Колко е животът на покривните слънчеви панели?

Топлинната деградация на фотоволтаичните панели варира от 0,7% до 1,47% в зависимост от региона, като по-щадящи са условията в по-студени, планински райони, установи скорошно проучване (снимка: CC0 Public Domain)

Покривните соларни панели често се продават чрез дългосрочни заеми или схеми за изплащане, като собствениците на жилища сключват договори за доста години. Но колко дълго ще работят панелите, колко са издръжливи, дали ще успеят да се изплатят и да донесат и някаква печалба на собствениците си?

Животът на фотоволтаичния панел зависи от няколко фактора, включително климат, тип модул и използваната монтажна система, наред с други. Въпреки че няма конкретна „крайна дата“ за живота на соларния панел, загубата на производствен капацитет с течение на времето често принуждава собствениците да „пенсионират“ оборудването.

Мониторингът на изходния капацитет е най-добрият начин за вземане на информирано решение дали панелите да се демонтират или подменят.

Деградация

Загубата на производствените способности на соларните панели с течение на времето е известна като деградация. Обикновено достига около 0,5% за година, според Националната лаборатория за възобновяема енергия на САЩ.

Производителите обикновено дават 25 до 30 години живот на панелите – това е времето, за което ще настъпи деградация, която оправдава прекратяването на използването на панелите и подмяната им с нови. Индустриалният стандарт за производствени гаранции е 25 години за соларен модул.

Ако се приеме за референтна годишна степен на деградация нивото от 0,5% на година, то 20-годишен панел би трябвало да е в състояние да поддържа около 90% от първоначалния си капацитет.

Качеството на панела може да окаже известно влияние върху степента на деградацията. Някои модели на някои марки се отличават с около 0,3% деградация годишно, докато някои се влошават с темпове до 0,80%. Видно е, че тези, коитo деградират с по-високо темпо, след 20 години работа ще са с доста ограничен капацитет.

Значителна част от деградацията се дължи на явление, наречено „потенциално предизвикана деградация“ (PID). Това е проблем, с който се сблъскват някои, но далеч всички панели. PID възниква, когато потенциалът на напрежението на панела и токът на утечка стимулират движението на йоните в модула между полупроводниковия материал и други елементи на модула, например стъкло, стойка или рамка. Това води до намаляване на изходната мощност на модула, в някои случаи значително.

Някои производители изграждат своите панели с материали, които определят като „устойчиви на PID“ съответно със стъклени, капсулиращи и дифузионни бариери.

Всички панели също страдат и от друг проблем – светлинно индуцирано разграждане (LID), при което панелите губят ефективност в рамките на първите часове след като са били изложени на слънце. LID варира за различните панели в зависимост основа на качеството на кристалните силициеви пластини, но обикновено води до еднократна загуба на ефективност от 1-3%, каза тестовата лаборатория PVEL, PV Evolution Labs.

Влияние на времето

Влиянието на метеорологичните условия е основният фактор за разграждането на фотоволтаичния панел. Топлината е ключов фактор както за работата на панела в реално време, така и за влошаването му. Околната топлина влияе отрицателно на производителността и ефективността на електрическите компоненти.

Чрез проверка на информационния лист на производителя обичайно може да се намери температурният коефициент на панела, който демонстрира способността на панела да работи при по-високи температури. Коефициентът дава представа колко ефективност в реално време се губи от всеки градус по Целзий, който е над стандартната температура от 25 градуса по Целзий. Например, температурен коефициент от -0,353% означава, че за всеки градус по Целзий над 25 градуса се губят 0,353% от общия производствен капацитет.

Освен това топлообменът предизвиква разграждането на панела чрез процес, наречен циклично топлинно разширение. Когато е топло, материалите се разширяват, а когато температурата се понижи, се свиват. Това постоянно повтарящо се движение бавно води до образуване на микропукнатини в панела с течение на времето, намалявайки производителността.

В годишното си проучване на Module Score Card лабораторията PVEL анализира 36 действащи слънчеви проекта в Индия и открива значителни въздействия на топлинната деградация. Средното годишно увреждане достигна 1,47%, но масивите, разположени в по-студени, планински райони, се влошават с наполовина по-малка, т.е. с 0,7%.

Правилната инсталация може да помогне за справяне с проблемите, свързани с топлината. Панелите трябва да се монтират на около педя над покрива, така че въздухът да може да преминава отдолу и да охлажда оборудването. В панелната конструкция могат да се използват светли материали, за да се ограничи поглъщането на топлина. Компоненти като инверторите, чиято работа е особено чувствителна към топлина, трябва да бъдат разположени в сенчести кътчета.

Вятърът е друго метеорологично явление, което може да причини известна вреда на слънчевите панели. Силният вятър може да причини огъване на панелите, наречено „динамично механично натоварване“. То също причинява микропукнатини в панелите. Те на свой ред намаляват мощността. Някои монтажни системи са оптимизирани за зони със силен вятър, като предпазват панелите от силните повдигащи сили и ограничават микропукнатините. Обикновено листовката с данни на производителя предоставя информация за максималните ветрове, на които панелът може да издържи.

Същото важи и за снега, който може да покрие панелите по време през зимата. Снегът може също да причини динамично механично натоварване, увреждащо панелите. Обикновено снегът се плъзга надолу по панелите, тъй като те са хлъзгави и топли, но в някои случаи собственикът на сградата може да реши да почисти снега от панелите. Това трябва да се направи внимателно, тъй като надраскването на стъклената повърхност на панела би имало отрицателно въздействие върху изходния капацитет.

Деградацията е нормална, неизбежна част от живота на панела. Правилната инсталация, внимателното почистване на сняг и внимателното почистване от прах могат да помогнат за намаляване на щетите.

Стандарти

За да се гарантира, че даден панел ще живее достатъчно дълго и ще работи според очакваното, той трябва да бъде подложен на стандартно тестване за сертифициране. Панелите подлежат на тестове на Международната електротехническа комисия (IEC), които се прилагат както за моно-, така и за поликристални панели.

EnergySage казва, че панелите, които отговарят на стандарта IEC 61215, са тествани за всички важни електрически характеристики. Те биват подложени на изпитания за механично натоварване – както за вятър, така и за сняг, а също и климатични тестове, които проверяват за слабости в „горещите“ точки, излагане на ултравиолетови лъчи, влажност и замръзване, влажност и топлина, удари от градушка и друго излагане на открито.

IEC 61215 също така определя показателите за ефективност на панела при стандартни условия на изпитване, включително температурен коефициент, напрежение на отворена верига и максимална изходна мощност.

Също така често срещан по листовете със със спецификации е и печатът на Underwriters Laboratories (UL). Тези лаборатории също провеждат тестове спрямо стандартите. UL провежда климатични изпитания и такива за стареене, както и пълната гама от тестове за безопасност.

Дефекти

Повреди на слънчевите панели се случват относително рядко. Според някои проучвания, нормално е да има среден процент на дефектиране на 5 панела от 10 000 годишно.

Сривовете в работата на фотоволтаичните покриви рядко се дължат на повреда на соларен панел. Всъщност, проучване на kWh Analytics наскоро установи, че 80% от всички прекъсвания на работата на слънчеви инсталации са резултат от неизправни инвертори – устройствата, които преобразуват постоянния ток от фотоволтаиците в използваем променлив ток.