Проблема, яка часто зустрічається на сонячних панелях, називається «сліди равликів». Назва цієї лінії походить від ліній, що з'являються на сонячних панелях і схожі на равликів, що біжать по поверхні панелі. Оптичний ефект, який це створює, відповідає мікротріщинам у елементах, що полягають у знебарвленні пасти, що використовується в шовкографії фотоелектричних елементів.
Під час визначення фотоелектричних (ФЕ) збірок важливо знати, що самі модулі та елементи забезпечують довгострокову якість. На фотографії вище показано стійкість до утворення «равликового сліду» різних комбінацій елементів/етиленвінілацетату (EVA)/нижньої поверхні.
Встановлення сонячних панелей для живлення вашого будинку – це стійка довгострокова інвестиція. Це не лише допомагає зменшити ваші витрати на комунальні послуги, але й сприяє зменшенню вашого вуглецевого сліду, створюючи більш стійку екосистему.
Однак, незважаючи на значні переваги сонячних панелей у забезпеченні чистої енергії, деякі проблеми можуть впливати на їхню ефективність протягом терміну служби, і однією з поширених проблем є поява равликових стежок.
Окрім деградації, спричиненої світлом та потенціалом, існує ще один механізм виходу з ладу, який впливає на надійність фотоелектричних модулів. У зовнішніх умовах спостерігалися сліди равликів (також відомі як сліди равликів або сліди черв'яків), які виглядають як коричневі знебарвлені контактні пальці, особливо навколо країв елементів та в областях мікротріщин. Це явище зазвичай відбувається протягом кількох місяців або кількох років після початкового встановлення. Утворення слідів равликів пов'язане з потраплянням вологи та кисню через мікротріщини [1]. Повідомлялося, що це впливає на модулі від широкого кола виробників фотоелектричних модулів по всьому світу [2]. Було показано, що зміна кольору може бути спричинена високою щільністю наночастинок срібла всередині фольги інкапсуляції трохи вище срібного пальця [3], наночастинками оксиду срібла або карбонату срібла [4]. В робочих умовах волога з навколишнього середовища потрапляє в фотоелектричні модулі через задній шар фольги. Хоча сонячний елемент, як правило, є ефективним бар'єром для захисту вологи, що надходить на передню поверхню, краї елементів або мікротріщини є місцями, де волога може дифундувати до передньої поверхні сонячного елемента. Наночастинки срібла з пальців сітки можуть розчинятися та мігрувати в герметик, викликаючи хімічну реакцію, що спричиняє зміну кольору. На щастя, Canadian Solar продемонструвала, що сліди равликів не впливають на фактичну продуктивність сонячних модулів [5]. Вони надали деякі докази того, що скляні фритти срібної пасти та пероксидні добавки в EVA (етиленвінілацетаті) були причиною утворення слідів равликів [5].
Було розроблено кілька методів випробування на сприйнятливість до утворення «равликових слідів». Наприклад, було показано, що 50-100-годинний випробування на вологе тепло при температурі 85 °C та відносній вологості 85% у поєднанні з прямим струмом зміщення 8 А здатний створювати «равликові сліди» у сприйнятливих фотоелектричних модулях [3][6].
Що вони собою являють?
Утворення слідів равликів пов'язують з проникненням вологи та кисню через мікротріщини. Цей процес відбувається за наявності тепла, ультрафіолетового випромінювання та вологості. За робочих умов волога з навколишнього середовища потрапляє в фотоелектричні модулі через задню фольгу. Хоча сонячний елемент зазвичай є ефективним бар'єром для захисту вологи від потрапляння на передню поверхню, краї елементів або мікротріщини розташовані там, де волога може дифундувати до передньої поверхні сонячного елемента. Наночастинки срібла з пальців сітки можуть розчинятися та мігрувати в герметик, викликаючи хімічну реакцію, яка призводить до зміни кольору. Якщо також присутня водяна пара, то по всіх мікротріщинах утворюються знебарвлені «сліди равликів», що не лише зменшує виробництво енергії, але й погіршує зовнішній вигляд.
Рис 1: Фотографія фотоелектричного модуля зі слідами равликів.
Чи впливають вони на енергопродуктивність?
Коли нижні сонячні елементи розбиті, вони можуть продовжувати генерувати електричний струм вздовж тріщин, викликаючи локалізоване тепло, яке руйнує поверхню елементів та EVA (етилвінілацетат).
Це явище спричиняє зниження потужності та, як наслідок, викликає серйозне занепокоєння щодо впливу цієї проблеми на кристалічні кремнієві сонячні модулі. Ця проблема зазвичай виникає протягом перших місяців перебування на відкритому повітрі або може початися через роки після початкового встановлення.
Повідомлялося, що це впливає на модулі широкого кола виробників фотоелектричних модулів по всьому світу.
Як можна запобігти появі слідів равликів?
Найкращий спосіб зменшити кількість слідів від равликів на сонячних панелях – це вибрати надійні інкапсуляційні матеріали, щоб запобігти потраплянню водяної пари в ламінат, а також обережно поводитися з панелями, щоб запобігти утворенню мікротріщин.
Що таке сліди равликів на сонячних панелях?
Сліди равликів, також відомі як сліди равликів або сліди черв'яків, проявляються як локальні лінії знебарвлення, що утворюються на сонячних панелях протягом тривалого використання.
Зазвичай ці сліди виглядають як темні або коричневі лінії та виникають поблизу шин, вздовж країв сонячних променів або поблизу мікротріщин.
Ці крихітні коричневі лінії створюють оптичну ілюзію, ніби равлики або черв'яки перетнули поверхню сонячних панелей, звідси й назва «сліди равликів» або «черв'ячі сліди». Якщо ці сліди простягаються по всій сонячній панелі, вони можуть суттєво вплинути на її візуальну естетику.
Зазвичай, коли сонячна панель пошкоджена, наприклад, має мікротріщини, прояви равликових слідів стають очевидними після місяців впливу зовнішніх факторів. Згодом ці сліди зберігаються та залишаються помітними на сонячних панелях.
Як утворюються сліди равликів на сонячних панелях?
Механізм утворення слідів равликів на сонячних панелях включає низку складних хімічних та фізичних процесів. По-перше, коли на шинах сонячної панелі відбувається хімічна реакція, це служить початковим етапом для утворення слідів равликів. Згодом, постійний фізичний тиск призводить до утворення мікротріщин на поверхні сонячної панелі, створюючи шляхи для проникнення вологи. У присутності електричного поля, ультрафіолетового випромінювання та робочих температур проникла волога запускає процес корозії. Деформація срібних контактів та інкапсулюючої фольги призводить до міграції частинок срібла на фольгу EVA. Герметичний полімер містить хімічні компоненти, такі як сірка, фосфор та хлор, що призводить до вторинних хімічних реакцій зі сріблом. Накопичення цих крихітних частинок, що утворюються в результаті кількох реакцій, зрештою створює характерні сліди равликів на поверхні сонячних елементів та інкапсулюючих матеріалів.
Коли сонячні панелі піддаються впливу суворих зовнішніх умов протягом тривалого періоду, матеріал EVA починає руйнуватися, виділяючи вуглекислий газ та оцтову кислоту. У присутності кисню вуглекислий газ реагує зі срібною пастою, яка використовується як провідний матеріал у сонячній панелі, утворюючи карбонат срібла:
4Ag + 2CO2 + O2 —> 2Ag2CO3
Згодом карбонат срібла реагує з оцтовою кислотою в матеріалі EVA, утворюючи ацетат срібла:
Ag2CO3 + CH3COOH—> CH3COO(Ag) + CO2 + H2O
Потім ацетат срібла осідає на EVA та проявляється у вигляді коричневих ліній (слідів равлика).
Важливо зазначити, що мікротріщини є передумовою для їх утворення. Якщо внутрішні компоненти сонячної панелі не зазнають впливу зовнішніх факторів, особливо якщо волога не може проникнути всередину, поява слідів равликів стає дуже малоймовірною. У цьому процесі наявність мікротріщин стає критичним фактором, що забезпечує необхідні умови для появи слідів равликів.
Основні причини утворення равликових слідів на сонячних панелях?
Сліди равликів з'являються після тривалого впливу сонячних модулів на зовнішні елементи, що ставить під сумнів їхнє точне походження. Згідно з результатами цього дослідження, першопричиною слідів равликів можна пояснити дефекти матеріалів та ініціювання хімічних процесів.
1. Відмінності в хімічних властивостях між фольгою EVA (етиленвінілацетат) та срібними контактами.
2. Ступінь деградації матеріалу EVA, тобто як він старіє та зношується.
3. Паропроникність матеріалу заднього шару сонячної панелі, тобто чи може він ефективно запобігати проникненню водяної пари всередину сонячної панелі.
Багато з цих дефектів матеріалів проявляються під час активного виробництва сонячних панелей електроенергії на місці, хоча випадки під час виробничого процесу не є рідкістю та називаються «косметичними дефектами виробництва».
Індуковані хімічні процеси є наслідком дефектів матеріалу. Переважно, корозійні реакції є переважаючими індукованими реакціями, що призводять до утворення слідів у вигляді равликів. Ці сліди проявляються, коли на поверхні сонячної панелі з'являються мікротріщини, що забезпечують шлях для проникнення вологи та кисню. Хоча не кожна мікротріщина призводить до утворення суміжних слідів у вигляді равликів, існує значна ймовірність того, що ці два дефекти співіснують в одному місці на сонячному елементі. Отже, можна загалом стверджувати, що мікротріщини є основною причиною появи слідів у вигляді равликів на сонячних панелях.
Який вплив мають сліди равликів на сонячні панелі?
1. Погіршується продуктивність сонячних панелей. На продуктивність сонячних елементів може вплинути зменшення відбиття світла від поверхні сонячного елемента. Це явище призводить до зниження ефективності сонячної системи та зменшення вироблення енергії. Дослідження кристалічних сонячних панелей, на які впливають сліди равликів, показують потенційне максимальне зниження потужності. Дослідження кристалічних сонячних панелей, на які впливають сліди равликів, показують потенційне максимальне зниження енергоефективності до 9,1%. Сліди, залишені равликами, також можуть спричинити пошкодження сонячних елементів, оскільки вони роз'їдають поверхню сонячного елемента, що призводить до погіршення електричних характеристик.
2. Ефект утворення гарячих точок. Наявність слідів равликів не лише спричиняє проблеми з відбиттям світла, але й може спричинити опір струму на сонячній панелі, створюючи гарячі точки, які можуть додатково вплинути на загальну продуктивність панелі. Цей опір струму може призвести до втрати перетворення енергії та утворення локальних гарячих зон на поверхні сонячної панелі. Ці гарячі зони можуть не лише призвести до зниження ефективності панелі, але й негативно вплинути на довгострокову стабільність панелі.
3. Впливають на зовнішній вигляд. Зовнішній вигляд сонячної панелі надзвичайно важливий для її загального враження та відчуття інтеграції з навколишнім середовищем. Наявність слідів від равликів не лише впливає на продуктивність сонячної панелі, але й негативно впливає на її візуальний вигляд. З часом ці коричневі сліди можуть погіршитися та мати тривалий та значну негативну дію на загальний вигляд сонячної панелі та її монтажних поверхонь.
Як запобігти появі слідів від равликів на сонячних панелях?
1. Поводьтеся із сонячними панелями обережно, щоб уникнути утворення мікротріщин.
Запобігання появі мікротріщин у сонячних панелях можна досягти, вживаючи низки профілактичних та обслуговуючих заходів для забезпечення довгострокової стабільності та продуктивності системи. Ось кілька порад:
(1) Правильне встановлення та обслуговування: Доручіть сонячні панелі правильно встановити фахівцю та переконайтеся, що монтажна рама та опорна конструкція відповідають вимогам. Регулярно перевіряйте та обслуговуйте систему, включаючи перевірку кріплень, очищення від бруду та снігу тощо, щоб запобігти появі мікротріщин, спричинених зовнішнім тиском.
(2) Уникайте надмірного зусилля: Під час встановлення та обслуговування уникайте надмірного зусилля або тиску, особливо в крайніх зонах сонячних панелей. Обережне поводження та експлуатація зменшать ризик механічних пошкоджень.
(3) Відповідний фундамент та опора: Переконайтеся, що фундамент та опорна конструкція сонячної панелі відповідають проектним вимогам та здатні витримувати вплив навколишнього середовища, такого як вітер, дощ та сніг. Міцні опорні конструкції можуть пом'якшити вплив зовнішніх сил на сонячні панелі.
Посилання：
[1] С. Ріхтер, М. Вернер, С. Сватек та К. Хагендорф, «Розуміння ефекту равликового сліду в кремнієвих сонячних модулях на мікроструктурному рівні», 27-ма Європейська виставка фотовольтної сонячної енергії , № січень 2016 р., с. 3439–3441, 2012.
[2] Р. Х. А. Сюй, С. Л. Лі, «Слідка равлика», Today Energy Solut. , т. 5, 2012.
[3] С. Мейєр та ін. , «Наночастинки срібла спричиняють утворення слідів равликів у фотоелектричних модулях», Sol. Energy Mater. Sol. Cells , т. 121, с. 171–175, 2014.
[4] П. Пен та ін. , «Мікроскопічне дослідження феномену сліду равлика на фотоелектричних модулях», RSC Adv. , т. 2, № 30, с. 11359, 2012.
[5] Х.-К. Лю, К.-Т. Хуан, В.-К. Лі, С.-С. Ян та Ф.-М. Лін, «Утворення дефектів у вигляді равликових слідів у фотоелектричних модулях», Energy Power Eng. , т. 7, № 8, с. 348–353, 2015.
[6] С. Мейєр, С. Ріхтер, С. Тіммель, М. Глезер, С. Сватек та К. Хагендорф, «Сліди равликів: аналіз першопричин та процедури тестування», т. 0, 2013.
Solaradvisor. (9 квітня 2023 р.). Чому на поверхні сонячних панелей видно сліди равликів? | SolarTechAdvisor. Solartechadvisor.
Гофманн, В. (23 листопада 2023 р.). Розкриття впливу Snail Trails на фотоелектричні модулі.
Ніколас та Ніколас (19 жовтня 2022 р.). Ефект сліду равлика: як запобігти пошкодженню фотоелектричного модуля – Еко-зелена енергія. Еко-зелена енергія – Будуємо зеленіший світ.