Деградация солнечных батарей и надежность сэс. Что влияет на КПД и эффективность работы солнечных батарей? Как увеличить срок службы

Солнечные батареи были испытаны в полевых условиях на многих установках. Практика показала, что срок службы солнечных батарей превышает 20 лет. Фотоэлектрические станции, работающие в Европе и США около 25 лет, показали снижение мощности модулей примерно на 10%. Таким образом, можно говорить о реальном сроке службы солнечных монокристаллических модулей 30 и более лет. Поликристаллические модули обычно работают 20 и более лет. Модули из аморфного кремния (тонкопленочные, или гибкие) имеют срок службы от 7 (первое поколение тонкопленочных технологий) до 20 (второе поколение тонкопленочных технологий) лет. Более того, тонкопленочные модули обычно теряют от 10 до 40% мощности в первые 2 года эксплуатации. Поэтому, около 90% рынка фотоэлектрических модулей в настоящее время составляют кристаллические кремниевые модули.

Другие компоненты системы имеют различные сроки службы: аккумуляторные батареи имеют срок службы от 2 до 15 лет, а силовая электроника - от 5 до 20 лет.

Многие производители дают гарантию на свои модули на период от 10 до 25 лет. При этом они гарантируют, что мощность модулей снизится не более, чем на 10%. Гарантия на механические повреждения дается обычно на срок от 1 до 5 лет.

Наиболее богатым опытом эксплуатации обладают кристаллические модули. Их начали устанавливать еще 50-х годах прошлого века, а массовое использование началось в конце 1970-х. Поэтому именно о долговечности таких модулей уже можно делать какие-то выводы.

Расчетный срок службы кристаллических модулей обычно 30 лет. Производители делают ускоренные тесты по эксплуатации модуля для того, чтобы оценить его реальный срок службы. Сами солнечные элементы, используемые в солнечных модулях, имеют практически неограниченный срок службы и показывают отсутствие деградации по прошествии десятков лет эксплуатации. Однако, выработка модулей со временем падает. Это результат 2 основных факторов - постепенное разрушение пленки, используемой для герметизации модуля (обычно используется этиленвинилацетатная пленка - ethylene vinyl acetate; EVA) и разрушение задней поверхности модуля (обычно поливинилфосфатная пленка), а также постепенное замутнение прослойки из EVA пленки, расположенной между стеклом и солнечными элементами.

Герметик модуля защищает солнечные элементы и внутренние электрические соединения от воздействия влаги. Так как практически невозможно полностью защитить элементы от влаги, модули на самом деле «дышат», но это крайне трудно заметить. Влага, попавшая внутрь, выводится наружу днем, когда температура модуля возрастает. Солнечный свет постепенно разрушает герметизирующие элементы за счет ультрафиолетового излучения, и они становятся менее эластичными и более податливыми на механические воздействия. Со временем, это приводит к ухудшению защиты модуля от влаги. Влага, попавшая внутрь модуля, ведет к коррозии электрических соединений, увеличению сопротивления в месте коррозии, перегреву и разрушению контакта или к уменьшению выходного напряжения модуля.

Второй фактор, уменьшающий выработку модуля - это постепенное уменьшение прозрачности пленки между стеклом и элементами. Это уменьшение не заметно невооруженным глазом, но ведет к снижению мощности модуля за счет того, что меньше света попадает на солнечные элементы.

Максимальное ухудшение обычно гарантируется производителями на уровне не более 20% за 25 лет. Однако измерения, проведенные на реально работающих с 1980 годов модулей показывают, что их выработка уменьшилась не более, чем на 10%. Очень многие из этих модулей и до сих пор работают с заявленными при производстве параметрами (т.е. нет деградации). Поэтому можно смело говорить, что модули будут работать не менее 20 лет, и с высокой вероятностью обеспечат высокие показатели и через 30 лет с момента начала работы.

Герметик модуля защищает солнечные элементы и внутренние электрические соединения от воздействия влаги. Так как практически невозможно полностью защитить элементы от влаги, модули на самом деле "дышат", но это крайне трудно заметить. Влага, попавшая внутрь, выводится наружу днем, когда температура модуля возрастает. Солнечный свет постепенно разрушает герметизирующие элементы за счет ультрафиолетового излучения, и они становятся менее эластичными и более податливыми на механические воздействия. Со временем, это приводит к ухудшению защиты модуля от влаги. Влага, попавшая внутрь модуля, ведет к коррозии электрических соединений, увеличению сопротивления в месте коррозии, перегреву и разрушению контакта или к уменьшению выходного напряжения модуля.

У желающих приобрести солнечную батарею одним из первых возникает вопрос о сроке ее эксплуатации.

Попробуем разобраться.

Главной составляющей солнечной батареи является фотоэлектрический элемент. Такие элементы уже более пятидесяти лет используются в фототехнике. К примеру, если взять старый фотоаппарат, то даже если он неисправен, можно убедиться в том, что фотоэлемент в рабочем состоянии. Более того, фотоэлементы солнечных батарей герметично ламинируются на закаленном стекле, что повышает их прочность и долговечность, поскольку доступ влаги к кремниевым пластинам затруднен. Следовательно, при любой погоде солнечная батарея не потеряет свой работоспособности.

На сегодняшний день солнечные батареи прошли и проходят множество испытаний. И на основании практики применения можно с уверенностью сказать, что солнечная батарея может прослужить более двадцати лет. Станции, вырабатывающие солнечную энергию в США и Европе после 25-летней работы снизили свою модульную мощность всего на десять процентов. Исходя из этого можно сделать вывод о возможности функционирования солнечной батареи до 30-ти лет и более.

Конкретизация:
— как правило работает до 20 лет и более;
— модули из аморфного кремния первого поколения тонкопленочных технологий — от 7 лет и более, второго поколения — до 20 лет.
Следует отметить, что сегодняшний рынок фотоэлектрических модулей состоит из кристаллических кремниевых модулей.

Срок службы компонентов солнечной батареи

Если говорить от сроке службы других составляющих системы, то для аккумуляторной батареи установлен срок службы 2 — 15 лет, а для силовой электроники 5 — 12 лет.

Большая часть производителей гарантирует бесперебойную работу своих модулей от 10 до 25 лет. Снижение мощности модулей гарантируется не более чем на десять процентов. В случае механических повреждений гарантия от 1 до 5 лет.

В связи с длительным периодом эксплуатации более уверенно заявлять о сроке службы кристаллических модулей. Производители устанавливают для них срок службы 30 лет. Непосредственно для солнечных элементов, которые используются в солнечных модулях установлен неограниченный срок службы. Однако после длительной эксплуатации (десятки лет) падает выработка модулей. Это происходит в результате:

постепенного разрушения герметизационной пленки модуля;
разрушения задней поверхности модуля и постепенного замутнения прослойки, которая расположена между солнечными элементами и стеклом.

Указанные разрушения происходят постепенно и в результате многолетней эксплуатации.

Измерения модулей, реально работающих с 80-х годов, показывают на то, что их производительность уменьшилась на 10% и не более. Немалое количество данных модулей продолжают функционировать в соответствии с установленными параметрами (деградация отсутствует). Исходя из этого можно с уверенностью сказать о сроке службы модулей до 20 лет и более и вероятнее всего они будут обеспечивать хороший результат работы и после 30-ти лет работы.

Были испытаны в полевых условиях на многих установках. Практика показала, что срок службы превышает 30 лет. Фотоэлектрические станции, работающие в Европе и США около 25 лет, показали снижение мощности модулей примерно на 10%. Таким образом, можно говорить о реальном сроке службы солнечных монокристаллических модулей 30 и более лет. Поликристаллические модули обычно работают 20 и более лет. Модули из аморфного кремния (тонкопленочные, или гибкие) имеют срок службы от 7 (первое поколение тонкопленочных технологий) до 20 (второе поколение тонкопленочных технологий) лет.

Солнечные модули обычно деградируют быстрее в первые 2 года эксплуатации. Тонкопленочные модули теряют от 10 до 30% мощности в первые 2 года эксплуатации, поэтому обычно новые они имеют запас мощности около 15-20%. Около 90% рынка фотоэлектрических модулей в настоящее время составляют кристаллические кремниевые модули, т.к. их деградация гораздо меньше, а срок службы - больше, чем у других типов солнечных модулей (см. таблицу ниже).

Как быстро солнечные панели деградируют/теряют свою эффективность?

Типичная деградация мощности солнечных панелей составляет 0.5% в год. Как указывалось выше, тонкопленочные солнечные панели (a-Si, CdTe и CIGS) деградируют быстрее, чем моно и поликристаллические панели. Ниже приведена таблица с данными по деградации солнечных панелей, произведенный до 2000 года и после 2000 года. :

Каков ожидаемый срок службы солнечных панелей?

Ниже приведен график типичной гарантии на выработку мощности солнечными панелями от различных производителей:

Как видим, большая часть производителей гарантирует работу солнечных модулей в течение 25 лет, при этом снижение мощности не будет превышать 20% к концу этого срока.

Многие производители дают гарантию на свои модули на период от 10 до 25 лет. При этом они гарантируют, что мощность модулей через 10 лет снизится не более, чем на 10%. Гарантия на механические повреждения дается обычно на срок от 1 до 5 лет.

Что будет с моими солнечными батареями после 25 лет эксплуатации?

Честно говоря, мы не знаем. До сих пор нет достаточных статистических данных по этому вопросу, т.к. фотоэнергетика - довольно молодая отрасль, и подавляющее большинство модулей, находящихся сейчас в эксплуатации. сделаны менее 10 лет назад. Однако, те данные, которые существуют, позволяют говорить о том, что солнечные батареи будут работать гораздо дольше обещанных производителями 25 лет:

Солнечная панель 33W (Arco Solar 16-2000) на самом деле имеет лучшие показатели, чем обещаны в ее спецификациях через 30 лет работы.
Первая в мире солнечная панель продолжает работать уже 60 лет.
Kyocera отчиталась о солнечных установках, которые продолжают успешно и надежно работать через 30 лет эксплуатации.

Современные технологии производства солнечных панелей существенно улучшены, и солнечные панели, которые продаются сейчас еще более надежны, стабильны и эффективны.

Все это означает, что если при расчетах окупаемости солнечных энергоустановок был принят срок службы солнечных панелей 20 лет, то далее они будут генерировать электрическую энергию бесплатно .

Мы уверены, что качественные солнечные панели будут работать генерировать электроэнергию и через 30 – 40 лет после установки.

Что можно сделать для увеличения срока службы солнечных панелей?

Избегайте физических повреждений панели (т.е. падения деревьев, веток, срыва ветром, царапин на модуле). Чем больше царапин на поверхности модуля, тем меньше его эффективность. В самом плохом варианте влага и вода может попасть между стеклом и защитной пленкой и привести к короткому замыканию и/или коррозии контактов солнечных элементов.
Регулярное обслуживание и чистка очень важны. См. Best Way to Clean Solar Panels .
Чем тяжелее климатические условия, в которых работают солнечные панели, тем быстрее они будут деградировать. Поэтому, в некоторых случаях имеет смысл устанавливать ветрозаграждающие конструкции.

Какой срок службы имеют другие компоненты солнечной энергосистемы?

Другие компоненты системы имеют различные сроки службы: аккумуляторные батареи имеют срок службы от 2 до 15 лет (в среднем 4-10 лет), а силовая электроника - от 5 до 20 лет (в среднем 10-12 лет)

Продолжить чтение

Как правильно выбирать солнечные элементы и модули В первую очередь, нужно обратить внимание на технические параметры солнечного модуля. Основные из них перечислены ниже. Также, нужно проверить качество изготовления и отсутствие визуальных дефектов на солнечных элементах, стекле, защитной пленке и раме…

Срок службы солнечных панелей и их выработка зависит от многих факторов, среди которых климат, тип модуля и монтажной системы.

На солнечные панели даются две гарантии, два типа: 1) гарантия на продукт (от производственного брака), по-английски её называют product warranty и 2) гарантия на мощность (performance warranty).

Первый тип гарантии характерен для любого продукта/товара, который мы приобретаем. Это гарантия от поломки вследствие производственного брака. Для солнечных панелей он выше, чем стандартные сроки гарантии на многие другие товары. Обычный, наиболее распространённый срок гарантии от брака для солнечных модулей: 10-12 лет. Бывают исключения, например, американская SunPower дает 25-летнюю гарантию от поломок.

Наиболее распространенный срок performance warranty (гарантии на мощность) для солнечных панелей: 25 лет при сохранении 80% исходной мощности. Это не означает, что срок службы солнечной панели через 25 лет заканчивается. Нет, она может проработать и 40, и 50 лет, просто дальнейшая деградация модуля никак не описывается производителем и не связывается с какими-либо обязательствами с его стороны.

Иногда дают «ступенчатую» гарантию: 90% исходной мощности – первые 10 лет, 80% - еще пятнадцать. Более современной и распространённой сегодня является линейная гарантия. То есть гарантируется постепенная деградация оборудования (см. фото):

Долговечность – важный фактор экономики солнечной энергетики.

Чем дольше работает солнечная панель, тем больше электроэнергии она выработает за срок своей службы, тем дешевле получится каждый произведенный ей киловатт-час.

Поэтому производители стремятся увеличить срок службы модулей, и сегодня все чаще появляются примеры 30-летних гарантий на мощность.

Например, журнал PV-Europe сообщает, что немецкая компания Solarwatt дает на свои модули гарантию 30 лет с сохранением 87,5% исходной мощности. Более того, производственная гарантия расширена также на 30 лет (уникальный пример).

Если 30 лет для солнечных панелей станет стандартом, это повлечет влечет за собой корректировки в калькуляции стоимости производства энергии (LCOE). Сегодня для расчетов, как правило, берется срок службы объекта в 20 или 25 лет. Если 25 поменять на 30 лет, это приводит к снижению LCOE для объекта солнечной генерации на несколько процентов (до 10%).

Недавно американская лаборатория возобновляемых источников энергии NREL (подразделение министерства энергетики США) опубликовала любопытную информацию.

Срок службы солнечных панелей и их выработка зависит от многих факторов, среди которых климат, тип модуля и монтажной системы. Снижение выработки солнечного модуля с течением времени называется деградацией.

В соответствии с исследованием NREL, коэффициент деградации солнечных панелей равен 0,5% в год в среднем (медианное значение), но скорость деградации может быть выше в жарком климате и в кровельных системах. Степень деградации 0,5% означает, что выработка солнечной батареи будет снижаться со скоростью 0,5% в год. То есть на 20-й год службы модуль будет производить около 90% электроэнергии, произведенной в первый год.

На картинке представлен результат исследования в графическом виде.

Что касается полного срока службы, то соответствующих данных попросту нет. Нельзя с точностью сказать, сколько прослужит солнечная панель. Вон, в Швейцарии, например, 35 лет уже работает солнечная электростанция. Производители дают гарантию на сохранение какой-то доли номинальной мощности (performance warranty) на 20-30 лет, а после этого панели вырабатывают электроэнергию уже без всякой гарантии. опубликовано Если у вас возникли вопросы по этой теме, задайте их специалистам и читателям нашего проекта .