Кварови и кварови соларног ПВ модула

Извор: ее.цо.за

Модерна соларна ПВ опрема дизајнирана је за поуздан рад током целог животног века производа. Упркос овој производњи и даље се појављују недостаци и прерани кварови, који могу утицати на перформансе производа.

Поузданост и квалитет дизајнирани су и уграђени у модерну соларну ПВ опрему. Технике масовне производње, иако контролисане и лоша контрола квалитета, још увек могу да уведу производне недостатке у производу, а инсталација на терену и транспорт могу довести до оштећења, што све може скратити животни век производа.

Један од главних фактора смањења трошкова фотонапонских система је повећање поузданости и радног века ПВ модула. Данашња статистика показује стопе деградације називне снаге за кристалне силицијумске ПВ модуле од 0,8% годишње / 1 [1]. Иако су модерни производи дизајнирани да користе квалитетније материјале и механизовану производњу, ценовна конкуренција је резултирала да се у производњи панела користе тањи и мање материјала. Поред тога, постоје докази да су неке произвођаче преусмериле на употребу нижег квалитета за ниже цене.

Превремени неуспех панела може имати велики финансијски утицај на ПВ инсталације, јер је главни животни циклус капитал. Неуспјех ПВ модула је учинак који или смањује снагу модула која се не враћа у нормалном раду или ствара сигурносне проблеме.

Чисто козметичко питање које нема ниједну од ових последица не сматра се кваром ПВ модула. Квар на ПВ модулу битан је за гаранцију када се догоди под условима које модул обично доживљава [1].

Обично кварови производа се деле у следеће три категорије:

• Неуспеси одојчади

• Неуспјеси у средњем животу

• Кварови при истрошењу

Слика 1 приказује примере за ове три врсте кварова за ПВ модуле. Поред ових кварова на модулу, многи ПВ модули показују деградацију снаге изазвану светлошћу (ЛИД) одмах након инсталације. ЛИД је тип квара који се ионако појављује, а називна снага штампана на етикети ПВ модула обично се прилагођава очекиваном стандардизованом засићеном губитку енергије због овог квара.

Сл. 1: Три типична сценарија неуспеха за кристалне фотонапонске модуле на бази резина [1].

ЛИД: Деградација изазвана светлошћу
ПИД: Потенцијално изазвана деградација
ЕВА: Етилен винил ацетат
Ј-бок: Везна кутија

Појава грешке и квара

Детаљне студије квара током рада панела током целог радног века нису доступне, јер је већина инсталација недавно, а добављачи нерадо објављују такве податке. Извештаји о испитивању смртности одојчади, тј. Неуспех при постављању, дају између 1 и 2% свих постављених панела [3]. Извршено је неколико симулацијских студија са убрзаним животним веком, али на ограниченом броју панела.

БП Солар је известио о стопи отказа од 0,13% током осмогодишњег периода за панеле Соларек ц-Си, а Сандиа Натионал Лабораториес је на основу података са терена предвидјела стопу отказа од 0,05% годишње [4]. Међутим, ово су краткорочни подаци о раном животном добу и не постоје подаци о касним животним неуспјесима за велике инсталације.

Главни недостаци и кварови

Кварови се могу поделити на типове кварова у погледу перформанси и безбедности. Кварови који се односе на безбедност могу довести до оштећења имовине или повреде особља. Неуспјеси у вези с перформансама резултирају губитком или падом излазне снаге.

Дефекти се појављују у следећим областима:

• Облоге или ћелије у кристалним ПВ производима

• Инкапсулација

• База стакла

• Унутрашње ожичење

• Оквир и окови

• Аморфни слојеви у аморфном ПВ-у

Грешке у вафру или ћелији

Погоршање ефикасности ћелије је нормално током живота ћелије и не сматра се грешком или неуспехом, осим ако брзина разградње не пређе границе нормале. Већина грешака у облику вафла или ћелија биће пукотина резања и оштећење прикључака и проводника. Мање грешке настају услед оштећења антирефлексног премаза (АРЦ) и корозије ћелије. Деградација светлости изазвана аморфним соларним плочама је познати ефекат и не мора се сматрати неуспехом. Потенцијална деградација је нова појава која се појавила као резултат све већих напона који се користе у ПВ системима.

Анти-рефлексно одлагање слоја

Анти-рефлексни премаз (АРЦ) повећава хватање светлости и, самим тим, повећава претворбу снаге модула. Деламинација АРЦ-а настаје када антирефлексни премаз сиђе са силицијумске површине ћелије. Ово није озбиљна мана уколико нема много одлагања [2]. Истраживање је показало да својства АРЦ-а представљају узрочни фактор у ПИД-у.

Пуцање ћелија

Пукотине на ПВ модулима су свеприсутне. Они се могу развити у различитим фазама животног века модула.

Током производње посебно, лемљење изазива велике напрезање у ћелијама. Руковање и вибрације у транспорту могу изазвати или проширити пукотине [4]. Коначно, модул на терену доживљава механичка оптерећења услед ветра (притисак и вибрације) и снега (притисак).

Микро-пукотине могу бити узроковане или погоршане:

• Производња

• Транспорт

• Инсталација

• Стрес у току рада (термички и другачије)

Кристалне резине су се повећавале и смањиле у дебљини током година, повећавајући могућност лома и пуцања. Пукотине у соларним ћелијама представљају прави проблем за ПВ модуле јер је тешко избећи и до сада их је у основи немогуће квантификовати у утицају на ефикасност модула током његовог животног века. Нарочито, присуство микро пукотина може имати само маргинални ефекат на снагу новог модула, све док су различити делови ћелија још увек електрично повезани.

Како модул остари и подноси се топлотним и механичким напрезањима, могу се увести пукотине. Поновљено релативно кретање напукнутих делова ћелије може резултирати потпуним одвајањем, што резултира неактивним деловима ћелије. За овај посебан случај могућа је јасна процена губитка електричне енергије. За ПВ ћелију од 60 В, 230 В, делови ћелије су прихватљиви све док је изгубљени део мањи од 8% површине ћелије [3].

Сл. 2: Пужеви трагови услед микро пукотина у ћелијама [1].

Микропукотине су пукотине на силицијумској подлози ПВ ћелија које се често не могу видети голим оком. Пукотине се могу формирати у различитој дужини и оријентацији у соларној ћелији. Резање резина, наношење ћелија и процес уградње током процеса производње изазива пукотине у фотонапонским ћелијама. Процес струјања соларних ћелија има посебно висок ризик од увођења пукотина [1].

Постоје три различита извора микро-пукотина током производње; свако има своју вероватноћу појаве:

• Пукотине које полазе од врпце за међусобно повезивање ћелије узроковане су заосталим напоном изазваним поступком лемљења. Ове пукотине се често налазе на крају или почетној тачки конектора, јер постоји највећи заостали напон. Овај тип пукотина је најчешћи.

• Такозвана попречна пукотина настала притиском машина на резину током производње.

• Пукотине које почињу од ивице ћелије узрокују ударе ћелије у тврди предмет.

Једном када су ћелијске пукотине присутне у соларном модулу, постоји повећан ризик да се током рада соларног модула кратке ћелијске пукотине могу развити у дуже и шире пукотине. То је због механичког напрезања узрокованог оптерећењем ветра или снега и термо механичког напрезања на соларне модуле због температурних разлика због проласка облака и промене времена.

Микро-пукотине могу имати различито порекло и резултирати прилично „меким“ исходима, попут смањења приноса делова захваћене ћелије до озбиљнијих удара који укључују смањење струје кратког споја и ефикасност ћелије. Визуелно се микро пукотине могу појавити у облику такозваних „пужевих пужева“ на ћелијској структури. Међутим, пужеви - као дугорочни ударни знак - такође могу бити резултат хемијског процеса који узрокује промене на површини ћелије и / или вруће тачке.

У зависности од обрасца пукотина већих пукотина, топлотни, механички напон и влага могу довести до „мртвих“ или „неактивних“ делова ћелије што узрокује губитак снаге из утицајне фотонапонске ћелије. Мртав или неактиван део ћелије значи да овај одређени део фотонапонске ћелије више не доприноси укупном излагању електричне енергије соларног модула. Када је овај мртви или неактивни део фотонапонске ћелије већи од 8% укупне ћелијске површине, то ће довести до губитка снаге који се приближно линеарно повећава са неактивном ћелијском површином [1].

Пукотине потенцијално расту током дужег радног времена и на тај начин проширују њихов злонамерни утицај на функционалност и перформансе ПВ модула, такође потенцијално покрећући вруће тачке. Неоткривени, микро-пукотине могу резултирати краћим животним веком од очекиваног. Разликују се по величини, локацији на ћелији и квалитету удара.

Микро пукотине се могу открити на терену пре инсталације и током целог животног века пројекта. Постоје различите методе испитивања квалитета којима се идентификују микро пукотине од којих је испитивања електролуминесценције (ЕЛ) или откривање пукотина електролуминесценце (ЕЛЦД) једна од најчешће примењених метода. ЕЛ тестирање може открити скривене недостатке које је било прије неприметити другим методама испитивања, као што су инфрацрвено (инфрацрвено) снимање са термалним камерама, ВА карактеристика и бљескалица [1]. Неки произвођачи препоручују редовну инспекцију уграђених плоча током целог животног века [3].

Неисправности у капсули

Соларна плоча је „сендвич“, састављен од различитих слојева материјала (Сл. 3).

Слика 3: Компоненте ПВ модула [2].

Материјали за капсулацију користе се за:

• Одуприте топлоти, влази, УВ зрачењу и топлотном бициклизму

• Омогућава добро пријањање

• Оптички пар стакла са ћелијама

• Електрично изоловати компоненте

• Контролишите, смањите или уклоните упад влаге

Највише цо ммон материјала који се користи за капсулацију је еталин винил ацетат (ЕВА). Неуспјех инкапсуланса може резултирати неуспјехом или пропадањем ПВ модула.

Квар адхезије

Лепљење између стакла, инкапсуланса, активних слојева и стражњих слојева може бити угрожено из више разлога. Танки филм и друге врсте ПВ технологија могу такође да садрже провидни проводљиви оксид (ТЦО) или сличан слој који се може таложити из суседног стакленог слоја.

Обично, ако је пријањање угрожено због контаминације (нпр. Неправилног чишћења стакла) или фактора околине, доћи ће до одлагања, након чега долази до продирања влаге и корозије. Деламинација на интерфејсима у оптичкој путањи резултираће оптичким рефлексијом (нпр. До 4%, губитком енергије на једном сучељу ваздух / полимер) и накнадним губитком струје (снаге) из модула [1].

Производња сирћетне киселине

ЕВА листови реагују са влагом да формира сирћетну киселину која убрзава процес корозије унутрашње компоненте компонената ПВ модула. Ово такође може бити резултат процеса старења ЕВА и може напасти сребрне контакте и утицати на производњу ћелија. За пропусне позадине ово није проблем јер сирћетна киселина може изаћи. Међутим, за непропусне позадине, овај квар може проузроковати знатне губитке енергије током времена.

Ослобађање боје капсуле

То ће резултирати неким губитком трансмисије, а самим тим и смањеном снагом. Очишћавање боје настаје услед избељивања кисеоника, тако да са задњим слојем који дише позадина мења се боја ћелије, док спољни прстенови остају чисти. То се може догодити због лошег умрежавања и / или адитива у ЕВА формулацији.

Сл. 4: Без боје ЕВА [5].

Без концентрације потребно је пет до десет година да се промени боја и дуже да се започне знатно смањење излазне снаге. Није боја ЕВА сама по себи, већ адитиви у формулацији. Овај квар може спречити да неко светло продре до панела [5].

Деламинација

Деламинација је одвајање инкапсуланса од стакла или ћелије. Деламинација може бити између супстрата (стакла), супстрата (полеђине) и енкапсуланса или између инкапсуланса и ћелија. Испаравање са предњег стакла може се догодити због лошег приањања ЕВА или лоших поступака чишћења стакла током процеса израде. Овај квар може спречити да неко светло продре до панела. Проблем може постати озбиљнији ако се влага акумулира у празнини и створи кратке спојеве у близини жица за лемљење.

Деламинација из ћелије највероватније је последица лошег умрежавања или контаминације ћелијске површине. Овај квар може бити озбиљан, јер када се у ламинату створи ваздушни мехур, постоји могућност акумулације влаге и кратког споја. Испаравање из уметка се догађа ако се ЕВА није добро придржавао уметка током израде.

Нови путеви и корозија која следи након деламинације смањују перформансе модула, али не представљају аутоматски проблем сигурности. Деламинација задње странице може омогућити могућност изложености активним електричним компонентама. Када је модул направљен са предњим и задњим листовима стакла, може доћи до додатних напрезања која повећавају раздвајање и / или ломљење стакла.

Кварови на задњем листу

Позадинска страница модула служи како да заштити електронске компоненте од директног излагања окружењу, тако и да обезбеди сигуран рад у присуству високих једносмерних напона. Позадинске странице могу бити састављене од стакла или полимера, а могу садржавати и металну фолију.

Сл. 5: Деламинација (Рицрофт).

Најчешће се задњи слој састоји од ламинатне структуре са високо стабилним и УВ отпорним полимером, често флуорополимером са спољашње стране, директно изложеним окружењу, унутрашњим слојем ПЕТ-а, а потом слојем инкапсулације [1]. .

Када се уместо позадинске плоче користи задње стакло, оно се може покварити разбијањем. Ако је модул направљен као танкослојни уређај на полеђини листа (подлога ЦИГС), то представља значајну опасност по безбедност поред значајног или, што је вероватније, потпуног губитка енергије за тај модул. Може да постоји мали јаз између пукотина и неки напон који може да произведе и одржи електрични лук.

Ако се то догоди заједно са отказом заобилазне диоде, цео системски напон би могао да буде присутан у размаку, стварајући велики и постојани лук који ће вероватно растопити стакло, могуће покрећу пожар. Међутим, ако се стаклени задњи лист сломи у типичном кристалном модулу Си, још увек би постојао слој инкапсулата који би обезбедио малу меру електричне изолације.

Испаравање са ЕВА може се догодити због слабе адхезије између ЕВА и стражњег лима или ако је адхезивни слој позадинске плоче оштећен УВ зрачењем или порастом температуре.

Жутило предње стране узроковано је деградацијом полимера који се користи за поспјешивање адхезије специфичног позадинског слоја за инкапсуланс. Жутило је често повезано са погоршањем механичких својстава. Овим недостатком вјероватно је да ће се полеђина на крају можда оголити и / или пукнути [3].

Жутило са стране на зраку је знак УВ осјетљивости који се може убрзати високим температурама. Овај се квар појављује и код неких позадинских листова као резултат топлотне деградације. Жутило је често повезано са погоршањем механичких својстава. Овим недостатком вјероватно је да ће се полеђина на крају можда оголити и / или пукнути [3].

Хот спот

Загревање врућим тачкама јавља се у модулу када његова радна струја премашује смањену струју кратког споја (И _сц ) сенке или неисправне ћелије или групе ћелија. Када се такво стање догоди, погођена ћелија или група ћелија приморана је да преокрене пристраност и мора да распрши снагу.

Сл. 6: Кристалне силицијумске соларне ћелије међусобно међусобно повезане врпцом [6].

Ако је расипање снаге довољно високо или је довољно локализовано, уназад пристрана ћелија може се прегревати што резултира топљењем лемљења и / или силицијума и пропадањем инкапсуланса и леђа [5].

Кварови на траци проводника и спојеви

Соларне ћелије опремљене су са два основна елемента, предњим и задњим контактима, који омогућавају испоруку струје у спољни круг. Струју носе траке сабирница које су лемљене за предњи и задњи контакт. Неуспјех врпце врпце повезан је с губитком излазне снаге. Прекиди интерконекције настају као резултат топлотног ширења и контракције или опетованог механичког напрезања. Штавише, дебљи трак или нагиб траке доприносе прекиду међусобних веза и резултирају кратким спојем ћелија и ћелија с отвореним кругом.

Критични део модула су спојне спојнице за лемљење. Састоји се од много спојених материјала, укључујући лемљење, шипку, врпцу и силиконску плочицу. Ови материјали поседују различита термичка и механичка својства. Приликом лепљења, склоп развија потешкоће са термо-механичком поузданошћу које су узроковане разликама у коефицијенту термичког ширења везаних материјала. Лемљење обезбеђује везу између електроде и траке.

Температура ПВ модула варира у зависности од локалног времена које заузврат утиче на брзину деградације интерконекције лемљења. У анализи моделирања предвиђања за животну вест објављено је да је за исти тип ц-Си ПВ модула смештених у различитим временским условима животни век био најкраћи у пустињи, а следио је живот у тропима.

Иако употреба поступка лемљења у монтажи соларних ћелија у ПВ модулима има предност при производњи производа који поседују високу поузданост уз минималне трошкове производње, технологија се појављује на високој температури са својственим потенцијалом за стварање напона смицања у силицијумовој пласти. Неуспјех и деградација спојница за лемљење узрокује пораст серијског отпора, што доводи до губитка снаге.

Животни век модула

Све горе наведене грешке доприносе деградацији и коначном квару ПВ плоча. ПВ модули дизајнирани су тако да трају 20 или више година, а нови модули пролазе програме убрзаних испитивања који симулирају ефекте топлоте, влаге, температурног циклуса, УВ зрачења и других фактора [5]. Резултати тестних програма које је спровео Кохл приказани су на слици 7 [7].

Слика 7: Тестови за убрзано старење на комерцијалним ц-Си модулима [7].

Нормализовани ниво снаге од 0,8 обично се узима као крај века за ПВ панел. Из тестних крива се види да се плоче брзо погоршавају након ове тачке.

Почетком 1990-их, десетогодишња јамства су била типична. Данас скоро сви произвођачи нуде гаранције од 20 до 25 година. Али гаранција од 25 година не значи да је пројекат заштићен. Треба поставити следећа питања:

• Да ли ће се добављач модула појавити за 15 година када се јаве проблеми?

• Да ли добављач финансира депозитни рачун како би осигурао да ће пројекат, уколико га нема, бити заштићен?

• Да ли се добављач једноставно ослања на ИЕЦ тестове квалификација да изнесе тврдње о дугорочној трајности?

• Ако добављач постоји само пет година, како може тврдити да модули трају 25 година?

Повећање дужине гаранција је обећавајуће, али инвеститор или програмер мора пажљиво прегледати компанију која га пружа [4].

Референце

[1] ИЕА: „ Преглед кварова фотонапонских модула “, задатак 13 спољног завршног извештаја, ИЕА-ПВПС, март 2014.
[2] Дупонт: „ Водич за разумевање оштећења соларних панела: од израде до поља поља“, ввв.дупонт.цом
[3] М Контгес, и остали: „ Статистика пукотина кристалних фотонапонских модула “, 26. европска конференција и изложба фотонапонске соларне енергије, 2011.
[4] Е Фитз: „ Утицај поузданости ПВ модула на поуздану линију “, Свет обновљивих извора енергије, март 2011.
[5] Ј Волгемутх и остали: „ Начини отказа кристалних Си модула “, радионица о поузданости ПВ модула 2010.
[6] М Зармаи: „ Преглед технологија повезивања за побољшани склоп фотонапонских модула соларних ћелија кристалног силицијума “, Апплиед Енерги, 2015.
[7] М Коехл и остали: ПВ поузданост (кластер ИИ): Резултати њемачког четверогодишњег заједничког пројекта - И део, резултати убрзаних тестова старења и моделирање деградације, 25. ЕУ-ПВСЕЦ, 2010.