Zniszczenie panelu fotowoltaicznego - co może się stać?

Panele fotowoltaiczne są generalnie bardzo niezawodne i bezawaryjne, ponieważ nie mają ruchomych części i wymagają minimalnej konserwacji poza czyszczeniem. Jednak, podobnie jak w przypadku każdego produktu, panele słoneczne mogą zawieść lub osiągnąć gorsze wyniki z powodu wadliwych materiałów lub złego wykonania podczas procesu produkcyjnego. Na szczęście zdarza się to bardzo rzadko i zwykle tylko 1 na 5000 paneli będzie miał wady produkcyjne. 

 

Oprócz niewielkiej liczby wad produkcyjnych normalne jest, że ogniwa fotowoltaiczne (PV) z czasem ulegają niewielkiej degradacji. Panele słoneczne muszą działać przez wiele lat w różnych ekstremalnych środowiskach, od klimatu o ogromnych wahaniach temperatury po wysoką wilgotność, deszcz, burze, silne wiatry i korozję powodowaną przez sól na obszarach przybrzeżnych. Mimo to prawie wszystkie panele słoneczne mają co najmniej 10-letnią gwarancję producenta, a także są objęte 25-letnią gwarancją wydajności.

 

Najczęstsze problemy z panelami fotowoltaicznymi

 

W ciągu 25-letniego okresu eksploatacji paneli fotowoltaicznych, normalne jest, że jego wydajność powoli spada, ale niestety jeden lub więcej paneli może w pewnym momencie ulec awarii z powodu pięciu dobrze znanych zjawisk wymienionych poniżej. Oprócz tych powodów panele słoneczne mogą czasami ulec uszkodzeniu podczas transportu lub niewłaściwej instalacji, co może okazać się dopiero po kilku latach.  Ponadto, w rzadkich przypadkach, przednia szyba może zostać rozbita z powodu silnych uderzeń np. bardzo dużego gradu. Uwaga, z pięciu wymienionych poniżej powodów, pierwszy nie jest technicznie usterką, ale bardzo powolną utratą wydajności w okresie eksploatacji panelu słonecznego.

Pięć przyczyn degradacji i awarii paneli fotowoltaicznych:

1. Degradacja wywołana światłem — normalna utrata wydajności od 0,25% do 0,7% rocznie
2. Potencjalnie wywołana degradacja - potencjalna długotrwała awaria z powodu upływu napięcia
3. Ogólna degradacja — przedwczesna awaria spowodowana wnikaniem wody lub innymi defektami
4. Degradacja indukowana przez światło i podwyższoną temperaturę - nagła utrata wydajności od 3% do 6%
5. Mikropęknięcia i gorące punkty - Długotrwała wada i awaria spowodowana pękniętymi lub uszkodzonymi ogniwami

 

1. Degradacja wywołana światłem

 

Kiedy panel słoneczny jest po raz pierwszy wystawiony na działanie światła słonecznego, występuje zjawisko zwane „stabilizacją mocy” z powodu śladów tlenu w płytce krzemowej. Efekt ten jest dobrze znany i stanowi początkową fazę stabilizacji degradacji indukowanej światłem. Podczas tej fazy panel słoneczny może stracić od 2% do 3% swojej mocy znamionowej w ciągu pierwszych kilkuset godzin pracy, a pełny efekt tej początkowej fazy występuje w pierwszym roku użytkowania.

 

Po początkowej fazie stabilizacji, wskaźnik zmniejsza się znacznie do 0,3% do 0,7% rocznie przez następne 25+ lat.  Na szczęście większość producentów nieco zawyża specyfikację mocy panelu nawet o 5%, co uwzględnia niewielkie nierównowagi ogniw i kompensuje część początkowej degradacji. Zapewnia to również, że znamionowa moc panelu (Wp) jest dokładna. Na przykład panel o mocy 350 W może początkowo wytwarzać do 5% więcej mocy lub do 368 W przez krótki czas. Jednak ta niewielka nadprodukcja jest na ogół krótkotrwała i może nie być mierzalna, chyba że panele działają w idealnych warunkach. 

 

2. Degradacja potencjalnie indukowana

 

Potencjalnie wywołana degradacja jest formą degradacji panelu, która na ogół staje się widoczna po 4 do 10 latach użytkowania z powodu wysokiego napięcia, podwyższonej temperatury i wysokiej wilgotności. To zasadniczo upływ napięcia z ogniw do ramy panelu słonecznego, powodujący zmniejszenie mocy wyjściowej. Niestety problem może początkowo nie być zauważalny, ale z czasem zwykle staje się coraz gorszy. Może być trudny do zdiagnozowania bez specjalistycznego sprzętu.

 

3. Ogólna degradacja

 

Panele mogą również cierpieć z powodu rozpadu warstw osłaniających i ochronnych, które mają chronić panele przed żywiołami. Najczęstszym z nich jest uszkodzenie tylnej strony. Podczas gdy przednia szklana tafla chroni ogniwa słoneczne przed deszczem, gradem, brudem i gruzem, biała lub czarna plastikowa ścianka tylna ma za zadanie chronić tylną stronę ogniw przed wodą, wilgocią i zarysowaniami. Jednak często ze względu na wybór materiałów niespełniających norm i słabą kontrolę jakości, promieniowanie UV może z czasem spowodować uszkodzenie, pęknięcie lub degradację warstwy spodniej lub tylnej warstwy ochronnej. Ta degradacja może następnie prowadzić do poważniejszych problemów, takich jak wnikanie wilgoci, korozja i upływ ziemi.

 

4. Degradacja indukowana przez światło i podwyższoną temperaturę 

 

Większość nowoczesnych krzemowych krystalicznych paneli słonecznych zawiera technologię ogniw słonecznych PERC, która zwiększa wydajność paneli i została przyjęta przez większość światowych producentów paneli słonecznych. Jednak dopiero niedawno okazało się, że komórki PERC mogą ulegać degradacji wywołanej światłem i podwyższoną temperaturą.

 

5. Mikropęknięcia I gorące punkty

 

Większość nowoczesnych paneli słonecznych jest wytwarzana przy użyciu serii ogniw słonecznych wykonanych z ultracienkich wafli krzemu krystalicznego. Wafle mają zazwyczaj grubość około 0,16 mm lub około dwukrotnie większą niż ludzki włos. Oczywiście płytki i ogniwa są dość kruche i mogą pękać lub pękać pod wpływem dużych naprężeń mechanicznych, takich jak niewłaściwa obsługa podczas instalacji, ekstremalne obciążenia wiatrem lub duży grad. Warto zauważyć, że nie wszystkie ogniwa są kruche, wysokowydajne ogniwa IBC są znacznie mocniejsze ze względu na dużą liczbę tylnych styków, które wzmacniają ogniwo.

 

Drobne mikropęknięcia tworzące się w ogniwie słonecznym mogą prowadzić do powstawania gorących punktów przez kilka lat.

 

Wszelkie nietypowe obciążenia lub naprężenia, takie jak osoby chodzące po panelach słonecznych podczas instalacji lub konserwacji, mogą prowadzić do mikropęknięć, które z czasem mogą tworzyć gorące punkty i ostatecznie prowadzić do awarii panelu. Mikropęknięcia mogą również powstawać podczas transportu, uderzeń, upuszczenia lub nieostrożnego obchodzenia się.

 

Mikropęknięcia

 

Mikropęknięcia mogą być trudne do wykrycia i często początkowo są niewidoczne. Drobne pęknięcia w ogniwach słonecznych są często widoczne na starszych panelach i będą wyglądały jak ślady ślimaków na powierzchni komórki. Złamania te nie zawsze są problematyczne, a panel może nadal dobrze funkcjonować przez wiele lat, nawet przy kilku złamanych komórkach. Jednak mikropęknięcia zaczną stawać się poważniejszym problemem, jeśli zwiększą opór wewnętrzny i przerwą przepływ prądu prowadzącego do gorącego punktu lub gorącego ogniwa. Jest to szczególnie problematyczne, jeśli mikropęknięcie jest bardzo duże lub tworzy się w całej komórce. Na szczęście większość nowoczesnych paneli fotowoltaicznych ma teraz ogniwa cięte na pół z wieloma szynami zbiorczymi, co znacznie zmniejsza szkodliwe skutki mikropęknięć. 

 

Gorące miejsca

 

Ogniwa słoneczne generują prąd elektryczny, który przepływa przez połączone ze sobą ogniwa. Jeśli jest to zagrożone z powodu wewnętrznego błędu lub poważnego mikropęknięcia, zwiększona rezystancja generuje ciepło, co z kolei zwiększa rezystancję i wytwarza więcej ciepła, co powoduje powstanie gorącego punktu . W ciężkich sytuacjach może to nawet spalić komórkę. 

 

Gorące punkty i mikropęknięcia nie zawsze są widoczne gołym okiem i często jedynym sposobem ustalenia, czy panel słoneczny jest naruszony, jest użycie specjalistycznej kamery termowizyjnej, która podkreśli różnicę temperatur między różnymi ogniwami. Warto zauważyć, że regularne zacienianie przez przeszkody na dachu może w niektórych przypadkach powodować powstawanie gorących punktów przez kilka lat ze względu na efekt prądu wstecznego zacienionych komórek.

 

Jak sprawdzić, czy układ fotowoltaiczny ma problem?

Jeśli uważasz, że Twoje panele słoneczne mają awarię lub wydajność wyraźnie spadła, istnieje kilka sposobów na zdiagnozowanie problemu. Pierwszym krokiem jest wizualne sprawdzenie paneli słonecznych pod kątem widocznych oznak awarii lub gromadzenia się brudu, które często mogą powodować rozwój pleśni, co prowadzi do słabej wydajności. Często dobre mycie miękką miotłą i wodą to wszystko, czego potrzebują. 

 

W przypadku systemów z zainstalowaną aplikacją lub monitoringiem internetowym często łatwo jest porównać dzienne wytwarzanie energii słonecznej, mierzone w kWh, z poprzednimi dniami, tygodniami i miesiącami, aby sprawdzić, czy nastąpił znaczny spadek lub zmiana wydajności. Uwaga, lokalny klimat, pory roku i pogoda również będą miały wpływ. Należy również sprawdzić falownik pod kątem widocznych usterek (czerwone światła) i upewnić się, że izolator (wyłącznik automatyczny) w tablicy rozdzielczej nie zadziałał.