Солнечные панели – основной элемент любой солнечной электростанции (СЭС), обеспечивающий выработку электроэнергии и ее передачу на инвертор, для последующего питания сети или хранения в аккумуляторных батареях. Их важной особенностью является постепенная деградация, приводящая к снижению выработки электроэнергии солнечной электростанцией или ее полному прекращению.
В данной статье мы подробно рассмотрим вопросы о том, что такое деградация солнечной панели, определим какие виды деградаций бывают, нормы снижения производительности, сколько лет работают солнечные панели, как правильно за ними ухаживать, а также затронем другие важные вопросы, которые позволят оптимизировать работу модулей и обеспечить высокую производительность СЭС на максимально продолжительный период времени.
Причины деградации солнечных батарей
Деградация солнечной панели – это постепенное снижение эффективности модуля, которое может быть вызвано внешними и внутренними факторами. Независимо от типа и качества батареи, снижение выработки электроэнергии происходит постоянно.
На молекулярном уровне, деградация связана с ухудшением параметров полупроводникового материала (кремния), нарушением структуры, деградацией механических и оптических компонентов.
Почему деградируют солнечные панели, причины:
- Воздействие ультрафиолета (UV) – агрессивное влияние солнечных лучей, особенно ультрафиолетового спектра, разрушающего полимерные компоненты, что может вызывать пожелтение EVA-пленки, расположенной между стеклом и элементами. Происходит постепенное падение эффективности и нарушается теплообмен;
- Температурные перепады – значительные сезонные колебания температуры. Расширение и сжатие материалов из-за жары и холода, приводят к появлению микротрещин, которые трудно визуально заметить без диагностики панели. Наблюдаются во всех регионах Украины (Одесса, Николаев, Тернополь, Харьков, Киев, Львов и пр.);
- Влага и конденсат – плохая герметизация, особенно в батареях низкого качества, способствует проникновению влаги, вызывающей коррозию внутри модуля, окисление контактов и как следствие износ модуля с падением эффективности;
- Микротрещины – самый распространенный дефект солнечных панелей, возникающий при небрежной транспортировке, установке и даже от сильного града. Они не всегда видны, но существенно влияют на КПД солнечной электростанции;
- PID-эффект – специфический тип деградации, связанный с накоплением электрического заряда в изоляционных материалах батареи. PID приводит к резкому падению эффективности модулей, особенно при высоком напряжении и плохом заземлении;
- Окисление и коррозия контактов – часто наблюдаются на электростанциях, работающих в условиях повышенной влажности, например вблизи моря. Даже минимальное окисление снижает проводимость и увеличивает сопротивление;
- Утрата прозрачности стекла – происходит из-за накопления на поверхности пыли, грязи и снега, также в результате механических повреждений.
Выше представлены основные причины, почему солнечные элементы деградируют. Но могут встречаться и другие менее распространенные факторы: низкое качество пайки и соединений, перенапряжения в сети, и пр.
Виды деградации солнечных батарей
В процессе эксплуатации, солнечные панели подвергаются деградации (износу) различного типа, каждый из которых оказывает прямое влияние на общий срок службы оборудования и его эффективность:
- Линейная деградация – естественное постепенное снижение эффективности (износ заложенный производителем). В среднем за первый год потери составляют до 2%, а затем по 0,5% в год. Такая деградация наблюдается у большинства качественных солнечных панелей от известных производителей;
- Световая деградация – возникает в первые часы после установки панели, под воздействием солнечного света. Обычно ей подвержены LID-модули на основе боросиликатного кремния. Потери эффективности могут достигать от 1 до 3%;
- Потенциально-индуцированная деградация (PID) – возникает в условиях высокого напряжения, влажности и плохой заземленности. Один из самых опасных типов деградации, который приводит к резкому и необратимому падению эффективности;
- Термическая деградация – продолжительное воздействие высоких температур приводящих к ускоренному износу (старению) материалов и нарушению целостности элементов. Особенно актуальна в южных регионах Украины (Одесса, Николаев, Херсон и пр.);
- Механическая деградация – вызывается ветровыми и снежными нагрузками, а также воздействием града и пыли. Это самая распространенная причина возникновения микротрещин и нарушений в стекле/подложке, которые влекут за собой падение эффективности и увеличивают риск поломки панели.
Теперь вы знаете о том, какой наиболее распространенный дефект солнечной панели (деградации) имеется, а также что многие из них можно предупредить на этапе проектирования и строительства дома с СЭС.
Важно! Своевременное выявление причины деградации батарей солнечной электростанции, позволяет предпринять меры для снижения скорости износа проблемных модулей или вовремя заменить их на новые.
Нормы деградации солнечных панелей
Деградация солнечных панелей – нормальный и естественный процесс, учитываемый производителями при расчете гарантийного срока. Это объясняется особенностями и свойствами материалов, используемых в производстве солнечных батарей. Износ является неизбежным даже у самых дорогих и технологичных решений (при работе солнечных панелей зимой и летом).
Средний период деградации:
- За 1 год – до 2% потери мощности;
- За 10 лет – около 10%;
- За 25 лет – до 20-25%.
Большинство надежных производителей солнечных панелей, с которыми работает W2Studio в Киеве, дают гарантию на выработку: не менее 80-85% начальной мощности через 25 лет эксплуатации. Такие показатели особенно актуальны для климатических условий Украины, где температурные перепады относительно умеренные, а солнечная активность – стабильна.
Особое внимание заслуживают тонкопленочные модули, которые могут терять от 10% до 30% мощности в первые 2-3 года. Поэтому они крайне редко используются для строительства бытовых и промышленных СЭС.
Средний срок службы солнечных панелей
Одним из важнейших вопросов при расчете рентабельности солнечной электростанции, является то, сколько живет солнечная панель. Универсального ответа на этот вопрос не существует, так как на скорость деградации и срок службы влияет множество факторов, в том числе:
- Качество изготовления – панели от проверенных производителей дольше сохраняют номинальные характеристики и меньше деградируют;
- Тип панели – микрокристаллические батареи более устойчивы к деградации, чем поликристаллические и тонкопленочные;
- Климат региона – влажность, жара и перепады температур ускоряют износ (деградацию);
- Регулярность обслуживания – грязь, наледь и коррозия без чистки и профилактики также ускоряют износ панелей;
- Качество установки – ошибки при монтаже, могут приводить к механическим повреждениям: микротрещинам и нарушениям герметичности.
Специалисты W2Studio отмечают, что при соблюдении правил эксплуатации, средний срок службы солнечных панелей составляет 25-30 лет, а у моделей высокого класса, может достигать 40 лет и более. После 25 лет работы, панели продолжают вырабатывать электричество, но их деградация приводит к снижению КПД до 75-80% от первоначального – отличный показатель для «Зеленого тарифа», Net Billing и Net Metering.
Теперь вы знаете, как часто нужно менять солнечные панели для сохранения высокой эффективности солнечной электростанции, с учетом естественной деградации модулей.
Разница между техническим ресурсом и гарантией производителя
Многие путают понятия «технический ресурс» и «гарантия производителя», считая, что поле окончания гарантии, батарея с большой вероятностью выйдет из строя:
- Технический ресурс – реальное время, на протяжении которого оборудование может функционировать при сохранении характеристики (для солнечных панелей это 35-40 лет с поправкой на естественную деградацию);
- Гарантия производителя – обязательство по замене или обслуживанию оборудования в случае поломки, в течение указанного срока. Обычно составляет 10-12 лет на конструктивные элементы и 25 лет на выработку электроэнергии.
Также стоит помнить, что отдельно услугой является установка солнечных панелей – цена не входит в стоимость модулей.
Что такое «гарантия на выработку» и как она работает
Важнейшим параметром при покупке солнечных панелей является гарантия на выработку электроэнергии. Данный параметр указывает на то, какую мощность будет сохранять модуль спустя 10, 15 или 20 лет. Как правило, производители предоставляют гарантию на выработку 90% от первоначальной мощности через 10 лет и 80-85% – через 25 лет.
Как показывает практика W2Studio в Киеве, «гарантия на выработку» от производителей приблизительно соответствует предсказуемому уровню деградации. Если эффективность падает быстрее заявленного срока, вы имеете право на замену модуля или обслуживание другого типа.
Срок службы инвертора и аккумулятора
При оценке срока службы солнечной электростанции (СЭС) важно учитывать возможности всех комплектующих: от модулей до инверторов и аккумуляторов. Если с солнечными панелями +/- понятно, а их рабочий период составляет 25-40 лет, то сколько служат аккумуляторы для солнечных батарей и инверторы – вопрос открытый и этот параметр зависит от многих факторов.
Инвертор – «мозг» солнечной электростанции, отвечающий за преобразование постоянного тока от панелей в переменный, который пригоден для бытового и промышленного потребления. В среднем срок службы инвертора составляет 10-15 лет, в зависимости от:
- Общей надежности – качества компонентов и сборки;
- Условий эксплуатации – перегрев, скачки напряжения и запыленность значительно ускоряют износ;
- Уровня обслуживания – регулярная чистка вентиляционных отверстий, проверка соединений и обновление прошивки продлевают жизнь устройства.
Аккумуляторы – хранилище выработанной солнечными панелями электроэнергии. Сколько служат аккумуляторы для солнечных батарей прямо зависит от нескольких факторов: тип аккумулятора, его характеристики и режимы эксплуатации. По типу, аккумуляторы для СЭС бывают:
- Свинцово-кислотные (AGM, OPzS) – служат от 3 до 7 лет, требуют контролируемого заряда и защиты от глубокого разряда. Не рекомендуется подключать электрокотел и другие мощные электроприборы;
- Гелевые – служат до 10 лет, лучше переносят циклы зарядки-разрядки, но бояться перегрева;
- Литий-ионные (LiFePO4) – служат до 15 лет. При этом сохраняют до 80% емкости после 4000-6000 циклов зарядки.
Ключевые угрозы для быстрой деградации (износа) и снижения срока службы аккумуляторов СЭС: перегрев, перезаряд, длительная работа при низких температурах. Важно размещать системы хранения энергии в вентилируемых помещениях с температурой от +10°С до +25°С.
Уход за солнечными батареями и профилактика
Чтобы ресурс солнечной электростанции был максимальным на протяжении всего периода эксплуатации, владельцу важно знать, не только чего бояться солнечные панели, но и правильно следить за ними. Нужно ли мыть солнечные панели? Конечно! Даже сравнительно небольшое загрязнение стекла снижает эффективность модуля на 5-15% и ускоряет деградацию (особенно актуально для южных регионов: Николаев, Одесса, Херсон, Запорожье, где часто наблюдаются пылевые бури).
Профилактический уход за солнечными панелями:
- Визуальный осмотр на наличие трещин и мутных участков;
- Проверка соединений и креплений;
- Контроль за работой инвертора;
- Диагностика эффектов деградации (PID, LID и др.);
- Мониторинг выработки электроэнергии.
При обнаружении проблем, в том числе ускоренной деградации, нужно провести сервисное обслуживание панели или выполнить ее замену. Также желательно вести статистику, как часто ломаются солнечные панели с фиксацией их типа и модели (на крупных СЭС).
Как продлить срок службы солнечных панелей
Чтобы максимально продлить срок службы солнечных панелей, нужно строго придерживаться правил эксплуатации солнечных электростанций, а также рекомендаций от специалистов W2Studio:
- Профессиональная установка – даже лучшие панели выходят из строй из-за ошибок в монтаже, доверяйте процедуру только профессионалам. Также они смогут правильно посоветовать какой вид солнечной панели купить под конкретный объект;
- Правильное проектирование – с учетом тени, ориентации, угла наклона и расчетом нагрузок;
- Использование качественных комплектующих – некачественный инвертор или кабель могут спровоцировать перегрев, утечку тока, ускорить деградацию панелей и поломку СЭС;
- Используйте системы мониторинга – они помогают выявить аномалии на раннем этапе их развития;
- Защита от внешних факторов – используйте антивандальные рамы, специальные защиты от града и обеспечьте качественную герметизацию.
Соблюдение этих рекомендаций позволить снизить скорость деградации солнечных панелей, увеличит срок их службы и повысит общую эффективность электростанции на весь период эксплуатации.
Куда девать изношенные солнечные панели
Обычно вопрос утилизации изношенных солнечных панелей возникает через 25-30 лет, когда ресурс модулей вырабатывается на 20-25% от номинальной мощности. Если поломка произошла раньше, а гарантия на модули уже закончилась, вопрос может стать актуальным раньше.
Важно! Старые панели нельзя просто выбросить в мусор – они подлежат утилизации или вторичной переработке. Сегодня в Украине имеются специализированные предприятия, принимающие такие модули. Прием выполняется согласно договору на утилизацию, а владельцу выдаются соответствующие документы. В некоторых случаях, их можно передать производителю.