Úvod:
Účinnost solárních panelů dosáhla dosud nevídaných úrovní, avšak postupné snižování elektrického výkonu, který mohou generovat, zůstává nevyhnutelné. Prémiové solární panely podléhají degradaci v průměrném tempu přibližně 0,4 % ročně, což vede k poklesu přibližně o 12-15 % výkonu do konce jejich životnosti 25-30 let.
Nicméně, jaké faktory přispívají k degradaci solárních panelů? Co ovlivňuje tempo, kterým solární panely degradují, a existují strategie pro prodloužení jejich životnosti, čímž se zabrání jejich předčasné likvidaci jako odpadu? Následující obsah odpoví na tyto otázky podrobně.
Obsah:
- LID a doporučení pro minimalizaci dopadu LID
- PID a doporučení pro minimalizaci dopadu PID
- Přirozené stárnutí solárních panelů a návrhy
- Mikrotrhliny a horké body solárních panelů a návrhy
Degradace solárního panelu zahrnuje LID, PID, přirozenou degradaci, mikrotrhliny a efekt horkých bodů. Jak solární panely samy o sobě stárnou, složky přirozeně stárnou a stávají se méně účinnými. Hlavní příčinou degradace solárních panelů je přirozené opotřebení, které nastává v průběhu času v důsledku expozice UV záření a nepříznivých povětrnostních podmínek. Míra degradace je obvykle pokryta zárukou na výkon panelu. Kromě toho může působení slunečního světla způsobit LID, vysoký tlak, vysokou teplotu a zvýšenou vlhkost mohou způsobit PID, nesprávné zacházení a montáž solárních panelů mohou vést k vytvoření mikrotrhlin, a zakrytí montážního místa může způsobit efekt horkých bodů. Podrobně se do toho ponoříme níže.
LID (Degradace způsobená světlem)
LID (Degradace způsobená světlem) má různé formy mechanické a chemické degradace, které vycházejí z expozice panelu světlu, a zahrnují: BO-LID, LeTID a UVID. Slouží jako klíčový spolehlivostní parametr v oblasti fotovoltaických modulů a zahrnuje především tři odlišné kategorie: degradaci světlem indukovanou sloučeninou boru-kyslík (BO-LID), degradaci světlem a zvýšenou teplotou (LeTID) a degradaci pasivace povrchu indukovanou ultrafialovým zářením (UVID).
BO-LID (Degradace světlem indukovaná sloučeninou boru-kyslík)
BO-LID, neboli degradace světlem indukovaná sloučeninou boru-kyslík, je klíčovým aspektem výkonu solárního panelu. V oblasti LID (Degradace způsobená světlem) vyniká BO-LID jako hlavní přispěvatel k degradaci způsobené světlem pozorované u krystalických křemíkových článků. Když jsou fotovoltaické moduly poprvé vystaveny slunečnímu světlu, BO-LID rychle začíná působit, způsobující rychlý pokles hodnoceného výkonu (Wp) panelů. Tento počáteční pokles, obvykle se pohybující od 2 % do 3 %, nastává během několika málo stovek hodin provozu, s největším dopadem obvykle pozorovatelným během prvního roku používání.
Podstatným aspektem BO-LID je, že často dosahuje bodu saturace relativně rychle, obvykle během dnů nebo týdnů. Povzbudivou zprávou je, že minimalizace nebo dokonce odstranění účinků BO-LID je možné. To lze dosáhnout strategiemi, jako je modifikace dotovacích látek, jako je například přidání gallia, nebo zlepšení technik pasivace. Tyto opatření hrají klíčovou roli při udržování dlouhodobého výkonu a účinnosti solárních panelů.
Po této počáteční fázi stabilizace dochází k výraznému poklesu míry LID, která dosahuje úrovní až 0,3 % až 0,5 % ročně po následujících 25 letech a více. Je třeba poznamenat, že výkonné moduly od společnosti Maysun Solar, jako je IBC, mohou vykazovat míry LID až 0,4 % ročně. Tato vynikající výkonnost je dána osvědčenými výrobními postupy a vysokou kvalitou materiálů.
Naštěstí většina výrobců obvykle mírně přehodnocuje hodnocení výkonu panelu až o 5 %. Tato rezerva zohledňuje drobné nerovnováhy mezi buňkami a vyvažuje některý z počátečních degradačních jevů, čímž zajistí přesnost hodnoceného výkonu panelu (Wp). Na příklad, panel s výkonem 350 W může původně produkovat až o 5 % více energie, což může být krátkodobě až 368 W. Nicméně, tato malá nadprodukce je obvykle krátkodobá a může zůstat nepostřehnutelná, pokud panely pracují za ideálních (STC) podmínek. Záruka výkonu výrobce podrobně stanovuje míru LID a očekávaný pokles výkonu během 25leté záruční doby.
UVID (Degradace způsobená UV zářením):
UVID se týká potenciálního zhoršení výkonu solárních modulů po prodloužené expozici ultravioletovému záření. Počáteční expozice slunečnímu světlu způsobuje, že krystalický oxid křemíku na povrchu panelu vytvoří vrstvu oxidu boritého, což snižuje jeho účinnost. Tato degradace je především spojena s materiály používanými v solárních článcích, zejména s těmi souvisejícími s fotoelektrickou konverzí. Dlouhodobá expozice UV záření může způsobit chemické reakce nebo rozklad materiálu v buňkách, což vede ke snížení výkonnosti. To se často projevuje jako snížená účinnost a výstupní výkon. K řešení účinků UVID se výrobci obvykle rozhodují pro materiály s vysokou stabilitou vůči UV záření, zlepšují obalové materiály modulu pro lepší ochranu a podrobují moduly testům expozice UV k posouzení jejich odolnosti.
LeTID (Degradace indukovaná světlem a zvýšenou teplotou):
LeTID (Degradace indukovaná světlem a zvýšenou teplotou): LeTID představuje pokles výkonu indukovaný zvýšenými teplotami, především spojený s materiály a nedokonalostmi ve slunečních článcích. Při vystavení vysokým teplotám a záření se defekty v buňce mohou množit, což způsobuje rekombinaci náboje a zvýšený odpor, což vede ke snížení výkonu buňky. LeTID připomíná LID v některých ohledech; nicméně ztráty připisované LeTID byly zdokumentovány až na úroveň 6 % během prvního roku. Pokud nejsou výrobci dostatečně řešeni, může to vést k neoptimálnímu výkonu a potenciálně i k reklamaci v rámci záruky.
Efekty LeTID jsou obvykle patrné během provozu modulu v reálném světě, spíše než za laboratorních podmínek. K odstranění efektů LeTID výrobci často zlepšují výběr materiálů, zdokonalují výrobní postupy, provádějí hodnocení termální stability a zkoumají výkon buňky při zvýšených teplotách, aby zajistili konzistentní výkon modulu.
Návrh:
Výběr panelů: Investujte do panelů s vysokou čistotou substrátů N-typu křemíkových článků pro nižší míru LID. Solární panely od společnosti Maysun Solar s technologií HJT jsou skvělou volbou! Články HJT jsou imunní vůči efektu LID, protože substrát je obvykle N-typ monokrystalického křemíku, který je fosforově dotován a neobsahuje sloučeniny boru-kyslík, boru-železo atd., které se nacházejí v P-typu krystalického křemíku. Solární moduly HJT mají degradaci po dobu 30 let maximálně 12,6 %, což vede k stabilnějšímu generování energie po celou dobu života solárního modulu. Mají vysokou flexibilitu, vysokou účinnost článků, vysokou bifaciální úroveň a nízkou degradaci.
Přehodnocení: Panely často mají přídavný výkon k kompenzaci začáteční degradace.
UV stabilita: Výrobci by měli podrobit moduly testům expozice UV k zajištění odolnosti.
PID (Potenciálově indukovaná degradace)
Potenciálově indukovaná degradace, známá také jako PID, je typ degradace solárních panelů, který se obvykle začíná projevovat po 4 až 10 letech používání. Vzniká v důsledku faktorů, jako jsou vysoké napětí, zvýšené teploty a zvýšená vlhkost. V podstatě PID zahrnuje únik napětí z solárních článků do rámu solárního panelu, což vede ke snížení výkonu. Bohužel tento problém nemusí být okamžitě patrný, ale má tendenci se postupně zhoršovat. Diagnostika PID může být obtížná bez použití specializovaných testerů IV křivek a odpovídajícího školení. Nicméně jeden časný indikátor může být neobvykle nízké napětí nebo proud na řetězu. Další informace o diagnostice problémů s PID najdete v našem blogu.
Většina solárních panelů na střeše domů pracuje v rozsahu 300 až 600 voltů, a PID je výraznější při použití vyšších napěťových řetězců. Proto čím více panelů je připojeno v řetězci, tím je vyšší pravděpodobnost výskytu PID. Naopak velké solární farmy často fungují v rozsahu 1000 až 1500 voltů, což výrazně zvyšuje riziko PID. Naštěstí některé pokročilé velkoformátové solární měniče mohou případné efekty PID kompenzovat tím, že přes noc provádějí velmi malý reverzní proud.
V případech, kdy jsou problémy s PID opomíjeny po dobu 10 let nebo déle, může dojít k vážnému ovlivnění výkonu, což vede k potenciálním ztrátám až 50 %. Nicméně mnoho předních výrobců solárních panelů výrazně omezuje riziko PID použitím kvalitních materiálů a podrobením svých produktů přísným testům. Přesto zůstává PID stále aktuálním problémem, jak zdůrazňují nejnovější výsledky testů nezávislé instituce PVEL.
Návrh:
Díky rozsáhlým výzkumům a dlouhodobým experimentům identifikoval tým odborníků společnosti Maysun účinné přístupy k omezení potenciálově indukované degradace (PID). Tyto klíčové metody zahrnují zejména:
- Zemnění záporného pólu sériových komponentů nebo použití kladného napětí mezi modulem a zemí, zejména v večerních hodinách.
- Zlepšení odolnosti a kvality EVA fólie při optimalizaci procesu zakapsulování.
- Provádění úprav emitoru buňky a vrstvy proti odrazu ze dusíkového oxidu křemičitého (SiN).
Inovativní solární článek HJT od společnosti Maysun se pyšní vynikající anti-PID výkonem. To je připisováno tenké vrstvě TCO (Transparentní Vodivý Oxid), která má vodivé vlastnosti, jež efektivně brání polarizaci náboje na povrchu. Tato pokročilá technologie tak strukturálně minimalizuje rizika spojená s degradací PID.
Degradace solárních panelů v důsledku přirozeného stárnutí
Kromě dobře známých efektů PID a LID mohou solární panely čelit ještě závažnějším problémům vyplývajícím ze zhoršení obalovacích a ochranných vrstev, které mají chránit buňky před environmentálními vlivy. Jedním z nejrozšířenějších problémů je selhání zadní vrstvy. Zatímco přední skleněný plech poskytuje ochranu před deštěm, krupobitím, nečistotami a troskami, bílý nebo černý plastový zadní plech slouží k ochraně zadní strany článků před vodou, vlhkostí a otěry. Nicméně nedostatečný výběr materiálů a neadekvátní kontrolní opatření mohou vést k rozkladu, praskání nebo degradaci buď obalu nebo zadní ochranné vrstvy v důsledku UV záření. Toto zhoršení může následně vést k závažnějším problémům, jako jsou pronikání vlhkosti, koroze a elektrický únik. S časem může dojít ke snížení výkonu a tím k menší výrobě energie. Zde analyzujeme hlavní faktory ovlivňující odolnost těchto panelů:
Zbarvení obalu:
Expozice dlouhodobému UV záření může způsobit zbarvení materiálu obalu ve solárních panelech. To ovlivňuje nejen estetiku panelů, ale také narušuje jejich schopnost absorbovat světlo. Obal má za úkol chránit citlivé solární články před vnějšími vlivy, a když se zbarví, brání průchodu světla k článkům, což snižuje celkovou účinnost přeměny energie panelů. Pro zmírnění tohoto jevu se používají vysoce kvalitní obaly odolné vůči UV záření, a pravidelné čištění a údržba mohou pomoci prodloužit jejich životnost.
Obvykle slouží jako obalovací materiály EVA (ethylen-vinylacetát), POE (polyethylen) a EPE (EVA+POE+EVA) k ochraně solárních článků před vnějšími environmentálními faktory. Tyto obalovací materiály obvykle udržují svou integritu po dobu přibližně 25-30 let. Mezi nimi, i když se EVA používá široce kvůli své nízké ceně a snadné zpracovatelnosti, jeho nedostatky jsou objevovány stále více lidmi. V dnešní době se stále více používá POE a EPE, protože i když jsou tyto dva materiály nákladné a obtížné na výrobu, mají vynikající odolnost proti PID, vysoký objemový odpor, vysokou bariéru proti vodní páře, stabilní a spolehlivou odolnost proti nízkým teplotám a žloutnutí.
Degradace zadní vrstvy:
Zadní vrstvy jsou obvykle vyrobeny z materiálů jako je polyvinylfluorid (Tedlar) nebo polyester (PET) k ochraně zadní strany solárních článků proti vlhkosti a dalším environmentálním vlivům. Životnost zadní vrstvy obvykle souhlasí s očekávanou životností solárních panelů, kolem 25-30 let. S časem, zejména v oblastech s vysokými teplotami a vlhkostí, může odolnost zadní vrstvy proti vlhkosti klesnout. Toto zhoršení zvyšuje riziko hydrolyzy obalu, což může vést ke korozi článků. Zadní vrstva je klíčovou součástí solárních panelů, protože poskytuje ochranu proti environmentálním faktorů
Zadní vrstvy, které splňují požadavky modulů s buňkami PERC, jsou vybírány na základě toho, zda se jedná o N-typ nebo N-typ TOPCon. Aby odpovídaly požadavkům na nízký přenos vodní páry (≤0,15 gramů na čtvereční metr), je vybrán konkrétní typ zadní vrstvy. Obvykle se volba týká kombinace EVA fólie s POE a EPE, přičemž se dává přednost procesu s dvojitým sklem. Nicméně pro buňky HJT s vyššími požadavky na propustnost světla standardní zadní vrstvy nemusí postačovat, což vede k volbě modulů s dvojitým sklem a nulovým přenosem vodní páry.
V případech, kdy se jedná o technologie N-typ TOPCon a HJT, existuje také možnost zvážit zadní vrstvy s obsahem hliníkové fólie (PAPF), i když se tyto používají v omezeném množství. Je důležité si být vědom toho, že takové volby přinášejí potenciální rizika úniku a mohou chybět komplexní ověření.
Úbytek účinnosti solárních článků:
Solární články jsou obvykle vyrobeny z monokrystalického křemíku, polykrystalického křemíku nebo jiných polovodičových materiálů. Jsou to klíčová součást solárních panelů a mohou efektivně fungovat několik desetiletí. Většina výrobců nabízí záruku na výkon po dobu nejméně 25 let. Nepřetržitý provoz za obtížných environmentálních podmínek může způsobit změny v materiálových vlastnostech solárních článků, což vede ke snížení účinnosti a výkonu. Solární články jsou srdcem každého solárního panelu, a jejich optimální výkon je nezbytný pro výrobu energie. K odvrácení úbytku účinnosti článků výrobci neustále zdokonalují technologie článků. Některé pokročilé panely jsou navrženy s materiály, které jsou méně náchylné k degradaci, jako je vysoce čistý křemík. Správná údržba, včetně udržování panelů čistých a bez stínu, může také pomoci udržet účinnost článků.
Sklo: Sklo pokrývá solární články, poskytující ochranu proti environmentálním poškozením a konstrukční podporu. Sklo běžně používané ve solárních panelech je buď částečně temperované nebo plně temperované, s typickou životností odpovídající solárním panelům, přibližně 25-30 let. Jednovrstvé solární panely používají plně temperované sklo o tloušťce 3,2 mm, solární panely s dvěma vrstvami skla používají částečně temperované sklo o tloušťce 2,0 mm nebo částečně temperované sklo o tloušťce 1,6 mm.
Jednovrstvé solární panely často používají plně temperované sklo, protože plně temperované sklo má vysokou mechanickou pevnost proti nárazu a je odolné vůči vysokým a nízkým teplotám. Avšak, ačkoli plně temperované sklo vykazuje vysokou odolnost vůči nárazu, není vhodné pro použití ve dvouvrstvých solárních panelech. To je způsobeno tím, že plně temperované sklo má špatnou plochost, vysoké napětí a není příznivé pro výrobní proces laminace solárních modulů, což vede k nízkým výtěžkům. Použití částečně temperovaného skla výrazně snižuje výskyt těchto problémů. Ačkoliv částečně temperované sklo může mít nižší odolnost vůči nárazu a tepelnou odolnost, nabízí vynikající plochost, nízké napětí a pyšní se vysokými výtěžky.
Pokud chceme nainstalovat solární panely, musíme dbát na správnou metodu instalace, pravidelnou kontrolu a údržbu, rozumné a bezpečné umístění, ale také je třeba vybírat vysokokvalitní solární panely. Například solární panely IBC od společnosti Maysun mají záruku na výkon i kvalitu produktu na 25 let. Zaručují pouze 1,5% úbytek účinnosti v prvním roce a následně pouhý 0,4% roční lineární úbytek, což zajišťuje konzistentní přínosy pro uživatele po celou dobu životnosti panelu.
Microtrhlinky a Teplé Skvrny
Microtrhlinky se mohou časem vytvářet, což vede k vzniku teplých skvrn ve slunečních panelech. Tyto problémy mohou být způsobeny nedbalostí při instalaci, extrémními náklady větru nebo poškozením při přepravě. Teplé skvrny jsou oblasti, kde se generuje nadměrné teplo, což může způsobit potenciální poškození panelů.
Microtrhlinky
Většina moderních solárních panelů je postavena pomocí posloupnosti solárních článků složených z ultra-tenkých krystalických křemíkových plíšků. Tyto plíšky obvykle měří kolem 0,16 mm na tloušťku, což je přibližně dvojnásobek šířky lidského vlasu. Přirozeně jsou jak plíšky, tak články poměrně křehké a náchylné k praskání nebo lámání, když jsou vystaveny vysokým mechanickým tlakům, jako je nedbalost při instalaci, extrémní náklady větru nebo velký krupobití. Je důležité zmínit, že ne všechny články jsou křehké; vysokovýkonné IBC články od renomovaných značek jsou díky rozsáhlé síti zadních kontaktů výrazně odolnější. Moderní panely často zahrnují funkce jako jsou čtvrťově rozřezané články, které jsou odolnější vůči microtrhlým a teplým skvrnám, a střešní konfigurace, které rovnoměrněji rozloží tepelné zatížení.
Jakékoli neobvyklé zatížení nebo stresy, jako je chůze jednotlivců po solárních panelech během instalace nebo údržby, mohou generovat mikrotrhlinky, které se mohou časem vyvinout v teplé skvrny a nakonec způsobit selhání panelu. Mikrotrhlinky se mohou také vytvořit během přepravy kvůli nárazům, pádu nebo hrubé manipulaci.
Detekce mikrotrhlinek může být obtížná a často jsou na začátku nepostřehnutelné. Na starších panelech mohou být malé trhliny ve slunečních článcích viditelné, připomínající stopu slimáka na povrchu článku. Tyto trhliny obvykle nepředstavují zásadní problém a panel může nadále dobře fungovat po mnoho let, i když má několik prasklých článků. Avšak mikrotrhlinky se mohou stát vážnějším problémem, protože zvyšují vnitřní odpor a přerušují proud, což vede k vytvoření teplé skvrny nebo teplého článku. To je zejména problematické, pokud je mikrotrhlina rozsáhlá nebo pokrývá celý článek.
Naštěstí většina současných solárních panelů nyní zahrnuje čtvrťově rozřezané články s několika sběrači, což výrazně snižuje nepříznivé účinky mikrotrhlin. Navíc jsou střešní solární panely obecně imunní vůči mikrotrhlinám díky své charakteristické překrývající se konfiguraci.