Деградация солнечных батарей

Производители солнечных батарей прилагают много усилий, внедряют новые технологии, чтобы сделать солнечные панели надежными. Они должны быть в состоянии противостоять циклическим изменениям погоды и даже экстремальным условиям – сильным морозам и жаре. Несмотря на это, солнечные панели со временем стареют или деградируют – это вполне естественный и неизбежный процесс.  

Скорость деградации солнечных панелей

Деградация солнечной батареи означает, что установка со временем теряет свою выходную мощность. Этот процесс может быть вызван, к примеру, внешними факторами, на которые человек повлиять не может – воздействием ультрафиолета и изменениями погоды. Но есть и другие причины старения, о которых мы поговорим ниже. Нужно понимать, что деградация – совершенно нормальный процесс, и это рано или поздно произойдет. Деградируют абсолютно все солнечные панели. Правда, с разной степенью и скоростью – большинство качественных панелей часто имеют до 90% эффективности производства даже спустя 20-25 лет работы. Степень деградации солнечных батарей обычно учитывается в гарантии качества продукции от их производителей.

В первый год эксплуатации солнечные батареи обычно подвергаются кратковременной деградации в диапазоне от менее 1% до 3%. После этого, согласно ряду исследований, их производительность снижается в среднем на 0,8% до 0,9% ежегодно. 

Например, если краткосрочная деградация панели в первый год составит 2%, то на втором году работы такие панели будут работать на 98% от их первоначальной производительности. В дальнейшем, если предположить, что каждый год производительность панелей будет снижаться на 0,8%, спустя в 25 лет своего «полезного срока службы они все равно будут работать достаточно эффективно – этот показатель составит 78,8%.

Таким образом, чтобы определить примерную прогнозируемую мощность солнечных панелей через N-е количество лет, нужно умножить степень деградации на это количество лет (ожидаемой работы панелей) и вычесть получившееся число из 100(%).

Заметим, что качественные солнечные панели деградируют менее интенсивно, скорость их деградации обычно меньше и поэтому снижение эффективности не будет слишком сильно влиять на производительность всей вашей системы. Степень деградации можно примерно оценить еще в момент покупки – обычно бренды, выпускающие солнечные панели, заявляют  эти показатели в своей гарантии на эффективность. Не забудьте также оценить и гарантию на продукт (оборудование) – производственные дефекты тоже влияют на срок службы панелей и их выходную мощность. Гарантия производительности вашей солнечной панели, которая составляет у современных панелей 20–25 лет (иногда доходит до 30 лет), даст вам приблизительное представление о том, какое количество электроэнергии будет генерировать ваша солнечная панель, и как оно будет меняться с течением времени.

Учтите, что производители солнечных панелей дают гарантию с «запасом прочности» – то есть в процессе работы панель может работать дольше, чем заявлено в гарантии. Например, если производитель обещает, что через 20–25 лет панель будет работать с эффективностью около 80% от начальной величины, то на практике чаще всего деградация будет ниже и составит 10-12%.

Типы деградации солнечных панелей

  • Деградация, вызванная светом (LID – от англ. Light Induced Degradation) – возникает, когда солнечная панель впервые подвергается воздействию солнечной радиации, в результате ее фотопроводимость уменьшается. Это считается этапом «настройки» панели, также называемым «начальным ухудшением» или краткосрочной деградацией, и происходит в течение первых 1000 часов работы. Эффективность панелей на этом этапе снижается в среднем на 1–3% и после этого стабилизируется. Такой тип деградации присущ преимущественно монокристаллическим панелям.
  • Потенциальная деградация (PIDот англ. Potential Induced Degradation) – данный тип деградации не всегда происходит, но если это случится, производительность панели может снизиться вплоть до 30%. Подвержены ей все типы панелей (моно- и поликристаллические, а также тонкопленочные). В некоторых случаях потенциальная деградация может быть обратимой, но этот процесс всегда является достаточно непростой технической проблемой, которая требует немедленного решения.  Потенциальная деградация возникает, когда разные компоненты в системе находятся под разными напряжениями. Например, при разности потенциалов между солнечными элементами и рамкой (монтажной конструкцией, алюминиевым или стальным каркасом). Такое отклонение вызывает утечку напряжения и, следовательно, снижает выходную мощность панели. Основная причина такого явления – поляризация, то есть потенциал солнечных батарей по отношению к земле. Предотвратить подобную деградацию и даже восстановить работу узлов, которые подверглись ей, поможет заземление положительного электрода. По сути, потенциальная деградация – это появление токов утечки в полостях между пластинами полупроводника и другими составляющими фотомодуля. Последний при этом теряет способность создавать заявленное «на выходе» напряжение.
  • Деградация, связанная со старением. Солнечные модули подвержены влиянию внешних факторов, что неизбежно – это естественный износ солнечных панелей. Такие процессы старения происходят из-за химических реакций в полупроводниках, вызывающих кристаллические затвердения, а также из-за загрязнения фотомодулей, климатических условий, погоды, влияния ультрафиолета. Обычно данный тип деградации необратим, и с экономической точки зрения смысла в его устранении нет.

Почему деградируют солнечные панели

  1. Фактором, который может ускорить скорость деградации, является качество материалов, используемых при изготовлении панелей. Чтобы сохранить низкие цены, некоторые производители используют для рамы алюминий меньшей толщины, что делает конструкцию более тонкой и уязвимой к деградации. Вот почему выбор дешевой солнечной панели может увеличить риск ее плохой работы или выхода из строя деталей системы. В долгосрочной перспективе такая экономия обойдется вам дороже.
  2. Степень деградации солнечной батареи и ее срок службы зависят от типа  панели. Например, кристаллические панели имеют большую устойчивость к нормальному износу, чем тонкопленочные, что отражено в их гарантиях и сроках службы. Например, в обычных условиях кристаллические панели могут выдерживать экстремальные температуры и холода в течение более 20 лет. Пленочные панели при таких же условиях прослужат не более 5 лет.
  3. При воздействии экстремальных климатических условий солнечная панель из кристаллического кремния (Si) может сильно деградировать. Например, панель, подверженная сильным снеговым нагрузкам, ветрам и теплу, теряет свою структурную целостность и эффективность. Тогда как скорость деградации панелей, установленных в благоприятном климате, будет существенно ниже
  4. Проблемы при соединении с другими элементами. Обычно солнечные панели не являются хрупкими, практически не подвержены каким-то поломкам. Но при соединении их с другими элементами солнечной установки либо объединении их в массивы следует соблюдать осторожность. Нужно учитывать не только безопасность солнечных панелей, но и всей подключенной системы, правильно соединять ее элементы в соответствии с их техническими параметрами.
  5. Механические повреждения. Хотя производители используют закаленное стекло для дополнительной защиты, постоянные нагрузки могут стать причиной микротрещин в фотоэлементах, из-за чего процесс деградации может ускориться. Также может испортиться антибликовое/антиотражающее покрытие. Эти разрушения вызывает нагрев поверхности панелей, воздействие ультрафиолета и загрязняющих веществ.
  6. Самый распространенный фактор, влияющий на срок службы и скорость деградации панелей – загрязнение. Крошечные частицы пыли и грязи накапливаются постепенно на поверхности солнечной батареи, тем самым снижая количество солнечного света, получаемого фотоэлементами. Исследования показали, что из-за этого солнечная панель может потерять около 1% своей эффективности. Более того, эти панели с большей вероятностью теряют свою мощность из-за загрязнения при установке на плоскую поверхность. Хотя солнечные панели достаточно легко установить на плоских крышах, это приводит к накоплению большего количества пыли на панелях и, соответственно, более быстрой их деградации.
  7. Большую роль в деградации играют погодные катаклизмы. Сильные шквалы, ураганы, бури, снег, крупный град, упавшие ветви деревьев из-за ветра – все эти факторы могут значительно повредить солнечные батареи и ускорить их деградацию. Это нужно учитывать при установке панелей, например, выбирать места в значительном отдалении от деревьев.
  8. Угрозу структурной целостности солнечной панели несут также птицы, которые любят устраивать гнезда под панелями.
  9. Принимая решение о покупке солнечных панелей, обязательно учитывайте степень их деградации, поскольку в итоге этот показатель может повлиять срок окупаемости установки.
  10. Зная основные причины деградации, можно сгладить некоторые моменты и попытаться замедлить ее в тех случаях, в которых это возможно. О том, что для этого нужно сделать, мы поговорим в следующих публикациях.  

Оставьте комментарий