Typowe wady i możliwe uszkodzenia modułów fotowoltaicznych

Transkrypt

1 Typowe wady i możliwe uszkodzenia modułów fotowoltaicznych Uszkodzenia modułów PV Panele fotowoltaiczne są zaprojektowane do wytwarzania energii przez co najmniej 20 lat. Jednakże technika bywa zawodna i w czasie eksploatacji mogą pojawić się różne niespodziewane awarie oraz zniszczenia. Artykuł w vortalu technicznym pomaga ocenić czy moduł jest rzeczywiście uszkodzony i czy można domagać się jego wymiany gwarancyjnej. Ilustruje również niektóre defekty, ich przyczyny oraz wpływ na produkowaną moc elektryczną. 1.Hot-spoty Przyczyny zjawiska punktowych wypaleń zwanego również Hot-spotami : Jeżeli część fotoogniwa jest zacieniona, to może ono podgrzać się do ekstremalnie wysokiej temperatury tak, że materiał, z którego zbudowane jest ogniwo (krzem) oraz obejmująca go obustronnie folia enkapsulacyjna (EVA), a także tworzywo pokrywające tylną ścianę modułu PV (tzw. backsheet) zostaną trwale uszkodzone tzn powstaje tzw. Hot Spot. W czasie normalnej pracy ogniwo PV generuje prąd elektryczny. Przeciwnie zacienione ogniwo PV nie produkuje elektryczności ale ją zużywa pobierając od innych niezacienionych ogniw. Prąd pochodzący od innych ogniw przechodzi przez zacienione ogniwo i jego przepływ wywołuje podniesienie temperatury. Aby zapobiec wystąpieniu hotspotów aktualnie w modułach standardowo stosowane są diody by-pass. Jeżeli ogniwo PV jest zacienione dioda bypass załącza się przekierowując przez siebie prąd całego stringu i chroni w ten sposób ogniwo PV przed przepaleniem (tzw. Hot-Spot effect ) Hotspoty mogą wystąpić również wtedy, kiedy diody by-pass są niesprawne lub jeżeli wyłącznie bardzo mała część fotoogniwa uległa zacienieniu, a zatem dioda bypas nie mogła rozpocząć przewodzenia i pozostaje zablokowana. Inną przyczyną wystąpienia Hot-Spotów może być wysoka rezystancji magistrali kontaktowej (bus bar) na powierzchni ogniwa PV. To metaliczne paski-linie na powierzchni ogniwa PV. Ich wysoka rezystancja może

2 spowodować pęknięcie połączeń lutowanych na ich powierzchni. Strata mocy modułu spowodowana hot spotami jest najczęściej bardzo niewielka, chyba że powierzchnia pokryta nimi jest znacząca. Mimo to moduły z hot-spotami powinny być wymienione szczególnie jeżeli materiał enkapsulacyjny (EVA) jest uszkodzony przez wypalenie

3 Hotspoty na fotoogniwach

4 2. Delaminacja 3. Pęknięcia (cracks) i mikropęknięcia ogniw (microcracks) Mikropęknięcia (microcraks) mogą się tworzyć zarówno w czasie produkcji jak i pod wpływem czynników zewnętrznych jak transport czy instalacja fotoogniw.co do zasady nie da się całkowicie uniknąć mikropęknięć i nie muszą one prowadzić do utraty sprawności modułu.jednakże zawsze istnieją ryzyka postępu uszkodzenia w obrębie fotoogniwa, który spowoduje stratę wydajności. Co więcej w niektórych przypadkach z mikropęknięć mogą powstać w module PV tzw. ślimacze ścieżki (snail tracks), które są stosunkowo nowym zjawiskiem. Objawiają się zawsze w pierwszych miesiącach po instalacji jako skutek pewnej kombinacji materiałowej z mikropęknięcimi w ogniwach. Ze stanu aktualnej wiedzy na ten temat nie wynika żaden negatywny wpływ na efektywność pracy modułu ani też na jego długość życia. Są one uznawane jedynie za defekt optyczny. Pęknięcie samoistne ogniwa może prowadzić do utraty sprawności. Złamany rożek na krawędzi lub mały lokalny crack nie skutkuje jeszcze utratą mocy, jednakże jeżeli cały obszar ogniwa jest odseparowany od bus-baru mikropęknięciami należy spodziewać się utraty sprawności. W takim wypadku moduł powinien zostać wymieniony. Poniżej: micro crack czyli pęknięcie niekrytyczne (żrodło:

5

6 Powyżej tzw. ścieżki ślimacze (mogą też być nazywane robakami).po prawej : ścieżka ślimacza w teście elektroluminescencyjnym. Ogólnie ślimacze ścieżki nie podlegają gwarancji producentów, gdyż wg. aktualnego stanu wiedzy nie prowadzą do pełnej utraty mocy. 4. Markery technologiczne na krawędziach ogniw. Fotoogniwa niektórych producentów wykazują ciemniejsze punkty na krawędziach. Plamki te wynikają z zastosowanej technologi podczas procesu produkcyjnego i w żaden sposób nie wpływają na wydajność ani też na długość życia ogniwa. Podczas wytwarzania fotoogniw występuje proces PECVD, którego celem jest uformowanie niebieskiej warstwy antyrefleksyjnej na powierzchni płytki krzemowej. Warstwa ta znacznie zwiększa wydajność fotoogniwa. Cały proces następuje w wyniku reakcji chemicznej w bardzo wysokiej temperaturze. W czasie procesu krawędzie ogniwa są utrzymywane, najczęściej w dwóch punktach, w palcach robota przemysłowego i w miejscach tych warstwa antyrefleksyjna nie występuje co skutkuje występowaniem ciemniejszych punktów-plamek na granicy obszaru roboczego ogniwa.

7 Markery technologiczne w punktach kontaktu z palcami robotów. Niekrytyczne i bez wpływu na działanie i czas życia fotoogniwa. (żródło: 5. Pęknięcia szkła W większości przypadków powodem pęknięć bywają warunki zewnętrzne jak niewłaściwe pakowanie do transportu, w czasie instalacji, lub spowodowane gradem lub uderzeniem przemiotów np. kamieni. Szkło pęka niezwykle rzadko na skutek defektów materiałowych lub produkcyjnych. Moduły z pękniętym szkłem muszą być zawsze wymienione.

8 Uszkodzone szkła modułów PV. Od lewej do prawe: (a) uderzenie kamieniem, (b) grad, (c) Moduł cienkowarstwowy uszkodzony przez klemę na skutek niewłaściwego montażu konstrukcji mocującej.

9 6. Defekty złącz Dzisiejszym standardem są konektory typu MC4. Oryginalna złączka MC4 została zaprojektowana przez szwajcarską firmę MultiContact AG. Chińscy producenci przeważnie nie używają oryginalnych złącz MC4 lecz złącza z nimi kompatybilne, które mają taką samą specyfikację lecz produkowane s Czasem może zdarzyć się że złącze o niskiej jakości złamie się w czasie montażu szczególnie podczas mrozów lub będzie miało słaby kontakt elektryczny. Niestaranne zaciśnięcie złącza może skutkować słabym kontaktem elektrycznym, iskrzeniem i w końcu wypaleniem konektora. Zdjęcie górne: wypalony konektor. Zdjęcie dolne: konektor złamany w czasie montażu:

10 8. Wypalone puszki przyłączeniowe Puszki przyłaczeniowe zawierają diody bypass, które są elektronicznymi elementami kluczującymi załączającymi się w przypadk częściowego zacienienia moduu PV. Dioda mostkuje przepływający prąd i odcina zacienioną część modułu. Jeżeli zacienienie występuje jedynie w części ogniw, zacienione ogniwa pracują bardzo słabo, porównywalnie z kanałem wodnym w którym występuje przewężenie. Przewężenie zaś skutkuje zwiększeniem oporu I w konsekwencji wysoką rezystancją elektryczną, a ponieważ przez moduł przepływa prąd całego stringu to jego wydajność spada eksteremalnie zaś zacienione ogniwo przegrzewa się aż do wystąpienia wypaleń zwanych hotspotami (patrz powyżej). W przypadku wystąpienia takiej sytuacji diody bypass rozpoczynają przewodzenie dla uniknięcia strat mocy i wypaleń ogniw (hot spotów).prąd może teraz swobodnie przepływać przez przewodzącą diodę o bardzo niskiej rezystancji, zamiast przez zacienione ogniwo o rezystancji wysokiej. Jakkolwiek niestarannie założone diody w puszce przyłączeniowej np. na skutek błędów produkcyjnych mogą się przegrzewać i doprowadzić do spalenia puszki przyłączeniowej. Stosowane w fotowoltaice materiały ognioodporne nie dopuszczają do rozprzestrzenienia się płomieni poza puszkę w ogromnej większości przypadków. Wypalona puszka przyłączeniowa

11 9. Brązowienie Brązowienie jest zmianą koloru folii enkapsulacyjnej EVA na kolor brązowy lub czasem nawet na żółty.. Folia EVA zawiera dodatki, które podnoszą jej odporność na promieniowanie UV przez co są odporne na efekt brązowienia. Jeżeli została użyta folia enkapsulacyjna EVA o niedostatecznej jakości to może ona być przyczyną brązowienia. Wyższa absorbcja ciepłą przez kolor brązowy wzmacnia proces dalszego brązowienia folii EVA. Moduły z efektem brązowienia powinny być wymienione.