Пукнатини в соларните панели – бомба със закъснител

Значителна част от панелите, инсталирани във времето около 2010-2012 г., страдат от преждевременно стареене (снимка: CC0 Public Domain)

В Германия има около 10 GW слънчеви модули, които страдат от преждевременно остаряване на задните листове. Засегнати са обекти от всякакъв размер. Сега в страната се подготвя стандарт, който да гарантира безопасността на дефектните модули и да помогне за откриване на проблема при инспекция.

Холгер Шултайс подозира какво ще открие инсталаторът, който инспектира неговата 11-годишна фотоволтаична система, когато техникът идва на проверка миналата есен. Чувал е съседите да са имали проблеми с повреда на инвертора и стринговете и Шултайс предчувства какво ще чуе от инженера.

Задната част на модулите показва пукнатини, подобни на шахматна дъска, някои дори видими отпред. Влагата предизвиква токови утечки между положителните клеми и земята. Около половината модули в 200-киловатовата система на Шултайс са засегнати – в година, когато монтажниците нямат време за ремонти.

Отдавна е известно, че някои „AAA“ фолиа, използвани за направата на задния слой на фотоволтаични панели – изработени от трислоен полиамид и широко разпространени от 2010 до 2013 г. – могат да се окажат крехки и да се разкъсат. „Досега би трябвало вече да сте видели признаците за това у всички модули, засегнати от проблема, независимо дали са инсталирани в наземни системи или на покриви“, казва Бернхард Вайнрайх, управляващ директор на HaWe Engineering. Понякога и по-новото поколение модули, използващи други видове фолио, показват подобно поведение.

Голям проблем

Изчисленията предполагат, че около 15% от слънчевия капацитет на Германия – 10 GW – са засегнати от явлението. Това се равнява на до 2 милиарда евро разходи за подмяна. Предполага се, че досега са открити само малка част от „дефектните“ панели.

Освен паричното изражение, явлението касае и безопасността. Засегнатите модули могат да причинят токов удар, ако се борави с тях при влажно време, и имат по-голям риск от пожар.

При някои силно повредени панели, показващи само малка загуба на производителност, как може да се оцени повредата? Колко дълго могат да работят безопасно такива модули след първите признаци на преждевременно стареене?

Учените са извършили редица тестове, за да оценят проблема, в рамките на проекта „Anomalous“. Констатациите на редица органи – измервателни центрове, университетски лаборатории и др. – бяха представени на фотоволтаичния симпозиум, проведен в Бад Щафелщайн през март.

Цифрите говорят, че проблем има при около 10 GW панели, включително 2 GW силно засегнати, инсталирани между 2010 г. и 2012 г. и още 6 GW, инсталирани между 2004 г. и 2014 г., които включват други типове задни листове. Очаква се и те да се повредят преди края на 20-годишния им живот.

Какво значи това за собствениците?

„Бяхме закупили нашата инсталация като финансова инвестиция и своего рода пенсионно осигуряване“, казва Шултайс. След 10 години масивът вече се е изплатил и започва да носи печалба. По това време Шултайс заменя около 300 засегнати модула със 150 нови, с по-висока мощност.

При по-големите оператори на фотоволтаични системи времето е фактор. Колкото по-дълго може да се отлага подмяната на дефектните панели, толкова по-евтини стават новите. Високите цени на електроенергията в Германия допълнително „наливат вода във воденицата“.

Откриване на дефектите

Констатациите на проекта „Anomalous“ ще предоставят информация за създаването на стандарт за безопасност на оборудването, който се очаква от немския орган по елетротехниката, електрониката и информационните технологии VDE (Verband der Elektrotechnik, Elektronik und Informationstechnik). Очаква се той да стане реалност до края на настоящия месец. Стандартът ще помогне за идентифициране, класифициране и оценка на дефектите на задните листове на фотоволтаичните модули и проследяването на промените в тях.

„В основата на оценката на безопасността стои определението, че фотоволтаичните модули са продукти от клас на защита 2“, казва Бенгт Якел от Центъра за силициева фотоволтаика „Фраунхофер“ (Fraunhofer CSP), един от авторите на очакваните нови спецификации. „Това означава, че обикновените хора без специални познания следва да могат да ги докосват и панелите не трябва да представляват опасност. Ако това вече не е гарантирано за дадена система, то тя трябва да бъде приведена в безопасно състояние. Регламентът ще оценява безопасността с помощта на контролен списък“.

Ключовото значение на инспектирането

Оценяването следва да започва с визуална инспекция и с въпроса дали има наблюдения по отношение на електрическата безопасност, обяснява Якел. Следва да се забелязват издайническите признаци, включително побеляване, обезцветяване, корозия на електрически съединители, пукнатини, разслояване или следи от прогаряне.

Корозията на конекторите на електрически клетки би се считала за нисък риск, например. Зеленото оцветяване при рамката на кръстосани съединители би представлявало среден до висок риск и изисква задното фолио да бъде изследвано по-внимателно от специалист, използващ спектроскопия върху мостра от фолиото, проведена в лаборатория при изпитателен институт. Но това е трудно и сложно за изпълнение.

Има още няколко метода, които биха могли да се приложат – раманов анализ, инфрачервено преобразуване на Фурие и др. Те изискват скъпо оборудване, но могат да идентифицират проблемите доста ясно.

По-трудната част от работата е, че при инспектирането трябва да се възпроизведат всички условия на работа, включително метеорологичната обстановка, при която проблемът се проявява най-осезаемо. А това означава влага, включително като тази, която прониква в панела бавно, при продължителен валеж. При някои панели овлажняването настъпва след 48 часа мокрене.

Дизайнът на системата и метеорологичните условия могат да доведат до висок диапазон на разсейване на резултатите, така че следва да има разпоредби за подпомагане на прехвърлянето на констатациите от серия от измервания в лабораторни условия към полевите условия.

Ричард Рат, управляващ директор на Encome Германия, отбелязва допълнителни проблеми. „Когато се появят повреди в изолацията на 10-годишни инвертори, причината може да е навсякъде от трансформатора до модула“, казва той. „В същото време с полиамидните задни листове често се инсталират кабели, които не са водоустойчиви“.

„Подозирахме кабелите, преди да бъде установено, че всъщност фолиото е причината за повредата“, казва служител на немска компания за инженеринг, доставки и строителство (EPC), пожелал анонимност. При някои фолиа увреждането не е в средата, а е във вид на фини пукнатини само в пространствата между клетките – пукнатини, видими само срещу светлина. В такива случаи влагата прониква странично и отнема дни да изсъхне.

Има ли решение?

Решение на проблема може би има – в последно време са модерни соларните панели стъкло-стъкло, при които вместо заден лист от фолио се използва стъкло. При него пукнатините и уврежданията са лесно видими. Освен това са недвусмислени – стъклото или е здраво, или е спукано и следва да се смени.