Ηλιακές φωτοβολταϊκές μονάδες και ανεπάρκειες

Πηγή: ee.co.za

Ο σύγχρονος ηλιακός φωτοβολταϊκός εξοπλισμός έχει σχεδιαστεί για αξιόπιστη λειτουργία καθ 'όλη τη διάρκεια ζωής του προϊόντος. Παρόλα αυτά, εξακολουθούν να εμφανίζονται ελαττώματα και πρόωρες αποτυχίες που μπορεί να επηρεάσουν την απόδοση ενός προϊόντος.

Η αξιοπιστία και η ποιότητα σχεδιάζονται και ενσωματώνονται στον σύγχρονο φωτοβολταϊκό εξοπλισμό. Οι τεχνικές μαζικής παραγωγής, μολονότι είναι ελεγχόμενες και χαμηλής ποιότητας, μπορούν ακόμα να εισάγουν κατασκευαστικά ελαττώματα στο προϊόν και η τοποθέτηση σε πεδία, καθώς και η μεταφορά μπορούν να προκαλέσουν ζημιά, τα οποία μπορούν να συντομεύσουν τη διάρκεια ζωής των προϊόντων.

Ένας βασικός παράγοντας μείωσης του κόστους των φωτοβολταϊκών συστημάτων είναι η αύξηση της αξιοπιστίας και του χρόνου ζωής των φωτοβολταϊκών μονάδων. Οι σημερινές στατιστικές παρουσιάζουν ποσοστά υποβάθμισης της ονομαστικής ισχύος των φωτοβολταϊκών μονάδων κρυσταλλικού πυριτίου 0,8% / έτος [1]. Αν και τα σύγχρονα προϊόντα έχουν σχεδιαστεί για να κάνουν χρήση υλικών υψηλότερης ποιότητας και μηχανοποιημένης κατασκευής, ο ανταγωνισμός των τιμών έχει οδηγήσει σε λεπτότερη και λιγότερο υλικό που χρησιμοποιείται στην κατασκευή πάνελ. Επιπλέον, υπάρχουν ενδείξεις ότι ορισμένοι κατασκευαστές έχουν επανέλθει στη χρήση χαμηλότερης ποιότητας υλικών για τη μείωση των τιμών.

Η πρόωρη αποτυχία των πάνελ μπορεί να έχει σημαντικές οικονομικές επιπτώσεις για τις φωτοβολταϊκές εγκαταστάσεις, καθώς το κύριο κόστος κύκλου ζωής είναι το κεφάλαιο. Η βλάβη της φωτοβολταϊκής μονάδας είναι αποτέλεσμα που είτε υποβαθμίζει την ισχύ της μονάδας, η οποία δεν αντιστρέφεται με κανονική λειτουργία, ούτε δημιουργεί πρόβλημα ασφάλειας.

Ένα καθαρά καλλυντικό ζήτημα που δεν έχει καμία από αυτές τις συνέπειες δεν θεωρείται αποτυχία φωτοβολταϊκής μονάδας. Η βλάβη της φωτοβολταϊκής μονάδας είναι συναφής με την εγγύηση όταν συμβαίνει υπό συνθήκες που η μονάδα συναντά κανονικά [1].

Συνήθως οι αποτυχίες των προϊόντων χωρίζονται στις ακόλουθες τρεις κατηγορίες:

• Βλάβες στα βρέφη

• Αποτυχίες στη μέση ζωή

• Αποτυχίες φθοράς

Το σχήμα 1 δείχνει παραδείγματα για αυτούς τους τρεις τύπους βλαβών για τις φωτοβολταϊκές μονάδες. Εκτός από αυτές τις αστοχίες των δομοστοιχείων, πολλές φωτοβολταϊκές μονάδες παρουσιάζουν υποβάθμιση της ισχύος που προκαλείται από το φως (LID) αμέσως μετά την εγκατάσταση. Το LID είναι ένας τύπος αστοχίας που συμβαίνει οπωσδήποτε και η ονομαστική ισχύς που εκτυπώνεται στην ετικέτα της φωτοβολταϊκής μονάδας ρυθμίζεται συνήθως από την αναμενόμενη τυποποιημένη απώλεια κορεσμένης ισχύος λόγω αυτής της βλάβης.

Εικόνα 1: Τρία τυπικά σενάρια αποτυχίας για κρυσταλλικά φωτοβολταϊκά δομοστοιχεία [1].

LID: Αποικοδόμηση που προκαλείται από το φως
PID: Ενδεχόμενη υποβάθμιση
EVA: Οξικός βινυλεστέρας αιθυλενίου
J-box: Κουτί σύνδεσης

Σφάλμα και αποτυχία

Δεν είναι διαθέσιμες λεπτομερείς μελέτες για τη βλάβη στην κυκλοφορία καθ 'όλη τη διάρκεια ζωής των πάνελ, καθώς οι περισσότερες εγκαταστάσεις είναι πρόσφατες και οι προμηθευτές διστάζουν να απελευθερώσουν τέτοια στοιχεία. Οι αναφορές των μελετών για τη βρεφική θνησιμότητα, δηλαδή η αποτυχία κατά την εγκατάσταση, δίνουν στοιχεία μεταξύ 1 και 2% όλων των εγκατεστημένων πινάκων [3]. Έχουν πραγματοποιηθεί αρκετές μελέτες προσομοίωσης με επιταχυνόμενη διάρκεια ζωής, αλλά σε περιορισμένο αριθμό πάνελ.

Η BP Solar ανέφερε ποσοστό αποτυχίας 0,13% σε περίοδο οκτώ ετών για τα πάνελ Solarex c-Si και η Sandia National Laboratories προέβλεψε ποσοστό αποτυχίας 0,05% ετησίως βάσει δεδομένων πεδίου [4]. Ωστόσο, πρόκειται για βραχυπρόθεσμα αριθμητικά στοιχεία για την πρώιμη ζωή και δεν υπάρχουν αριθμητικά στοιχεία για τις καθυστερημένες βλάβες στη ζωή για εγκαταστάσεις μεγάλης κλίμακας.

Σημαντικά ελαττώματα και αποτυχίες

Οι βλάβες μπορούν να χωριστούν σε τύπους αποτυχίας που σχετίζονται με την απόδοση και την ασφάλεια. Οι αστοχίες που σχετίζονται με την ασφάλεια θα μπορούσαν να προκαλέσουν ζημιές στην ιδιοκτησία ή τραυματισμό του προσωπικού. Οι αστοχίες που σχετίζονται με την απόδοση έχουν ως αποτέλεσμα απώλεια ή μείωση της ισχύος εξόδου.

Ελαττώματα εμφανίζονται στις ακόλουθες περιοχές:

• Τα πλακίδια ή τα κελιά σε κρυσταλλικά φωτοβολταϊκά προϊόντα

• Η ενθυλάκωση

• Η γυάλινη βάση

• Εσωτερική καλωδίωση

• Πλαίσιο και εξαρτήματα

• Τα άμορφα στρώματα στην άμορφη PV

Βαφές κεφαλής ή κυττάρων

Η υποβάθμιση της απόδοσης της κυψέλης είναι φυσιολογική κατά τη διάρκεια της ζωής του κυττάρου και δεν θεωρείται ως βλάβη ή βλάβη εκτός εάν ο ρυθμός υποβάθμισης υπερβαίνει τα κανονικά όρια. Η πλειοψηφία των βλαβών των πλακιδίων ή των κυττάρων θα είναι ρωγμές του δίσκου και ζημιές σε συνδέσεις και αγωγούς. Μικρότερα ελαττώματα προκύπτουν από την πρόκληση ζημιών κατά της ανακλαστικής επίστρωσης (ARC) και τη διάβρωση των κυψελών. Η ελαφρά επαγόμενη απόσβεση σε άμορφα ηλιακά πάνελ είναι ένα γνωστό αποτέλεσμα και δεν θεωρείται απαραίτητα ως αποτυχία. Η πιθανή επακόλουθη υποβάθμιση είναι ένα νέο φαινόμενο που εμφανίστηκε ως αποτέλεσμα των ολοένα και υψηλότερων τάσεων που χρησιμοποιούνται στα φωτοβολταϊκά συστήματα.

Αντιανακλαστική αποκόλληση επίστρωσης

Μια αντιανακλαστική επικάλυψη (ARC) αυξάνει τη δέσμευση του φωτός και επομένως αυξάνει τη μετατροπή ισχύος της μονάδας. Η αποκόλληση ARC συμβαίνει όταν η αντι-αντανακλαστική επικάλυψη βγαίνει από την επιφάνεια του πυριτίου του κυττάρου. Αυτό δεν αποτελεί σοβαρό ελάττωμα εκτός αν υπάρχει μεγάλη αποκόλληση [2]. Η έρευνα έχει δείξει ότι οι ιδιότητες του ARC είναι ένας παράγοντας που προκαλεί τον PID.

Κυτταρική ρωγμή

Οι ρωγμές στις φωτοβολταϊκές μονάδες είναι πανταχού παρούσες. Μπορούν να αναπτυχθούν σε διαφορετικά στάδια της διάρκειας ζωής της ενότητας.

Κατά τη διάρκεια της κατασκευής ειδικότερα, η συγκόλληση προκαλεί υψηλές καταπονήσεις στα κύτταρα. Ο χειρισμός και οι δονήσεις στη μεταφορά μπορούν να προκαλέσουν ή να διαστέλλουν ρωγμές [4]. Τέλος, μια μονάδα στο πεδίο αντιμετωπίζει μηχανικά φορτία λόγω του ανέμου (πίεση και κραδασμοί) και του χιονιού (πίεση).

Μικρο-ρωγμές μπορεί να προκληθούν ή να επιδεινωθούν από:

• Κατασκευή

• Μεταφορά

• Εγκατάσταση

• Εργασιακή πίεση (θερμική και άλλη)

Τα κρυσταλλικά πλακίδια έχουν αυξηθεί σε μέγεθος και έχουν μειωθεί σε πάχος κατά τη διάρκεια των ετών, αυξάνοντας τις πιθανότητες θραύσης και ρωγμών. Οι ρωγμές των ηλιακών κυψελών αποτελούν πραγματικό πρόβλημα για τις φωτοβολταϊκές μονάδες, καθώς είναι δύσκολο να αποφευχθούν και μέχρι τώρα είναι σχεδόν αδύνατο να ποσοτικοποιηθούν οι επιπτώσεις τους στην αποτελεσματικότητα της μονάδας κατά τη διάρκεια της ζωής της. Συγκεκριμένα, η παρουσία μικροκοπών μπορεί να έχει μόνο οριακή επίδραση στη δύναμη μιας νέας μονάδας, εφόσον τα διαφορετικά μέρη των κυψελών είναι ακόμη ηλεκτρικά συνδεδεμένα.

Καθώς η μονάδα ωριμάζει και υφίσταται θερμικές και μηχανικές καταπονήσεις, μπορούν να εισαχθούν ρωγμές. Μια επαναλαμβανόμενη σχετική κίνηση των ραγισμένων κυτταρικών τμημάτων μπορεί να οδηγήσει σε πλήρη διαχωρισμό, με αποτέλεσμα τα ανενεργά τμήματα κυττάρων. Για αυτή την ειδική περίπτωση είναι δυνατή μια σαφής αξιολόγηση της απώλειας ισχύος. Για μια φωτοβολταϊκή μονάδα των 60 W, 230 W, η απώλεια των κυψελίδων είναι αποδεκτή όσο το χαμένο τμήμα είναι μικρότερο από το 8% της περιοχής κυψελών [3].

Εικόνα 2: Διαδρομές με σαλιγκάρια λόγω μικρο-ρωγμών στα κύτταρα [1].

Μικρο-ρωγμές είναι ρωγμές στο υπόστρωμα πυριτίου των φωτοβολταϊκών κυττάρων που συχνά δεν μπορούν να παρατηρηθούν με γυμνό μάτι. Οι ρωγμές μπορούν να σχηματιστούν σε διαφορετικά μήκη και προσανατολισμό σε ένα ηλιακό στοιχείο. Ο τεμαχισμός των τεμαχίων, η παραγωγή κελυφών και η διαδικασία ενσωμάτωσης κατά τη διάρκεια της διαδικασίας παραγωγής προκαλούν ρωγμές κυττάρων στα φωτοβολταϊκά κύτταρα. Η διαδικασία χορδίσματος των ηλιακών κυψελών παρουσιάζει ιδιαίτερα υψηλό κίνδυνο εισαγωγής ρωγμών [1].

Υπάρχουν τρεις διαφορετικές πηγές μικρο-ρωγμών κατά τη διάρκεια της παραγωγής. το καθένα έχει τη δική του πιθανότητα εμφάνισης:

• Οι ρωγμές που ξεκινούν από την ταινία διασύνδεσης κυψελών προκαλούνται από την παραμένουσα τάση που προκαλείται από τη διαδικασία συγκόλλησης. Αυτές οι ρωγμές βρίσκονται συχνά στο άκρο ή στο σημείο έναρξης του συνδετήρα, επειδή υπάρχει η υψηλότερη υπολειμματική τάση. Αυτός ο τύπος ρωγμών είναι ο πιο συχνός.

• Η λεγόμενη διασταυρούμενη ρωγμή, η οποία προκαλείται από μηχανήματα που πιέζουν το δίσκο κατά την παραγωγή.

• Ρωγμές που ξεκινούν από την άκρη της κυψέλης προκαλούνται από το κελί που προσκρούει σε ένα σκληρό αντικείμενο.

Μόλις παρουσιαστούν ρωγμές κυψελών σε μια ηλιακή μονάδα, υπάρχει αυξημένος κίνδυνος ότι κατά τη λειτουργία της ηλιακής μονάδας οι ρωγμές των μικρών κυψελών μπορούν να αναπτυχθούν σε μακρύτερες και ευρύτερες ρωγμές. Αυτό οφείλεται στη μηχανική καταπόνηση που προκαλείται από το φορτίο του ανέμου ή του χιονιού και τη θερμική μηχανική καταπόνηση στις ηλιακές μονάδες λόγω διακυμάνσεων της θερμοκρασίας που προκαλούνται από τα σύννεφα και τις διακυμάνσεις των καιρικών συνθηκών.

Οι μικρο-ρωγμές μπορεί να έχουν διαφορετικές προελεύσεις και να έχουν ως αποτέλεσμα "μαλακές" εξελίξεις, όπως μείωση θραύσης των τμημάτων του επηρεαζόμενου κυττάρου μέχρι πιο σοβαρές επιπτώσεις που συνεπάγονται μειώσεις του ρεύματος βραχυκυκλώματος και της αποτελεσματικότητας των κυττάρων. Οπτικά, οι μικρο-ρωγμές μπορεί να εμφανιστούν με τη μορφή των λεγόμενων "διαδρομών σαλιγκαριού" στη δομή των κυττάρων. Ωστόσο, τα μονοπάτια σαλιγκαριών - ως σημάδι μακροπρόθεσμου αντίκτυπου - μπορεί επίσης να είναι το αποτέλεσμα της χημικής διαδικασίας που προκαλεί την αλλαγή της επιφάνειας του κυττάρου ή / και των θερμών σημείων.

Ανάλογα με το σχέδιο ρωγμών των μεγαλύτερων ρωγμών, η θερμική, η μηχανική καταπόνηση και η υγρασία μπορεί να οδηγήσουν σε "νεκρά" ή "ανενεργά" κυτταρικά μέρη που προκαλούν απώλεια ισχύος εξόδου από το φωτοβολταϊκό κύτταρο που επηρεάζεται. Ένα νεκρό ή ανενεργό τμήμα κυψελίδας σημαίνει ότι αυτό το συγκεκριμένο τμήμα του φωτοβολταϊκού στοιχείου δεν συμβάλλει πλέον στη συνολική ισχύ εξόδου της ηλιακής μονάδας. Όταν αυτό το νεκρό ή ανενεργό τμήμα του φωτοβολταϊκού στοιχείου είναι μεγαλύτερο από το 8% της συνολικής κυτταρικής περιοχής, αυτό θα οδηγήσει σε απώλεια ισχύος περίπου γραμμικά αυξανόμενη με την αδρανή περιοχή κυττάρων [1].

Οι ρωγμές ενδέχεται να αναπτυχθούν σε μεγαλύτερο χρονικό διάστημα λειτουργίας και συνεπώς επεκτείνουν τις κακόβουλες επιπτώσεις τους στη λειτουργικότητα και την απόδοση μιας φωτοβολταϊκής μονάδας, ενδεχομένως προκαλώντας καυτά σημεία. Ανεπιθύμητες, οι μικρο-ρωγμές μπορούν να οδηγήσουν σε λιγότερο από την αναμενόμενη διάρκεια ζωής του πεδίου. Διαφέρουν σε μέγεθος, θέση στο κελί και ποιότητα κρούσης.

Μικρές ρωγμές μπορούν να ανιχνευθούν στον τομέα πριν από την εγκατάσταση και κατά τη διάρκεια ζωής ενός έργου. Υπάρχουν διαφορετικές μέθοδοι δοκιμής ποιότητας για τον εντοπισμό μικρών ρωγμών, των οποίων η δοκιμή ανίχνευσης ρωγμών με ηλεκτροφωταύγεια (EL) ή ανίχνευση ρωγμών ηλεκτροφωταύγειας (ELCD) είναι μία από τις πιο εφαρμοζόμενες μεθόδους. Οι δοκιμές EL μπορούν να ανιχνεύσουν κρυμμένα ελαττώματα που δεν ήταν δυνατό να εντοπιστούν από άλλες μεθόδους δοκιμών, όπως η υπέρυθρη απεικόνιση (IR) με θερμικές κάμερες, χαρακτηριστικά VA και δοκιμές φλας [1]. Ορισμένοι κατασκευαστές συστήνουν την τακτική επιθεώρηση των εγκατεστημένων πάνελ καθ 'όλη τη διάρκεια ζωής τους [3].

Σφάλματα εγκλωβισμού

Ένα ηλιακό πάνελ είναι ένα "σάντουιτς", αποτελούμενο από διαφορετικά στρώματα υλικών (Εικ. 3).

Εικ. 3: Στοιχεία της φωτοβολταϊκής μονάδας [2].

Τα υλικά εγκλεισμού χρησιμοποιούνται για:

• Αντοχή στη θερμότητα, την υγρασία, την υπεριώδη ακτινοβολία και τον θερμικό κύκλο

• Παρέχετε καλή προσκόλληση

• Οπτικά ζευγάρι γυαλί στα κύτταρα

• Απομονώνετε ηλεκτρικά εξαρτήματα

• Ελέγξτε, μειώστε ή εξαλείψτε την εισροή υγρασίας

Το πιο συνηθισμένο υλικό που χρησιμοποιείται για την ενθυλάκωση είναι ο οξικός βινυλεστέρας αιθαλίνης (EVA). Η αποτυχία της εγκαψούλωσης μπορεί να προκαλέσει βλάβη ή φθορά της φωτοβολταϊκής μονάδας.

Αποτυχία πρόσφυσης

Η πρόσφυση μεταξύ του γυαλιού, της εγκαψούλωσης, των ενεργών στρωμάτων και των πίσω στρώσεων μπορεί να υπονομευθεί για πολλούς λόγους. Οι λεπτές μεμβράνες και άλλοι τύποι φωτοβολταϊκής τεχνολογίας μπορούν επίσης να περιέχουν ένα διαφανές αγώγιμο οξείδιο (TCO) ή παρόμοιο στρώμα το οποίο μπορεί να αποφλοιωθεί από ένα παρακείμενο γυάλινο στρώμα.

Τυπικά, εάν η πρόσφυση υπονομεύεται λόγω μόλυνσης (π.χ. ακατάλληλος καθαρισμός του γυαλιού) ή περιβαλλοντικών παραγόντων, θα υπάρξει αποκόλληση, ακολουθούμενη από εισροή υγρασίας και διάβρωση. Η αποελασματοποίηση σε διασυνδέσεις εντός της οπτικής διαδρομής θα έχει ως αποτέλεσμα την οπτική ανάκλαση (π.χ. έως 4%, απώλεια ισχύος, σε μια ενιαία διεπαφή αέρος / πολυμερούς) και επακόλουθη απώλεια ρεύματος (ισχύος) από τα δομοστοιχεία [1].

Παραγωγή οξικού οξέος

Τα φύλλα EVA αντιδρούν με την υγρασία για να σχηματίσουν οξικό οξύ που επιταχύνει τη διαδικασία διάβρωσης του εσωτερικού στοιχείου των εξαρτημάτων της φωτοβολταϊκής μονάδας. Αυτό μπορεί επίσης να προκύψει από τη διαδικασία γήρανσης του EVA και μπορεί να επιτεθεί σε επαφές αργύρου και να επηρεάσει την κυτταρική παραγωγή. Για τα διαπερατά πίσω φύλλα, αυτό δεν αποτελεί πρόβλημα επειδή το οξικό οξύ μπορεί να διαφύγει. Ωστόσο, για αδιαπέραστα πίσω φύλλα, αυτό το ελάττωμα μπορεί να προκαλέσει σημαντικές απώλειες ενέργειας με την πάροδο του χρόνου.

Αποχρωματισμός εγκλεισμού

Αυτό θα έχει ως αποτέλεσμα κάποια απώλεια μετάδοσης και συνεπώς μειωμένη ισχύ. Ο αποχρωματισμός οφείλεται στο λεύκανση οξυγόνου, οπότε με ένα αναπνεύσιμο πίσω φύλλο το κέντρο των κυττάρων αποχρωματίζεται ενώ οι εξωτερικοί δακτύλιοι παραμένουν διαυγείς. Αυτό μπορεί να συμβεί λόγω κακής διασύνδεσης και / ή προσθέτων στη σύνθεση EVA.

Εικ. 4: Αποχρωματισμένο EVA [5].

Χωρίς συγκέντρωση χρειάζονται πέντε έως δέκα χρόνια για να διαπιστωθεί ο αποχρωματισμός και για να ξεκινήσει αισθητά η μείωση της ισχύος εξόδου. Δεν είναι η ίδια η EVA που αποχρωματίζει, αλλά τα πρόσθετα στη σύνθεση. Αυτό το ελάττωμα μπορεί να αποτρέψει την είσοδο φώτων στο πάνελ [5].

Αποκόλληση

Η αποελασματοποίηση είναι ο διαχωρισμός του ενθυλακωτικού από το γυαλί ή το κύτταρο. Η αποκόλληση μπορεί να είναι μεταξύ υπερκείμενου υλικού (γυαλιού), υποστρώματος (οπίσθιου φύλλου) και εγκλωβισμού ή μεταξύ εγκλωβισμού και κυττάρων. Η αποκόλληση από το μπροστινό γυαλί μπορεί να συμβεί εξαιτίας της κακής προσκόλλησης EVA ή των φτωχών διαδικασιών καθαρισμού γυαλιού κατά τη διάρκεια της διαδικασίας κατασκευής. Αυτό το ελάττωμα μπορεί να εμποδίσει το φως να φτάσει στον πίνακα. Το πρόβλημα μπορεί να γίνει πιο σοβαρό εάν συσσωρευτεί υγρασία στο κενό και δημιουργεί βραχυκύκλωμα κοντά στα καλώδια συγκόλλησης.

Η αποκόλληση από το κύτταρο πιθανότατα προκαλείται από κακή διασταυρούμενη σύνδεση ή μόλυνση της κυτταρικής επιφάνειας. Αυτό το ελάττωμα μπορεί να είναι σοβαρό, διότι όταν δημιουργείται μια φυσαλίδα αέρα στο έλασμα, υπάρχει η δυνατότητα συσσώρευσης υγρασίας και βραχυκυκλώματος. Αποστρωμάτωση από το ένθετο συμβαίνει εάν το EVA δεν προσκολλάται καλά στο ένθετο κατά τη διάρκεια της κατασκευής.

Οι νέες οδοί και η επακόλουθη διάβρωση μετά την αποκόλληση μειώνουν την απόδοση της μονάδας, αλλά δεν δημιουργούν αυτομάτως ζήτημα ασφάλειας. Η αποκόλληση του πίσω φύλλου, ωστόσο, μπορεί να επιτρέψει τη δυνατότητα έκθεσης σε ενεργά ηλεκτρικά εξαρτήματα. Όταν ένα δομοστοιχείο είναι κατασκευασμένο με γυάλινα μπροστινά και πίσω φύλλα, μπορεί να υπάρχουν πρόσθετες καταπονήσεις που ενισχύουν την αποκόλληση ή / και τη θραύση του γυαλιού.

Απώλειες πίσω φύλλου

Το πίσω φύλλο μιας μονάδας χρησιμεύει τόσο για την προστασία των ηλεκτρονικών εξαρτημάτων από την άμεση έκθεση στο περιβάλλον όσο και για την ασφαλή λειτουργία παρουσία υψηλών τάσεων DC. Τα πίσω φύλλα μπορούν να αποτελούνται από γυαλί ή πολυμερή και μπορούν να ενσωματώνουν μεταλλικό φύλλο.

Σχήμα 5: Αποκόλληση με στρώσεις (Rycroft).

Συνήθως, ένα πίσω φύλλο αποτελείται από μια πολυστρωματική δομή με ένα πολύ σταθερό και ανθεκτικό στην υπεριώδη πολυμερές, συχνά ένα φθοροπολυμερές στο εξωτερικό, άμεσα εκτεθειμένο στο περιβάλλον, ένα εσωτερικό στρώμα από ΡΕΤ, ακολουθούμενο από το στρώμα εγκαψούλωσης [1] .

Όταν χρησιμοποιείται ένα πίσω γυαλί αντί για ένα πίσω φύλλο, μπορεί να αποτύχει με σπάσιμο. Εάν το δομοστοιχείο κατασκευάζεται ως συσκευή λεπτού φιλμ στο οπίσθιο φύλλο (υπόστρωμα CIGS), τότε αυτό παρουσιάζει σημαντικό κίνδυνο ασφάλειας πέρα από τη σημαντική ή, πιθανότατα, πλήρη απώλεια ισχύος για την ενότητα αυτή. Μπορεί να υπάρχει ένα μικρό κενό κατά μήκος των ρωγμών και κάποια τάση που είναι ικανή να παράγει και να διατηρεί ένα ηλεκτρικό τόξο.

Εάν αυτό συμβαίνει σε συνδυασμό με την αποτυχία μιας διόδου παράκαμψης, ολόκληρη η τάση του συστήματος θα μπορούσε να υπάρχει σε ολόκληρο το κενό δημιουργώντας ένα μεγάλο και παρατεταμένο τόξο το οποίο είναι πιθανό να λιώσει το γυαλί, ενδεχομένως ξεκινώντας μια φωτιά. Ωστόσο, εάν ένα γυάλινο πίσω φύλλο θα έσπαζε σε μια τυπική κρυσταλλική μονάδα Si, θα υπήρχε ακόμη ένα στρώμα εγκλωβισμού για να παρέχει ένα μικρό μέτρο ηλεκτρικής απομόνωσης.

Η αποκόλληση από το EVA μπορεί να συμβεί εξαιτίας της κακής προσκόλλησης μεταξύ του EVA και του οπίσθιου φύλλου ή αν το στρώμα προσκόλλησης του οπίσθιου φύλλου έχει καταστραφεί από την έκθεση στην υπεριώδη ακτινοβολία ή από την αύξηση της θερμοκρασίας.

Η εμπρόσθια πλευρά κιτρινίσματος προκαλείται από αποικοδόμηση του πολυμερούς που χρησιμοποιείται για την προαγωγή της προσκόλλησης του συγκεκριμένου οπίσθιου φύλλου στο ενθυλακωτικό. Ο κίτρινος χαρακτήρας συχνά συνδέεται με επιδείνωση των μηχανικών ιδιοτήτων. Με αυτό το ελάττωμα, είναι πιθανό ότι το πίσω φύλλο μπορεί τελικά να αποφλοιωθεί και / ή να σπάσει [3].

Το κιτρινίζοντας στην πλευρά του αέρα είναι ένα σημάδι ευαισθησίας στην υπεριώδη ακτινοβολία που μπορεί να επιταχυνθεί από τις υψηλές θερμοκρασίες. Αυτό το ελάττωμα εμφανίζεται επίσης σε ορισμένα πίσω φύλλα ως αποτέλεσμα της θερμικής υποβάθμισης. Ο κίτρινος χαρακτήρας συχνά συνδέεται με επιδείνωση των μηχανικών ιδιοτήτων. Με αυτό το ελάττωμα, είναι πιθανό ότι το πίσω φύλλο μπορεί τελικά να αποφλοιωθεί και / ή να σπάσει [3].

Ζεστά σημεία

Η θέρμανση θερμού σημείου λαμβάνει χώρα σε μια μονάδα όταν το ρεύμα λειτουργίας της υπερβαίνει το μειωμένο ρεύμα βραχυκυκλώματος (I _sc ) ενός σκιασμένου ή ελαττωματικού στοιχείου ή ομάδας κυψελών. Όταν συμβαίνει μια τέτοια κατάσταση, το επηρεαζόμενο κύτταρο ή ομάδα κυττάρων εξαναγκάζεται σε αντίστροφη προκατάληψη και πρέπει να διαχέει την ισχύ.

Εικ. 6: Κυκλικές ηλιακές κυψελίδες πυριτίου διασυνδεδεμένες σε σειρά με ταινία καρτέλας [6].

Εάν η απόσβεση της ισχύος είναι αρκετά υψηλή ή επαρκώς εντοπισμένη, το αντίστροφο μεροληπτικό στοιχείο μπορεί να υπερθερμανθεί με αποτέλεσμα την τήξη του συγκολλητικού υλικού και / ή του πυριτίου και την αλλοίωση του ενθυλακωτικού και του οπίσθιου φύλλου [5].

Προβλήματα ταινιών αγωγού και αρθρώσεων

Τα ηλιακά στοιχεία είναι εξοπλισμένα με δύο βασικά στοιχεία, την εμπρός και την πίσω επαφή, επιτρέποντας την παράδοση ρεύματος στο εξωτερικό κύκλωμα. Το ρεύμα μεταφέρεται με λωρίδες που συγκολλούνται στις εμπρός και πίσω επαφές. Μια βλάβη της κορδέλας στοιχειοσειράς σχετίζεται με απώλεια ισχύος εξόδου. Διαλείμματα διασύνδεσης συμβαίνουν ως αποτέλεσμα της θερμικής διαστολής και της συστολής ή της επανειλημμένης μηχανικής καταπόνησης. Επιπλέον, η παχύτερη κορδέλα ή οι κορδέλες στην κορδέλα συμβάλλουν στη θραύση των διασυνδέσεων και έχουν ως αποτέλεσμα βραχυκύκλωμα και ανοικτά κύτταρα.

Ένα κρίσιμο τμήμα της μονάδας είναι οι διασυνδέσεις των συγκολλητικών αρμών. Αποτελούνται από πολλά υλικά που συνδέονται μεταξύ τους, συμπεριλαμβανομένου του συγκολλητικού, του λεωφορείου, της κορδέλας και του δίσκου πυριτίου. Αυτά τα υλικά έχουν διαφορετικές θερμικές και μηχανικές ιδιότητες. Κατά τη συγκόλληση, το συγκρότημα αναπτύσσει ζητήματα θερμομηχανικής αξιοπιστίας τα οποία προκαλούνται από διαφορές στον συντελεστή θερμικής διαστολής των δεσμευμένων υλικών. Η συγκόλληση παρέχει μια σύνδεση μεταξύ του ηλεκτροδίου και της κορδέλας.

Η θερμοκρασία της φωτοβολταϊκής μονάδας ποικίλλει ανάλογα με τον τοπικό καιρό, ο οποίος με τη σειρά του επηρεάζει την ταχύτητα υποβάθμισης διασύνδεσης συγκόλλησης. Σε μια ανάλυση μοντελοποίησης πρόβλεψης διάρκειας ζωής αναφέρθηκε ότι για τον ίδιο τύπο φωτοβολταϊκών μονάδων c-Si που βρίσκονται σε διάφορες καιρικές συνθήκες, ο χρόνος ζωής ήταν μικρότερος σε μια έρημο ακολουθούμενος από τους τροπικούς.

Αν και η χρήση της διαδικασίας συγκόλλησης στη συναρμολόγηση ηλιακών κυψελών σε φωτοβολταϊκές μονάδες έχει το πλεονέκτημα ότι αποδίδει προϊόντα που έχουν υψηλή αξιοπιστία με ελάχιστο κόστος παραγωγής, η τεχνολογία συμβαίνει σε υψηλή θερμοκρασία με εγγενή δυνατότητα να παράγει διατμητική τάση στο πλακίδιο πυριτίου. Η αποτυχία και η υποβάθμιση των αρμών συγκόλλησης προκαλεί αύξηση της αντίστασης της σειράς, γεγονός που οδηγεί σε απώλεια ισχύος.

Μονάδες ζωής

Όλα τα παραπάνω σφάλματα συμβάλλουν στην υποβάθμιση και τελική αποτυχία των φωτοβολταϊκών πλαισίων. Οι φωτοβολταϊκές μονάδες είναι σχεδιασμένες να διαρκούν 20 χρόνια ή περισσότερο και οι νέες μονάδες υποβάλλονται σε επιταχυνόμενα προγράμματα δοκιμών που προσομοιώνουν τις επιδράσεις της θερμότητας, της υγρασίας, της κυκλοφορίας της θερμοκρασίας, της υπεριώδους ακτινοβολίας και άλλων παραγόντων [5]. Τα αποτελέσματα των δοκιμαστικών προγραμμάτων που διενεργήθηκαν από την Kohl φαίνονται στο Σχήμα 7 [7].

Εικ. 7: Επιταχυνόμενες δοκιμές γήρανσης στις εμπορικές μονάδες c-Si [7].

Ένα κανονικοποιημένο επίπεδο ισχύος 0,8 λαμβάνεται συνήθως ως τέλος ζωής για ένα φωτοβολταϊκό πάνελ. Από τις καμπύλες δοκιμής φαίνεται ότι τα πάνελ επιδεινώνονται γρήγορα μετά από αυτό το σημείο.

Στις αρχές της δεκαετίας του 1990, δεκαετείς εγγυήσεις ήταν τυπικές. Σήμερα, σχεδόν όλοι οι κατασκευαστές προσφέρουν εγγυήσεις 20 έως 25 ετών. Αλλά μια 25ετής εγγύηση δεν σημαίνει ότι το έργο προστατεύεται. Πρέπει κανείς να θέσει τις ακόλουθες ερωτήσεις:

• Ο προμηθευτής δομοστοιχείων θα είναι γύρω στα 15 χρόνια όταν προκύψουν προβλήματα;

• Μήπως ο προμηθευτής χρηματοδοτεί λογαριασμό μεσεγγύησης για να διασφαλίσει ότι, εάν χάσει, το έργο θα προστατευθεί;

• Μήπως ο προμηθευτής βασίζεται απλώς σε δοκιμές πιστοποίησης IEC για να κάνει ισχυρισμούς για μακροχρόνια ανθεκτικότητα;

• Εάν ο προμηθευτής είναι μόνο για πέντε χρόνια, πώς μπορεί να ισχυριστεί ότι τα δομοστοιχεία διαρκούν 25 χρόνια;

Η αύξηση της διάρκειας των εγγυήσεων είναι ελπιδοφόρα, αλλά ο επενδυτής ή ο κύριος του έργου πρέπει να επανεξετάσει προσεκτικά την εταιρεία που το παρέχει [4].

βιβλιογραφικές αναφορές

[1] IEA: " Επανεξέταση αποτυχιών φωτοβολταϊκών μονάδων ", τελική έκθεση εξωτερικής εργασίας 13, IEA-PVPS, Μάρτιος 2014.
[2] Dupont: " Ένας οδηγός για την κατανόηση των ελαττωμάτων του ηλιακού πίνακα: από την κατασκευή μέχρι τις επιτόπιες μονάδες ", www.dupont.com
[3] Μ. Kontges, et al: " Στατιστικές ρωγμών κρυσταλλικών φωτοβολταϊκών μονάδων ", 26ο Ευρωπαϊκό Συνέδριο και Έκθεση Φωτοβολταϊκής Ηλιακής Ενέργειας, 2011.
[4] E Fitz: " Η επίδραση της αξιοπιστίας των φωτοβολταϊκών μονάδων στη βασική γραμμή ", Renewable Energy World, Μάρτιος 2011.
[5] J Wolgemuth et al: "Λειτουργίες αποτυχίας κρυσταλλικών μονάδων Si ", Εργαστήριο αξιοπιστίας φωτοβολταϊκών μονάδων 2010.
[6] M Zarmai: " Ανασκόπηση των τεχνολογιών διασύνδεσης για τη βελτίωση της φωτοβολταϊκής μονάδας ηλιακού κυττάρου κρυσταλλικού πυριτίου ", Applied Energy, 2015.
[7] M Koehl et al: Αξιοπιστία PV (Cluster II): Αποτελέσματα ενός γερμανικού τετραετούς κοινού έργου - Μέρος Ι, αποτελέσματα επιταχυνόμενων δοκιμών γήρανσης και μοντελοποίησης της υποβάθμισης, 25η EU-PVSEC, 2010.