Úvod
Fotovoltaika se v Evropě rychle rozvíjí, ale s delším provozem se postupně začínají projevovat skryté slabiny solárních modulů. Efekt hot spotu, na první pohled nenápadný problém, může v důsledku částečného zastínění nebo drobných poškození vést k přehřívání modulů, popálení a dokonce i ke zničení celého panelu. Efekt PID (Potential Induced Degradation) je ještě závažnější v oblastech s vysokou teplotou a vlhkostí – výkon může klesnout o více než 30 %, což má přímý dopad na návratnost investice.
Jak tyto jevy včas odhalit? A jak jim vědecky předcházet? Tento článek představuje mechanismus vzniku efektu hot spot a PID, klíčové metody detekce, způsoby opravy a preventivní opatření. Na základě příkladů z praxe pomůže firmám dosáhnout dlouhodobě stabilní výroby elektřiny.
Mechanismus vzniku hot spotu a efektu PID u fotovoltaických modulů
1. Efekt hot spotu: Malý problém, který může způsobit velké škody
Efekt hot spot není žádná vzdálená technologická porucha – často začíná nenápadně: stačí suchý list nebo ptačí trus na panelu, a jedna buňka může začít pracovat obráceně, přehřívat se, až se nakonec na modulu objeví stopy spálení nebo dojde k poškození celé stringy.
Ve většině střešních nebo menších pozemních systémů jsou moduly zapojeny sériově. Pokud jedna buňka selže, ostatní musí „nést“ proud za ni. Pokud je v buňce mikroprasklina, výrobní vada nebo odchylka ve výkonu, stává se úzkým hrdlem, ve kterém se elektrická energie mění v teplo – to je právě hot spot.
Situace je ještě nebezpečnější, pokud nejsou správně nastaveny nebo došlo k poškození bypass diod: abnormální proud se nemůže vyhnout poškozené oblasti a teplo se dále hromadí. Tento proces je často tichý, ale v letních vedrech nebo na střechách se špatným větráním může rychle eskalovat a významně zkrátit životnost modulů.
V Evropě nejsou hot spoty výjimečné. Zejména na šikmých střechách v městské zástavbě, kde padají listy nebo chybí ventilace, se bez pravidelného čištění a inspekcí mohou stopy po hot spotu objevit už ve 2. až 3. roce provozu – a tyto ztráty často nebývají zahrnuty v původním projektovém posouzení.
2. Efekt PID: Neviditelné, chronické zhoršení výkonu
Na rozdíl od efektu hot spot, který se projevuje viditelným zahříváním, je efekt PID (Potential Induced Degradation) tichým, ale chronickým poškozením. Objevuje se nenápadně v prostředí s vysokou teplotou, vlhkostí a napětím, obzvlášť u systémů bez optimalizovaného uzemnění nebo bez použití materiálů odolných vůči PID. U takových systémů se může již do tří let objevit výrazné snížení výkonu.
Podstatou PID je migrace náboje v důsledku rozdílu potenciálu uvnitř modulu, což vede k postupnému selhání pasivační vrstvy na povrchu solárních článků. Je to, jako by se tenká ochranná vrstva začala odlupovat – i při silném slunečním záření pak modul nedokáže generovat dostatečný proud.
Faktorů, které PID spouštějí, je mnoho. Nejtypičtější je nevhodné uzemnění v návrhu systému – pokud u P-typových modulů chybí záporné uzemnění, vzniká mezi rámem a článkem vysoký rozdíl potenciálu. Přidáme-li mořský vzduch, vysokou vlhkost a intenzivní letní sluneční svit, dochází v zapouzdřovacích materiálech k úniku proudu a zrychlenému stárnutí.
Kromě toho jsou moduly s běžnou EVA fólií nebo sodnovápenatým sklem vůči PID citlivější. Články typu P jsou přirozeně náchylnější k tomuto jevu, a pokud se navíc vyskytnou nerovnoměrné odpory nebo nestabilní antireflexní vrstva, je degradaci téměř nemožné zabránit.
Jak přesně detekovat hot spot a efekt PID?
Včasné odhalení a řešení problémů je klíčové pro omezení dlouhodobých ztrát ve fotovoltaickém systému. Hot spoty a efekt PID se nemusí projevit okamžitým poklesem výroby – s použitím správných detekčních metod lze tyto jevy identifikovat již v raných, „neviditelných“ fázích. Níže uvádíme tři nejběžnější a zároveň nejúčinnější metody detekce.
1. Termografie v infračerveném spektru: Rychlá lokalizace horkých míst
Nejzřetelnějším projevem hot spotu je nárůst teploty, a proto je nejpřímější metodou detekce použití termokamery. Technik může za slunečného poledne skenovat řadu po řadě – pokud se objeví oblast s teplotou alespoň o 10 °C vyšší než okolí, je třeba zvýšit pozornost.
Tato metoda umožňuje rychlou identifikaci problémů bez nutnosti demontáže modulů a zároveň přesně lokalizuje rizikové faktory, jako jsou stínění, mikropraskliny nebo nerovnoměrný proud. U střešních projektů a složitých konstrukcí je termokamera téměř povinnou součástí každé inspekce.
2. Test IV křivky: Diagnostická zpráva o výkonu modulu
IV křivka (napětí–proud) odráží reálný provozní stav modulu a je běžným nástrojem při diagnostice PID. Pokud je modul postižen PID, křivka vykazuje menší sklon, posunutý bod maximálního výkonu a často výrazně nižší faktor plnění (FF).
Pomocí přenosných měřicích zařízení lze sbírat data jednotlivých stringů v různých časech a vytvořit srovnávací grafy, které pomohou odhalit trendy degradace. Oproti termografii je tato metoda vhodnější pro podrobnou analýzu v pokročilejších fázích problému.
3. Detekce pomocí elektroluminiscence (EL): Odhalení skrytých mikroprasklin a degradace
Test elektroluminiscence (EL) se používá ke zjištění mikrotrhlin a lokální degradace. Moduly se umístí do tmavého prostoru, kde jsou stimulovány elektrickým proudem a následně vyzařují světlo – to umožňuje zobrazit vnitřní strukturální změny.
Zejména u oblastí zasažených PID efektem – tzv. „tmavých skvrn“ – lze pomocí porovnání EL snímků před a po zjistit, které články ztratily pasivační vrstvu nebo vykazují pokles výkonu. Doporučuje se provést tuto kontrolu jednou na začátku provozu a podruhé ve třetím roce provozu, aby bylo možné zachytit známky rané degradace.
Od výskytu anomálií přes ztrátu výkonu až po potvrzení PID efektu – celý proces detekce má jasně danou logiku. Následující schéma shrnuje typické kroky detekce PID:
Případová studie
U střešního projektu o výkonu 2,4 MW na Sicílii došlo po dvou letech provozu k neobvykle rychlému poklesu účinnosti modulů. Detekce pomocí EL odhalila rozsáhlé tmavé oblasti na okrajových modulech – jako hlavní příčina byla potvrzena degradace způsobená PID. U některých modulů poklesl výkon o více než 25 %. Po výměně poškozených modulů a úpravě systému uzemnění se očekává, že během následujících tří let se předejde ztrátám přesahujícím 40 000 €.
Srovnání vlivu PID a horkých skvrn na evropském trhu
Rychlý zásah při poruchách modulů
Pokud již hot spoty nebo efekt PID ovlivňují výkon systému, je klíčové provést rychlý a úrovňově přizpůsobený zásah, aby se předešlo dalším ztrátám. Následující opatření se doporučují u systémů, kde se objevily znatelné výkonnostní poklesy nebo známky tepelné nestability.
1. Postup při výskytu hot spotů
- Mírné hot spoty (teplotní rozdíl do 10 °C): Dotčené moduly lze přesunout na konec stringu, aby se snížil jejich pracovní proud a prodloužila životnost.
- Závažné hot spoty (zbarvení EVA fólie, popáleniny na zadní straně): Doporučuje se okamžitá výměna modulu, aby se předešlo riziku požáru nebo elektrickým závadám při dlouhodobém provozu.
- Odstranění zdrojů zastínění: Stromy, sníh, trus ptáků či prach je nutné pravidelně odstraňovat. Doporučuje se rovněž upravit sklon konstrukce, aby se minimalizovala rizika stínění.
2. Nouzová oprava PID poruchy
- Obnova pomocí inverzního elektrického pole: U mírného PID efektu lze aplikovat noční napětí +800 V až +1000 V opačného směru, čímž lze během 24–48 hodin obnovit více než 90 % výkonu většiny modulů.
- Výměna modulů ve vysoce rizikových oblastech: Pokud nelze poškození opravit nebo výkon prudce klesá, doporučuje se nahradit dané moduly produkty s certifikací PID-Free, aby se neohrozila výkonnost celé stringy.
- Kontrola elektrické struktury systému: Je důležité zkontrolovat uzemnění, stárnutí izolace a oxidaci konektorů, aby se předešlo opakovanému výskytu poruch.
Od návrhu po údržbu: klíčové kroky prevence hot spotů a PID
Efektivní kontrola hot spotů a efektu PID spočívá v uzavřeném řízení celého procesu – od výběru modulů, přes návrh systému až po každodenní údržbu. U evropských projektů v teplém, vlhkém nebo stíněném prostředí je nezbytné předem identifikovat rizikové body.
1. Optimalizace výběru modulů a zapouzdřovacích materiálů
Jádrem problémů spojených s PID a hot spoty je odolnost modulů vůči povětrnostním vlivům, elektrická konzistence a konstrukce zapouzdření. Již ve fázi výběru by měly být rizikové faktory důsledně řízeny:
- Upřednostňovat moduly s certifikací PID-Free a zaručenou vysokou izolační schopností a nízkou propustností vlhkosti (EVA, backsheet, sklo). V teplém a vlhkém prostředí se doporučují skleněné nebo N-typové moduly.
- Zajistit, aby se do výroby nedostaly články s mikrotrhlinami nebo nevyrovnanými elektrickými parametry – lze použít třídicí testy a kontrolu pomocí elektroluminiscence.
- Pro instalace s častým zastíněním nebo složitými podmínkami (např. šikmé střechy, zakřivené fasády) lze použít IBC moduly. Například mřížkově volné IBC moduly od Maysun Solar vykazují výborný výkon ve stínu i při nízké intenzitě světla a jsou vhodné pro obytné i komerční aplikace.
2. Optimalizace uzemnění a instalační struktury
- Pomocí softwaru jako PVsyst lze modelovat zastínění, optimalizovat rozestupy a sklon modulů a tak předejít vzniku hot spotů v důsledku fixního nebo sezónního zastínění.
- Správný návrh uzemnění je klíčový: u P-typových modulů se doporučuje záporné uzemnění, u N-typových kladné. Tím se snižuje rozdíl potenciálu mezi rámem a článkem a předchází se PID efektu.
3. Posílení provozní údržby a pravidelných kontrol
- Pravidelně čistit povrch modulů od prachu, ptačího trusu a dalších nečistot. V oblastech se zvýšeným výskytem prachu se doporučuje měsíční čištění, ve vlhkých přímořských oblastech alespoň čtvrtletně, spolu s kontrolou možných nových stínění.
- Používat termokamery pro rychlou detekci horkých míst a EL snímkování pro včasné odhalení potenciálních hot spotů, mikrotrhlin a PID. Doporučuje se celoplošná kontrola elektrárny jednou ročně a vedení záznamů o údržbě.
4. Školení uživatelů a zvýšení povědomí
Zvyšovat povědomí uživatelů o hot spotech a PID efektu prostřednictvím pravidelných online školení a technických seminářů. Sdílení reálných případů a doporučených zásahů pomáhá údržbovým týmům lépe rozpoznávat rizika a efektivněji reagovat.
Pro uživatele plánující projekty v přímořských nebo teplých a vlhkých oblastech je výběr modulů s konstrukcí odolnou vůči PID naprosto zásadní. Produkty IBC od společnosti Maysun Solar již úspěšně fungují v několika evropských projektech a vykazují vynikající výsledky.
Závěr
V evropských fotovoltaických systémech nejsou efekty hot spot a PID většinou náhlé poruchy, ale „chronické problémy“, které se potichu hromadí již od počáteční fáze projektu a nakonec významně ovlivňují výnosy z výroby.
Ačkoli příčiny těchto jevů mohou být různé, v jádru vždy ukazují na jedno společné slabé místo – nedostatečné vyvážení návrhu systému a kontroly kvality ve fázi přípravy.
Chceme-li minimalizovat ztráty, je třeba nejen důsledně dohlížet na kvalitu při nákupu zařízení a konfiguraci systému, ale také vytvořit mechanismus včasného rozpoznání a reakce v průběhu celého provozního cyklu.
Do budoucna přispěje k vyšší stabilitě a návratnosti investic širší využívání materiálů odolných vůči PID, rozvoj technologií bez čelní mřížky a nasazení inteligentních diagnostických nástrojů.
Od roku 2008 se Maysun Solar věnuje výrobě vysoce kvalitních fotovoltaických modulů. Naše nabídka solárních panelů, včetně IBC, HJT, TOPCon a balkonových solárních elektráren, je vyráběna s využitím pokročilé technologie a nabízí vynikající výkon a garantovanou kvalitu. Maysun Solar úspěšně založil kanceláře a sklady v mnoha zemích a navázal dlouhodobá partnerství s nejlepšími instalačními firmami! Pro nejnovější cenové nabídky na solární panely nebo jakékoli dotazy ohledně fotovoltaiky nás kontaktujte. Jsme odhodláni vám sloužit a naše produkty nabízejí zaručenou spolehlivost.
Reference
MDPI Sensors – L. Wang, H. Li, Y. Zhao et al., „Komplexní hodnocení degradace způsobené hot spoty a efektem PID u krystalických křemíkových fotovoltaických modulů pomocí infračervené termografie a elektroluminiscence“, Sensors 23(21), 8780 (2023)
https://www.mdpi.com/1424-8220/23/21/8780
OFweek Solar – „Analýza degradace FV modulů: hot spoty, PID a stárnutí“ (06-01-2022)
http://www.ofweek.com/solar/article-2022-01/ART-310079
ASTM International – ASTM E2481-12 „Standardní testovací metoda pro zkoušení ochrany FV modulů proti hot spotům“ https://www.astm.org/e2481-12r18.html
PVsyst SA – „Uživatelská příručka PVsyst“ (nejnovější vydání)
https://www.pvsyst.com/
Může se vám také líbit: