Obsah
- LID a doporučení pro minimalizaci jeho dopadů
- PID a doporučení pro minimalizaci jeho dopadů
- Přirozené stárnutí fotovoltaických modulů a doporučení
- Mikrotrhliny a efekt horkých bodů a doporučená opatření
U fotovoltaických modulů během provozu nevyhnutelně dochází k poklesu výkonu, který se obvykle dělí na počáteční a dlouhodobou degradaci. Mezi běžné typy patří světlem indukovaná degradace (LID), degradace vyvolaná napětím (PID), efekt horkých bodů, mikrotrhliny a stárnutí materiálů. Tyto mechanismy degradace úzce souvisejí s dopingem materiálů, napěťovým zatížením, environmentálními podmínkami a strukturou zapouzdření. Pokud nejsou pod kontrolou, mají přímý dopad na dlouhodobý výkon systému a návratnost investice.
Současné hlavní technologie typu N (např. TOPCon, HJT, IBC) díky optimalizaci materiálů a výrobních procesů stabilizovaly průměrnou roční míru degradace na úrovni 0,35 %–0,4 %, což je lepší než u tradičních modulů PERC. Abychom uživatelům pomohli identifikovat rizika, optimalizovat výběr a konfiguraci, tato publikace analyzuje výše uvedené mechanismy s ohledem na jejich vznik, technologické rozdíly a doporučená opatření, a tím podporuje podniky při budování stabilních a spolehlivých fotovoltaických systémů.
LID a doporučení pro minimalizaci jeho dopadů
Degradace způsobená světlem se označuje jako LID. LID (Light-Induced Degradation) je počáteční degradace vyvolaná osvětlením, která se vyskytuje především u P-typových křemíkových článků. Podle mechanismu vzniku se dělí na tři typy: degradaci způsobenou bor-kyslíkovými komplexy (BO-LID), degradaci způsobenou světlem a vysokou teplotou (LeTID) a degradaci pasivace způsobenou ultrafialovým zářením (UVID).
1. BO-LID (degradace způsobená bor-kyslíkovými komplexy)
BO-LID je běžný počáteční degradační mechanismus u P-typových křemíkových modulů po prvním osvětlení, způsobený tvorbou bor-kyslíkových komplexů v bor-dopovaném křemíku. Tento proces obvykle nastává během několika hodin až dní po spuštění systému a může způsobit pokles výkonu o 2 %–5 %, v závislosti na obsahu kyslíku v destičce a struktuře článku.
Reakce BO-LID probíhá rychle a během krátké doby se nasycuje. Nahrazení boru galliem nebo použití křemíkových destiček s nízkým obsahem kyslíku může tento jev výrazně omezit; také provedení světelného žíhání ve výrobní fázi napomáhá stabilizaci výkonu v počáteční fázi po dodání.
Po počáteční stabilizaci přechází LID do lineární fáze degradace ovlivněné stárnutím materiálu, s roční mírou degradace obvykle udržovanou mezi 0,35 % a 0,4 %. Vysoce kvalitní moduly s N-typovými destičkami (např. TOPCon, IBC, HJT) díky absenci bor-kyslíkových komplexů nejsou postiženy LID, a vyznačují se vyšší počáteční výkonovou stabilitou a dlouhodobou spolehlivostí.
Navíc, aby se zvýšil jmenovitý výkon a kompenzovala počáteční degradace, někteří výrobci nastavují přibližně +5% výkonovou toleranci. Tato rezerva však platí pouze při standardních testovacích podmínkách (STC) a má omezený vliv na dlouhodobý provozní výkon – schopnost kontroly LID zůstává důležitým ukazatelem kvality modulu.
2. UVID (degradace způsobená ultrafialovým zářením)
Při dlouhodobém vystavení ultrafialovému záření může docházet k degradaci materiálové struktury modulu, což vede k poklesu výkonu – tento jev se označuje jako UVID. V důsledku přítomnosti křemíkových oxidů vzniká na povrchu modulu po počátečním osvětlení vrstva boritého oxidu, která snižuje účinnost. Tato degradace je způsobena především aktivními fotovoltaickými materiály a může být výsledkem chemických reakcí nebo vnitřního poškození materiálu, což vede ke snížení účinnosti a výstupního výkonu.
Aby se riziko UVID snížilo, výrobci obvykle používají UV-odolné materiály s vysokou stabilitou, optimalizují zapouzdřovací vrstvy a provádějí zrychlené testy stárnutí pod UV zářením k ověření odolnosti vůči UV vlivu.
3. LeTID (degradace způsobená světlem a vysokou teplotou)
LeTID je specifická forma degradace, která nastává při silném osvětlení a vysokých teplotách, a je způsobena defekty v materiálu článku. Vysoké teploty a intenzivní záření aktivují vnitřní defekty, zvyšují míru rekombinace nosičů náboje a elektrický odpor, což vede k poklesu výkonu modulu. V některých aspektech se podobá LID, ale LeTID se obvykle projevuje až po 3–12 měsících provozu a může způsobit kumulativní ztrátu výkonu až 4 %–6 %.
Pokud výrobce nepřijme vhodná opatření k omezení tohoto jevu, může se LeTID stát hlavním problémem v rámci záruční doby. Ke snížení rizika by měly firmy provádět testy tepelné stability, optimalizovat výrobní procesy a zlepšovat materiálové vlastnosti, aby zajistily stabilitu výkonu i v prostředí s vysokou teplotou.
Doporučení：
(1) Preferujte technologii typu N
Dlouhodobá degradace výkonu modulů závisí především na typu struktury článku. Články typu N, reprezentované technologiemi TOPCon, HJT a IBC, přirozeně eliminují problém LID (světlem indukované degradace), protože neobsahují bor-kyslíkové komplexy. Díky tomu mají lepší počáteční stabilitu i dlouhodobou spolehlivost. Například technologie HJT vykazuje následující degradaci výkonu:
- v 1. roce pokles výkonu přibližně o 1 %
- od 2. roku průměrný roční pokles cca 0,35 %
- celková degradace za 30 let ≈ 1 % + 29 × 0,35 % = 1 % + 10,15 % = 11,15 %
I při provozu po dobu 30 let lze celkovou degradaci udržet pod 12,6 %, což je vhodné pro komerční a průmyslové projekty s vysokými nároky na stabilitu dlouhodobých výnosů.
(2) Sledujte konstrukci zapouzdření
Ultrafialové záření, pronikání vlhkosti a zežloutnutí materiálů jsou klíčovými faktory urychlujícími degradaci modulů. Je nutné volit moduly s vysokou odolností proti UV záření a dobrou těsností zapouzdření, a zajistit, aby splňovaly testy spolehlivosti vůči UV a vlhkému teplu dle normy IEC 61215.
(3) Pochopte význam výkonové tolerance
Některé moduly mají jmenovitou výkonovou toleranci +3 % až +5 %, která slouží k částečné kompenzaci počáteční degradace. Tento přídavek výkonu se však projevuje pouze za laboratorních podmínek STC a nemůže nahradit skutečnou odolnost proti degradaci během provozu. Při výběru modulů by měla být upřednostněna skutečná měřená data o degradaci a provozní výsledky z reálného prostředí.
Doporučení pro minimalizaci vlivu PID
Degradace způsobená potenciálovou indukcí (PID) je typ stárnutí, který se často objevuje u solárních modulů po 4–10 letech provozu. Její princip spočívá v tom, že mezi článkem a rámem nebo sklem existuje trvalý elektrický potenciálový rozdíl, který v prostředí s vysokou teplotou a vlhkostí usnadňuje migraci nečistot, jako jsou sodné ionty. Tyto nečistoty narušují izolační vrstvy a vedou k poklesu výkonu článků a degradaci výstupního výkonu.
Počáteční fáze PID je obtížně zjistitelná pouhým okem nebo běžným monitoringem. K přesné detekci je třeba využít EL snímkování nebo analýzu IV křivek. Uživatelé bez odborného vybavení mohou sledovat známky jako pokles systémového napětí nebo výrazně snížený proud v řetězci. Pokud se nezasáhne včas, může PID během několika let způsobit kumulativní ztrátu výkonu až 20–50 % a vyvolat spory ohledně záruky.
Většina výrobců dnes používá materiály odolné vůči PID a optimalizované výrobní procesy ke snížení tohoto rizika. Testy třetích stran, například od organizace PVEL, však ukazují, že při vysokém napětí, výrazných teplotních rozdílech a vlhkém horkém prostředí se může efekt PID nadále vyskytovat, zejména u velkých pozemních elektráren.
Při výběru modulů by se proto vývojáři projektů měli zaměřit na následující aspekty:
- Preferovat moduly s certifikací odolnosti vůči PID, například testované podle normy IEC 62804 a s prokázanou stabilitou za podmínek vysoké vlhkosti a tlaku.
- Vyhnout se nadměrnému sériovému zapojení, které zvyšuje systémové napětí; doporučuje se omezit počet modulů podle konfigurace měniče a zůstat v bezpečném napěťovém rozsahu.
- Věnovat pozornost funkci zpětného polarizačního napětí u měničů, která může účinně omezit akumulaci efektu PID; vhodné zejména pro velké pozemní instalace.
- Zaměřit se na dlouhodobá měřená data o degradaci výkonu modulů a preferovat produkty s dlouhodobými daty z nezávislých testů.
Přirozené stárnutí fotovoltaických modulů a doporučení
Kromě známých degradačních mechanismů, jako jsou PID a LID, dochází při dlouhodobém provozu fotovoltaických modulů také k nevratnému poklesu výkonu v důsledku fyzikálního nebo chemického stárnutí zapouzdřovací vrstvy, zadní vrstvy, skla a samotných článků. Zejména ve vysokých teplotách, vlhkosti a silném UV záření dochází k urychlení těchto přirozených procesů stárnutí, které je třeba zohlednit již ve fázi výběru materiálů a návrhu konstrukce.
Stárnutí zapouzdřovací vrstvy
Zapouzdřovací vrstva je dlouhodobě vystavena UV záření, což může vést ke žloutnutí, praskání nebo snížení přilnavosti, čímž se snižuje propustnost světla. Mezi běžně používané materiály patří EVA, POE a třívrstvá kompozice EPE (EVA+POE+EVA):
- EVA je technologicky vyzrálá, ale má průměrnou odolnost vůči stárnutí;
- POE nabízí lepší elektrický odpor a bariéru proti vodní páře;
- EPE kombinuje výhody obou a stává se hlavní volbou pro střední a vyšší třídu modulů.
Stále více modulů používá zapouzdření zcela z POE nebo EPE pro lepší stabilitu a odolnost vůči degradaci v prostředí s vysokou teplotou a vlhkostí.
Degradace zadní vrstvy
Selhání zadní vrstvy je jednou z hlavních příčin degradace ve střední a pozdější fázi provozu, neboť výrazně urychluje pronikání vlhkosti, korozi článků a riziko elektrických ztrát. Mezi běžné materiály zadních vrstev patří PET, TPT (PET s fluorovým povlakem) a PAPF s hliníkovou fólií, přičemž jejich vlastnosti přímo ovlivňují dlouhodobou stabilitu modulu:
- Běžná PET je levná, ale v horkém a vlhkém prostředí snadno podléhá hydrolýze a snižuje těsnost zapouzdření;
- PAPF má dobré bariérové vlastnosti proti vodní páře, ale některé typy mohou mít problém s elektrickým únikem a je třeba je volit opatrně;
- Konstrukce double-glass má skleněnou zadní vrstvu s téměř nulovou propustností vodní páry (0 g/m²·d), výbornou odolností vůči vlhkosti a povětrnostním vlivům – vhodná pro střední a velké projekty s vysokými nároky na stabilitu systému.
Při výběru modulů je důležité dbát i na kompatibilitu mezi zadní vrstvou a typem článku. U článků typu N, jako jsou TOPCon a HJT, jsou vyšší nároky na celistvost zapouzdření a propustnost světla – doporučuje se použití kompozitních zadních vrstev s vysokou bariérou proti vlhkosti a UV záření nebo přímo struktura double-glass.
Snížení výkonu solárních článků
Jako základní jednotka generující výkon určují solární články zásadně výstupní charakteristiku celého modulu. Hlavní produkty mají projektovanou životnost přes 25 let a většina výrobců poskytuje odpovídající záruku.
V extrémních podmínkách (vysoká teplota, vlhkost, silné UV záření) může dojít ke změnám ve struktuře materiálu článku, což vede ke zvýšení rychlosti rekombinace nosičů náboje a následnému poklesu účinnosti a výstupního výkonu. Mezi další projevy stárnutí patří mikroskopické trhliny, odpadávání kovových mřížek a zrychlená degradace – často obtížně detekovatelné v rané fázi, ale později kumulativně způsobující ztráty výnosů.
Pro zlepšení odolnosti článků vůči stárnutí by měli výrobci optimalizovat čistotu křemíku, proces dopování a strukturu elektrod; ve fázi používání se doporučuje udržovat panely čisté, vyhnout se zastínění a provádět pravidelné kontroly, aby se zpomalila degradace výkonu.
Skleněná vrstva: konstrukční opora a ochrana před vlivy prostředí
Skleněná vrstva modulu plní nejen mechanickou oporu a ochranu před vlivy prostředí, ale zároveň je první obrannou linií proti prachu, vodní páře a nárazům, které by mohly poškodit články. Mezi aktuálně používané možnosti patří:
- 3,2mm plně tvrzené sklo: má vysokou odolnost vůči nárazům a teplotní roztažnosti, vhodné pro monoskleněné struktury s vyššími nároky na mechanické zatížení;
- 2,0mm / 1,6mm polotvrzené sklo: má vyšší rovinnost a nižší pnutí, lépe se hodí pro laminaci obou stran, zlepšuje výtěžnost a optickou konzistenci.
Díky sklu na přední i zadní straně mají double-glass moduly přirozeně extrémně nízkou propustnost vodní páry (téměř 0 g/m²·d), což jim zajišťuje vyšší stabilitu a odolnost vůči stárnutí v dlouhodobě vlhkém a horkém prostředí. Jsou tak jednou z preferovaných zapouzdřovacích struktur pro technologie článků typu N. Zejména u HJT modulů, které vyžadují vysokou propustnost světla a stabilitu, má plastová zadní vrstva výrazné nevýhody v oblasti propustnosti vodní páry a optických vlastností – výhody konstrukce double-glass jsou zde ještě výraznější.
Kromě toho má zásadní vliv na odolnost modulu vůči povětrnostním vlivům a dlouhodobou propustnost světla také technologie povrchové úpravy skla a antireflexní úpravy. Je důležité sledovat, zda sklo prošlo testy spolehlivosti včetně tepelných šoků, solné mlhy a abrazivních testů s prachem nebo pískem.
S rostoucím počtem let provozu systému se přirozené stárnutí postupně stává hlavním faktorem poklesu účinnosti. Doporučuje se již při návrhu projektu zohlednit konkrétní podmínky prostředí a zvolit zapouzdřovací strukturu s vysokou stabilitou podloženou reálnými daty, aby byl zajištěn stabilní výnos po celou dobu životnosti systému.
Proč sledovat míru degradace modulů?
I rozdíl pouhých 0,2 % v roční míře degradace může během dlouhodobého provozu způsobit významný rozdíl. Ve srovnání mezi modulem s 1,5% poklesem výkonu v prvním roce a 0,4 % ročně, a běžným modulem s roční degradací 0,5 %, může být rozdíl v celkové výrobě elektřiny za 25 let až 8–10 %. Tento rozdíl má přímý dopad na návratnost investice.
Míra degradace tedy není jen kvalitativní parametr, ale klíčový faktor, který určuje hranici výnosnosti systému.
Mikrotrhliny a efekt horkých bodů a doporučená opatření
Solární panely mohou během provozu vykazovat mikrotrhliny, které následně vedou ke vzniku horkých bodů uvnitř modulu. Tyto problémy zpravidla vznikají při nesprávné manipulaci během instalace, při extrémním zatížení větrem nebo při přepravě. Ačkoli jsou tyto jemné konstrukční defekty zpočátku obtížně zjistitelné, jakmile vzniknou, urychlují stárnutí modulu, snižují výstupní výkon a mohou představovat bezpečnostní riziko.
Mikrotrhliny
Solární články mají zpravidla tloušťku pouze kolem 160 mikrometrů a při vystavení vnějšímu mechanickému působení (např. šlápnutí, náraz, vítr apod.) během instalace nebo přepravy může dojít k neviditelným mikrotrhlinám. Zpočátku tyto drobné trhliny nemusí ovlivňovat provoz modulu, ale s přibývajícími tepelnými cykly a pronikáním vlhkosti se mohou rozšiřovat a narušit proudové dráhy. To vede ke zvýšení odporu, zhoršenému toku nosičů náboje a nakonec ke snížení výkonu a zahřívání vnitřních částí.
Dlouhodobě přetrvávající mikrotrhliny nejen snižují elektrický výkon modulu, ale mohou také sloužit jako spouštěče horkých bodů. Zejména při zastínění, znečištění nebo proniknutí vlhkosti v místě trhlin může dojít k přerušení lokálního proudu a následnému výskytu zpětného proudu, což vyvolává lokální přehřívání a urychluje degradaci.
V současnosti se v odvětví běžně používají technologie půlení článků, vícenásobné sběrnice (multi-busbar) a dlaždicová struktura pro zvýšení odolnosti proti trhlinám. Dlaždicové moduly, které spojují články překrýváním, efektivně zabraňují výpadku proudu způsobenému jedním bodem s trhlinou. Vysoce výkonné moduly jako IBC, které mají na zadní straně rozsáhlé elektrodové pokrytí a žádné přední mřížky, vykazují vysokou odolnost proti trhlinám a vynikající schopnost záložního vedení proudu.
Doporučení: Pro účinnou prevenci degradace výkonu a bezpečnostních rizik způsobených mikrotrhlinami se doporučuje v rámci výběru modulů upřednostňovat produkty s optimalizovanou konstrukcí, jako jsou půlené články, multi-busbar nebo dlaždicové moduly. Během instalace a přepravy je třeba dodržovat přísné provozní postupy a vyhnout se nerovnoměrnému zatížení. V provozní fázi lze využít pravidelné termovizní kontroly, zastínění analyzovat a optimalizovat rozmístění, aby se snížil souběh zastínění, šíření trhlin a vzniku horkých bodů. Koordinací výběru, instalace a údržby lze významně zpomalit proces stárnutí a zajistit stabilitu systému i efektivitu výroby.
Point chaud
La formation d’un point chaud provient généralement de l’interruption du courant dans une zone spécifique du module, ce qui empêche le passage normal du courant dans la chaîne et force un courant inverse à travers la cellule défectueuse. Cette situation conduit à une conversion de tout le courant en chaleur dans cette zone locale, provoquant une élévation anormale de température. À long terme, cela peut entraîner la carbonisation de l’EVA, la combustion des soudures, l’explosion du verre ou même un incendie.
Outre les microfissures, les causes courantes incluent les excréments d’oiseaux, les feuilles mortes, les structures d’ombrage, l’accumulation de poussière ou un déséquilibre de courant provoqué par une mauvaise sélection de l’onduleur ou un suivi MPPT inadapté.
Avec l’augmentation de la puissance des systèmes et la taille croissante des modules, les pertes d’efficacité et les risques associés aux points chauds augmentent également. Il est donc essentiel, dès la phase de conception du système, de prendre des mesures ciblées en matière de matériaux, de structure et de protection électrique : utiliser des modules dotés de mécanismes de dérivation à réponse rapide, comme les interrupteurs MOS remplaçant les diodes traditionnelles, permettant de couper rapidement le courant inverse en cas d’ombrage localisé ; employer des modules IBC, dont le courant circule latéralement à l’arrière, permettant une continuité même en cas d’ombrage et réduisant considérablement le risque de point chaud ; au niveau du projet, il convient de mener une analyse des zones d’ombrage, de prévoir un espace de ventilation suffisant et de mettre en place une surveillance par thermographie ; en phase d’exploitation, un nettoyage régulier des surfaces des modules et le retrait rapide des sources d’ombrage sont également essentiels pour limiter la surchauffe localisée.
Recommandation : Pour contrôler efficacement les risques de performance et de sécurité liés aux points chauds, il est conseillé de réaliser une analyse des chemins d’ombrage dès la conception du système, afin d’éviter l’installation des modules sous des arbres, sorties d’air, zones à accumulation de feuilles ou à l’ombre des bâtiments ; au stade du choix des produits, privilégier les modules dotés d’un mécanisme de dérivation à réponse rapide (comme les interrupteurs MOS intégrés ou les modules IBC à structure redondante anti-point chaud) afin de raccourcir la durée de surchauffe lors de l’ombrage ; lors de l’installation, prévoir un espace de ventilation suffisant et optimiser l’agencement pour améliorer la dissipation thermique ; en phase d’exploitation, introduire des inspections thermographiques et un suivi des élévations de température, associés à un nettoyage régulier et au contrôle des sources de pollution, pour garantir une répartition uniforme de la lumière et une bonne dissipation thermique en surface. Ces mesures multidimensionnelles peuvent réduire significativement le risque de point chaud et garantir la stabilité de fonctionnement et la sécurité à long terme du module, même en cas de forte chaleur ou d’ombrage localisé.
Pour améliorer l’efficacité de la détection des microfissures et des points chauds, il est recommandé d’utiliser régulièrement les méthodes de contrôle suivantes dans l’évaluation de l’état du système :
L’élévation de température causée par un point chaud peut entraîner des risques de sécurité tels qu’un incendie. Pour remédier à ce problème, Maysun Solar a intégré des interrupteurs de dérivation MOS dans sa série de modules photovoltaïques Venusun, remplaçant les diodes de dérivation traditionnelles. Ces interrupteurs réagissent rapidement aux variations des conditions d’ensoleillement et s’ajustent en temps réel afin de minimiser l’impact de l’ombrage sur les performances du module.
L’image ci-dessous montre un installateur en Belgique en train d’installer un panneau photovoltaïque Venusun full black de 410 W. Cliquez sur l’image pour voir les détails du produit !
Les modules photovoltaïques IBC proposés par Maysun disposent d’électrodes métalliques positives et négatives positionnées à l’arrière, permettant une conduction électrique stable même en cas d’ombrage. L’absence de grille métallique sur la face avant évite les surchauffes locales dues à la résistance frontale et réduit considérablement le risque de points chauds.
Cette série de produits est couverte par une garantie de puissance de 25 ans, avec une dégradation maximale de 1,5 % la première année, puis une dégradation linéaire ne dépassant pas 0,4 % par an. Elle est idéale pour les projets commerciaux et résidentiels haut de gamme visant un rendement stable à long terme.
Může se vám také líbit: