солнечных панелей следующие погодные явления:

• повышение температуры выше 25°C, особенно сопровождающееся высокой влажностью;
• резкие перепады температур;
• частые смены циклов замерзания и оттаивания.

Последние два фактора особенно губительны для ламинирующих пленок. Рано или поздно их механические характеристики падают ниже требуемого уровня, и вероятность возникновения PID резко возрастает.

Методики обнаружения PID

Существует несколько методов раннего выявления начинающейся деградации солнечных батарей.

1. Проверка эффективности. Наиболее простой и очевидный подход. Заключается в сравнении производительности системы через определенные промежутки времени при сравнимых погодных условиях.
2. Замер вольтамперных характеристик. Под ними подразумевается измерение наиболее явного параметра – напряжения холостого хода. Инструментом может служить обыкновенный вольтметр. Метод более точный, поскольку позволяет обнаружить конкретную цепочку, которую затронула деградация.
3. Электролюминесцентный метод. Используется при невозможном или затрудненном доступе к модулям. Требует наличия специального оборудования.

Тестирование фотоэлектрического оборудования на восприимчивость к PID является неотъемлемой частью работы любых центров сертификации. В современной гелио энергетике ни один крупный проект солнечных электростанций станций без проведения обязательной процедуры такой проверки просто не получит финансирования.

Обратимая и необратимая деградация солнечных панелей

То, какой характер примет эффект PID, зависит от нескольких факторов.

1. Обратимый. Примером является поверхностная поляризация, вызывающая устойчивое накапливание статического электричества на различных элементах модулей. Возникает преимущественно из-за избыточной миграции ионов Na+ от фронтального стеклянного покрытия к полупроводниковым ячейкам. После деполяризации исходные параметры эффективности батарей восстанавливаются практически полностью.
2. Необратимый. Вызывается нарушением структурной целостности самих элементов-преобразователей. Независимо от причин, которые к этому привели (перепады температур, попадание внутрь жидкости, нарушение герметичности пленки), восстановить производительность системы не удастся.

Первый вариант чаще возникает в классических кристаллических модулях. Второй более характерен для тонкопленочных модификаций.

Поскольку необратимая деградация солнечных батарей грозит огромными финансовыми потерями, выявление ее на начальной стадии является главной задачей владельцев солнечных станций.

Источник