Пояснення проблем із сонячними панелями та їхньої деградації

Сонячні панелі , як правило, дуже надійні та безпроблемні, оскільки не мають рухомих частин і потребують мінімального обслуговування, окрім очищення. Однак, як і будь-який виготовлений продукт, сонячні панелі можуть вийти з ладу або неефективно працювати через дефектні матеріали або неякісну роботу під час виробничого процесу. На щастя, це трапляється дуже рідко, і зазвичай лише 1 з 5000 панелей страждає від виробничого дефекту. Дефекти часто пов'язані з постійним прагненням до зниження витрат, і не дивно, що саме тому дешевші панелі зазвичай мають більше дефектів порівняно з панелями від відомих преміальних брендів сонячної енергії .

Окрім невеликої кількості виробничих дефектів, для сонячних фотоелектричних (ФЕ) елементів є нормальним явищем невеликої деградації з часом. Сонячні панелі повинні працювати протягом багатьох років у найрізноманітніших екстремальних умовах, від клімату з величезними коливаннями температури до високої вологості, дощу, штормів, сильних вітрів та корозії від солі в прибережних районах. Незважаючи на це, майже всі сонячні панелі мають щонайменше 10-річну гарантію виробника, а також 25-річну гарантію на продуктивність — дізнайтеся більше про гарантії на сонячні панелі .

Поширені проблеми з сонячними панелями

Протягом очікуваного 25-річного терміну служби сонячної системи нормально, що продуктивність поступово знижується з часом, але, на жаль, одна або декілька панелей можуть у певний момент вийти з ладу через п'ять відомих явищ, перелічених нижче. Окрім цих причин, сонячні панелі іноді можуть бути пошкоджені під час транспортування або неправильно поводитися під час встановлення, що може стати очевидним лише через кілька років після встановлення. Також у рідкісних випадках переднє скло може бути розбите через сильні удари дуже великого граду та інших снарядів. Зверніть увагу, що з п'яти причин, перелічених нижче, перша технічно не є дефектом, а дуже повільною втратою продуктивності протягом терміну служби сонячної панелі.

Шість причин деградації та виходу з ладу сонячних панелей:

LID - Деградація, викликана світлом - Звичайна втрата продуктивності від 0,25% до 0,7% на рік
PID - Потенційно індукована деградація - Потенційний довгостроковий збій через витік напруги
Загальна деградація - передчасний вихід з ладу через потрапляння води або інші дефекти
LeTID - Деградація, викликана світлом та підвищеною температурою - раптова втрата продуктивності від 3% до 6%.
Мікротріщини та гарячі точки - довгострокові дефекти та поломки через пошкодження елементів.
Несправні байпасні діоди – дефект, часто пов'язаний із затіненням сонячних панелей від сусідніх об'єктів.

1. LID - Деградація, індукована світлом

Коли сонячна панель вперше піддається впливу сонячного світла, через сліди кисню в кремнієвій пластині відбувається явище, яке називається «стабілізацією потужності» . Цей ефект добре вивчений і є початковою фазою стабілізації світлоіндукованої деградації (СІД). Під час цієї фази сонячна панель нормально втрачає від 2% до 3% своєї номінальної вихідної потужності (Вт) протягом перших кількох сотень годин роботи, і повний ефект цієї початкової фази спостерігається протягом першого року використання.

Після початкової фази стабілізації швидкість LID значно знижується, знижуючись до 0,3% - 0,6% на рік протягом наступних 25+ років. Однак, LID може бути лише 0,25% на рік для високопродуктивних модулів від таких виробників, як Sunpower та REC , завдяки використанню високочистої кремнієвої підкладки N-типу для елементів. На щастя, більшість виробників дещо завищують номінальну потужність панелі до 5%, що враховує незначний дисбаланс елементів та компенсує більшу частину початкової деградації. Це також гарантує точність номінальної потужності панелі (Вт). Наприклад, панель потужністю 350 Вт може спочатку виробляти до 5% більше потужності або до 368 Вт протягом короткого періоду часу. Однак, це незначне перевиробництво, як правило, короткочасне і може бути невимірним, якщо панелі не працюють в ідеальних умовах (STC). Гарантія виробника на продуктивність описуватиме швидкість LID та очікувану втрату продуктивності протягом гарантійного періоду (25 років).

Приклад діаграми, що показує швидкість деградації сонячних панелей протягом 30-річного періоду - Trina Vertex S+

2. PID - Потенційно індукована деградація

Деградація, викликана потенціалом, або PID, – це форма деградації потужності панелі, яка може стати очевидною після 5–10 років використання через високу напругу, підвищені температури та високу вологість. Це трапляється не на всіх панелях, особливо в менш вологому кліматі, але було виявлено, що це відбувається на різних монокристалічних панелях PERC першого покоління, випущених приблизно з 2016 по 2020 рік. PID – це, по суті, витік напруги з елементів на корпус сонячної панелі, що призводить до зниження вихідної потужності. На жаль, проблема може бути непомітною спочатку, але з часом вона зазвичай поступово погіршується, призводячи до втрати потужності до 20% або більше. PID може бути важко діагностувати без спеціалізованого тестера кривої напруги та навчання. Однак ранньою ознакою може бути аномально низька напруга або струм ланцюжка.

Більшість сонячних панелей на дахах житлових будинків працюють у діапазоні від 300 до 600 вольт, і PID більш виражений при вищій напругі ланцюга; тому, чим більше панелей підключено в ланцюг, тим більша ймовірність виникнення PID. Великі сонячні електростанції часто працюють у діапазоні від 1000 до 1500 вольт, тому ймовірність PID набагато вища. На щастя, існують деякі передові великомасштабні сонячні інвертори, які можуть усунути ефект PID, якщо його виявлять, запускаючи дуже невеликий зворотний струм протягом ночі. У дуже серйозних випадках, коли проблеми PID не були вирішені через 10 або більше років, вихідна потужність може бути значною, з втратою потужності до 50%. На щастя, багато провідних виробників сонячних панелей майже усунули ризик PID, використовуючи високоякісні матеріали та проводячи ретельні випробування. Однак, це все ще актуальна проблема, як підтверджують останні результати випробувань незалежної випробувальної установи PVEL.

3. Загальна деградація

Сонячна панель з пошкодженою та потрісканою задньою частиною

Приклад розтріскування та розшарування задньої поверхні сонячної панелі.

Окрім добре відомих ефектів PID та LID, панелі також можуть страждати від серйозніших проблем через руйнування герметичного та захисного шарів, які повинні захищати елементи від негоди. Найпоширенішим з них є поломка задньої панелі. У той час як передній скляний лист захищає сонячні елементи від дощу, граду, бруду та сміття, білий або чорний пластиковий задній лист призначений для захисту задньої сторони елементів від води, вологи та подряпин. Однак, часто через неякісний вибір матеріалів та поганий контроль якості, ультрафіолетове випромінювання може призвести до руйнування, розтріскування або деградації герметичного або заднього захисного листа з часом. Ця деградація може призвести до серйозніших проблем, таких як потрапляння вологи, корозія та витік струму на землю.

Опубліковані дослідження, що висвітлюють підвищену деградацію старих панелей

Для поглибленого аналізу потенційних несправностей та спостережуваних швидкостей деградації старих полікремнієвих сонячних панелей див. детальну дослідницьку роботу під назвою « Аналіз деградації полікристалічних кремнієвих модулів різних виробників за однакових кліматичних умов ». Зауважте, що хоча полікремнієві сонячні панелі більше не виробляються, тисячі полікремнієвих сонячних систем, встановлених по всьому світу, можуть потребувати уваги через прискорену деградацію однієї або кількох панелей.

4. LeTID

Більшість сучасних кремнієвих кристалічних сонячних панелей містять технологію сонячних елементів PERC, яка підвищує ефективність панелі та була впроваджена більшістю світових виробників сонячних панелей. Однак лише нещодавно стало очевидним, що елементи PERC P-типу можуть зазнавати так званої LeTID, або деградації, викликаної світлом та підвищеною температурою .

Явище LeTID схоже на LID, хоча втрати, спричинені LeTID, сягали 6% протягом першого року, і якщо виробник не врахує їх повністю, це може призвести до низької продуктивності та потенційних гарантійних претензій. На щастя, кремнієві елементи N-типу від кількох виробників, включаючи Sunpower та REC, не страждають від впливу LeTID. Крім того, кілька виробників, які використовують полі- та моно-PERC P-типу, розробили процеси виробництва для зменшення або усунення будь-яких втрат LeTID, включаючи Q Cells, які першими заявили про використання технології проти LeTID на всіх панелях.

Багато провідних світових виробників, включаючи Jinko Solar, Trina Solar, Longi Solar та GCL, нещодавно отримали сертифікат відповідності LeTID від TÜV Rheinland. Серед інших, хто також стверджує, що зменшили або врахували вплив LeTID, є REC, Winaico та Canadian Solar. Перегляньте останні оновлення та інформацію про виробників, які долають труднощі LeTID, у детальних статтях від PV Tech .

5. Мікротріщини та гарячі точки

Більшість сучасних сонячних панелей виготовляються з використанням серії сонячних елементів, виготовлених з надтонких кристалічних кремнієвих пластин. Пластини зазвичай мають товщину близько 0,16 мм або приблизно вдвічі більше, ніж людська волосина. Природно, пластини та елементи досить крихкі та можуть тріснути або зламатися під впливом високих механічних навантажень, таких як неправильне поводження під час встановлення, екстремальні вітрові навантаження або сильний град. Варто зазначити, що не всі елементи крихкі; високопродуктивні елементи IBC, що використовуються Sunpower, набагато міцніші завдяки великому масиву зворотних контактів, які підсилюють елемент.

Фото сонячної батареї з мікротріщинами

Незначні мікротріщини, що утворюються в сонячному елементі, можуть призвести до утворення гарячих точок протягом кількох років.

Будь-які незвичайні навантаження або напруги, такі як ходьба людей по сонячних панелях під час встановлення або обслуговування, можуть призвести до мікротріщин, які з часом можуть створювати точки перегріву та зрештою призвести до виходу панелі з ладу. Мікротріщини також можуть утворюватися під час транспортування, ударів, падіння або необережного поводження.

Мікротріщини

Мікротріщини важко виявити, і вони часто спочатку непомітні. Крихітні тріщини в сонячних елементах часто видно на старих панелях і виглядають як сліди равлика на поверхні елемента. Ці тріщини не завжди створюють значну проблему, і панель може добре працювати протягом багатьох років, навіть з кількома пошкодженими елементами. Однак мікротріщини почнуть ставати серйознішою проблемою, якщо вони збільшать внутрішній опір і порушать потік струму, що призведе до утворення гарячої точки або гарячого елемента. Це особливо проблематично, якщо мікротріщина велика або утворюється по всьому елементу. На щастя, більшість сучасних сонячних панелей зараз мають наполовину розрізані елементи з кількома шинами, що значно зменшує негативний вплив мікротріщин. Крім того, панелі з черепичним покриттям, такі як від Hyundai та Sunpower, зазвичай не схильні до мікротріщин завдяки унікальній конфігурації перекриття.

Гарячі точки

Інфрачервоне зображення сонячної панелі з гарячими точками

Теплове зображення сонячної панелі з гарячими точками через сильні мікротріщини

Сонячні елементи генерують електричний струм, який протікає через з'єднані між собою елементи. Якщо це порушено через внутрішній збій або серйозні мікротріщини, то підвищений опір генерує тепло, що, у свою чергу, ще більше збільшує опір і створює більше тепла, що призводить до утворення точки перегріву. У складних ситуаціях це може навіть спалити елемент. Для отримання додаткової інформації, ця детальна стаття з журналу PV пояснює механізми утворення мікротріщин і те, як нові конструкції панелей та інновації можуть допомогти зменшити ймовірність їх утворення.

Гарячі точки та мікротріщини не завжди видно неозброєним оком, і часто єдиний спосіб визначити, чи пошкоджена сонячна панель, – це використовувати спеціалізовану тепловізійну камеру, яка висвітлить різницю температур між різними елементами. Варто зазначити, що регулярне затінення від перешкод на даху в деяких випадках може призвести до утворення гарячих точок протягом кількох років через ефект зворотного струму затінених елементів.

6. Несправні діоди байпасу

Коли байпасні діоди в сонячних панелях активуються через сильне затінення, вони можуть розсіювати частину електричної енергії у вигляді тепла. Це може призвести до перегріву, якщо діоди працюють безперервно в умовах затінення, збільшуючи ризик виходу з ладу та часто призводячи до утворення гарячих точок та виходу з ладу панелі . Такі фактори, як високі температури, вологість та електричне напруження від безперервної роботи, посилюють ймовірність виходу з ладу діодів. Ступінь затінення — легке чи сильне — впливає на частоту активації та рівень навантаження на діоди. Легке затінення, таке як спричинене сусідніми деревами, зазвичай створює меншу проблему, ніж сильне затінення від об'єктів, таких як близько розташовані установки на даху.

Діагностика несправного байпасного діода може бути різною за складністю; це відносно просто на старих сонячних панелях, де діоди більш доступні, але складно на багатьох сучасних панелях, доступ до яких обмежений. Щоб точно визначити несправну панель, особливо на великих масивах, де вона може бути однією з багатьох, корисні прямі та непрямі методи тестування. Якщо на певних панелях видно сильне затінення, це, ймовірно, є відправною точкою для усунення несправностей. Однак, якщо ознак несправностей не видно, може знадобитися систематичне тестування, щоб виявити проблемну панель або панелі в ланцюжку. Дізнайтеся більше в нашому детальному аналізі проблем затінення сонячних панелей та багатьох проблем, пов'язаних з несправними байпасними діодами.

Як дізнатися, чи є проблема з вашою сонячною системою?

Якщо ви вважаєте, що ваші сонячні панелі несправні або їхня продуктивність помітно знизилася, існує кілька способів діагностувати проблему. Перший крок – візуально перевірити сонячні панелі на наявність будь-яких ознак несправності або накопичення бруду, що часто може призвести до появи цвілі та зниження продуктивності. Часто достатньо ретельного миття м’якою мітлою та водою. Також перевірте, чи не виросли поблизу дерева, які тепер затінюють панелі.

Для систем із встановленими додатками або веб-моніторингом часто легко порівняти щоденну генерацію сонячної енергії, виміряну в кВт⋅год, з попередніми днями, тижнями та місяцями, щоб побачити, чи є значне зниження або зміна продуктивності. Зверніть увагу, що місцевий клімат, пори року та погода також матимуть вплив. Також перевірте інвертор на наявність очевидних несправностей (червоні індикатори) та переконайтеся, що ізолятор (автоматичний вимикач) у розподільному щиті не спрацював. Для отримання додаткової інформації рекомендуємо звернутися до досвідченого фахівця для аналізу та усунення недоліків (неправильний монтаж) або несправностей Вашої сонячної установки.