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 (PID – от 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
- 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.
- 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.
- 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
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- Угрозу структурной целостности солнечной панели несут также птицы, которые любят устраивать гнезда под панелями.
- Принимая решение о покупке солнечных панелей, обязательно учитывайте степень их деградации, поскольку в итоге этот показатель может повлиять срок окупаемости установки.
- 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.