Сонячні панелі – основний елемент будь-якої сонячної електростанції (СЕС), що забезпечує вироблення електроенергії та її передачу на інвертор для подальшого живлення мережі або зберігання в акумуляторних батареях. Їх важливою особливістю є поступова деградація, що веде до зниження вироблення електроенергії сонячною електростанцією або її повного припинення.
У цій статті ми докладно розглянемо питання про те, що таке деградація сонячної панелі, визначимо які види деградацій бувають, норми зниження продуктивності, скільки років працюють сонячні панелі, як правильно їх доглядати, а також торкнемося інших важливих питань, які дозволять оптимізувати роботу модулів і забезпечити високу продуктивність СЕС на максимально тривалий період часу.
Причини деградації сонячних батарей
Деградація сонячної панелі – це поступове зниження ефективності модуля, яке може бути спричинене зовнішніми та внутрішніми факторами. Незалежно від типу та якості батареї, зниження вироблення електроенергії відбувається постійно.
На молекулярному рівні деградація пов’язана з погіршенням параметрів напівпровідникового матеріалу (кремнію), порушенням структури, деградацією механічних та оптичних компонентів.
- Вплив ультрафіолету (UV) – агресивний вплив сонячних променів, особливо ультрафіолетового спектру, що руйнує полімерні компоненти, що може викликати пожовтіння EVA плівки, розташованої між склом та елементами. Відбувається поступове падіння ефективності та порушується теплообмін;
- Температурні перепади – значні сезонні коливання температури. Розширення та стиснення матеріалів через спеку та холод, призводять до появи мікротріщин, які важко візуально помітити без діагностики панелі. Спостерігаються у всіх регіонах України (Одеса, Миколаїв, Тернопіль, Харків, Київ, Львів та ін.);
- Волога та конденсат – погана герметизація, особливо в батареях низької якості, сприяє проникненню вологи, що викликає корозію всередині модуля, окислення контактів і, як наслідок, знос модуля з падінням ефективності;
- Мікротріщини – найпоширеніший дефект сонячних панелей, що виникає при недбалому транспортуванні, встановленні і навіть від сильного граду. Вони не завжди помітні, але суттєво впливають на ККД сонячної електростанції;
- PID-ефект – специфічний тип деградації, пов’язаний із накопиченням електричного заряду в ізоляційних матеріалах батареї. PID призводить до різкого падіння ефективності модулів, особливо при високій напрузі та поганому заземленні;
- Окислення та корозія контактів – часто спостерігаються на електростанціях, що працюють в умовах підвищеної вологості, наприклад, поблизу моря. Навіть мінімальне окислення знижує провідність та збільшує опір;
- Втрата прозорості скла – відбувається через накопичення на поверхні пилу, бруду і снігу, також в результаті механічних пошкоджень.
Вище наведені основні причини, чому сонячні елементи деградують. Але можуть зустрічатися й інші менш поширені фактори: низька якість паяння та з’єднань, перенапруги в мережі тощо.
Види деградації сонячних батарей
У процесі експлуатації, сонячні панелі піддаються деградації (зносу) різного типу, кожен з яких прямо впливає на загальний термін служби обладнання та його ефективність:
- Лінійна деградація – природне поступове зниження ефективності (знос закладений виробником). У середньому протягом першого року втрати становлять до 2%, надалі по 0,5% на рік. Така деградація спостерігається у більшості якісних сонячних панелей від відомих виробників;
- Світлова деградація – виникає в перші години після встановлення панелі під впливом сонячного світла. Зазвичай їй піддаються LID-модулі на основі боросилікатного кремнію. Втрати ефективності можуть сягати від 1 до 3%;
- Потенційно-індукована деградація (PID) – виникає в умовах високої напруги, вологості та поганої заземленості. Один із найнебезпечніших типів деградації, що призводить до різкого та незворотного падіння ефективності;
- Термічна деградація – тривалий вплив високих температур, що призводять до прискореного зносу (старіння) матеріалів та порушення цілісності елементів. Особливо актуальна у південних регіонах України (Одеса, Миколаїв, Херсон та ін.);
- Механічна деградація – викликається вітровими та сніговими навантаженнями, а також впливом граду та пилу. Це найпоширеніша причина виникнення мікротріщин та порушень у склі/підкладці, які спричиняють падіння ефективності та збільшують ризик поломки панелі.
Тепер ви знаєте про те, який найпоширеніший дефект сонячної панелі (деградації) є, а також, що багато з них можна попередити на етапі проектування та будівництва будинку з СЕС.
Важливо! Своєчасне виявлення причин деградації батарей сонячної електростанції дозволяє вжити заходів для зниження швидкості зносу проблемних модулів або вчасно замінити їх на нові.
Норми деградації сонячних панелей
Деградація сонячних панелей – нормальний та природний процес, що враховується виробниками при розрахунку гарантійного терміну. Це пояснюється особливостями та властивостями матеріалів, що використовуються у виробництві сонячних батарей. Знос є неминучим навіть у найдорожчих та технологічних рішень (при роботі сонячних панелей взимку та влітку).
Середній період деградації:
- За 1 рік – до 2% втрати потужності;
- За 10 років – близько 10%;
- За 25 років – до 20-25%.
Більшість надійних виробників сонячних панелей, з якими працює W2Studio, дають гарантію на вироблення: не менше 80-85% початкової потужності через 25 років експлуатації. Такі показники є особливо актуальними для кліматичних умов України, де температурні перепади відносно помірні, а сонячна активність – стабільна.
На особливу увагу заслуговують тонкоплівкові модулі, які можуть втрачати від 10% до 30% потужності в перші 2-3 роки. Тому вони дуже рідко використовуються для будівництва побутових та промислових СЕС.
Середній термін служби сонячних панелей
Одним з найважливіших питань при розрахунку рентабельності сонячної електростанції є те, що скільки живе сонячна панель. Універсальної відповіді на це питання не існує, тому що на швидкість деградації та термін служби впливає безліч факторів, у тому числі:
- Якість виготовлення – панелі від перевірених виробників довше зберігають номінальні характеристики та менше деградують;
- Тип панелі – мікрокристалічні батареї більш стійкі до деградації, ніж полікристалічні та тонкоплівкові;
- Клімат регіону – вологість, спека та перепади температур прискорюють зношування (деградацію);
- Регулярність обслуговування – бруд, льоду та корозія без чищення та профілактики також прискорюють зношування панелей;
- Якість установки – помилки при монтажі, можуть призводити до механічних пошкоджень: мікротріщин та порушень герметичності.
Фахівці W2Studio відзначають, що при дотриманні правил експлуатації, середній термін служби сонячних панелей становить 25-30 років, а у моделей високого класу може досягати 40 років і більше. Після 25 років роботи панелі продовжують виробляти електрику, але їх деградація призводить до зниження ККД до 75-80% від початкового – відмінний показник для «Зеленого тарифу», Net Billing і Net Metering.
Тепер ви знаєте, як часто потрібно змінювати сонячні панелі для збереження високої ефективності сонячної електростанції з урахуванням природної деградації модулів.
Різниця між технічним ресурсом та гарантією виробника
Багато хто плутає поняття «технічний ресурс» і «гарантія виробника», вважаючи, що поле закінчення гарантії, батарея з великою ймовірністю вийде з ладу:- Технічний ресурс – реальний час, протягом якого обладнання може функціонувати при збереженні характеристик (для сонячних панелей це 35-40 років з поправкою на природну деградацію);
- Гарантія виробника – зобов’язання щодо заміни або обслуговування обладнання у разі поломки протягом зазначеного терміну. Зазвичай становить 10-12 років на конструктивні елементи та 25 років на вироблення електроенергії.
Що таке «гарантія на вироблення» і як вона працює
Найважливішим параметром при купівлі сонячних панелей є гарантія вироблення електроенергії. Цей параметр вказує на те, яку потужність зберігатиме модуль через 10, 15 або 20 років. Як правило, виробники надають гарантію на вироблення 90% від початкової потужності через 10 років та 80-85% – через 25 років. Як показує практика W2Studio в Києві, «гарантія на вироблення» від виробників приблизно відповідає передбачуваному рівню деградації. Якщо ефективність падає швидше за заявлений термін, ви маєте право на заміну модуля або обслуговування іншого типу.Термін служби інвертора та акумулятора
При оцінці терміну служби сонячної електростанції (СЕС) важливо враховувати можливості всіх комплектуючих: від модулів до інверторів та акумуляторів. Якщо з сонячними панелями +/- зрозуміло, а їхній робочий період становить 25-40 років, то скільки служать акумулятори для сонячних батарей та інвертори – питання відкрите і цей параметр залежить від багатьох факторів.
Інвертор – «мозок» сонячної електростанції, що відповідає за перетворення постійного струму від панелей на змінний, який придатний для побутового та промислового споживання. У середньому термін служби інвертора становить 10-15 років, залежно від:
- Загальної надійності – якості компонентів та складання;
- Умов експлуатації – перегрів, стрибки напруги та запиленість значно прискорюють зношування;
- Рівень обслуговування – регулярне чищення вентиляційних отворів, перевірка з’єднань та оновлення прошивки продовжують життя пристрою.
Акумулятори – сховище виробленої сонячними панелями електроенергії. Скільки служать акумулятори для сонячних батарей прямо залежить від кількох факторів: тип акумулятора, його характеристики та режими експлуатації. За типом, акумулятори для СЕС бувають:
- Свинцево-кислотні (AGM, OPzS) – служать від 3 до 7 років, вимагають контрольованого заряду та захисту від глибокого розряду. Не рекомендується підключати електрокотел та інші потужні електроприлади;
- Гелеві – служать до 10 років, краще переносять цикли зарядки-розрядки, але боятися перегріву;
- Літій-іонні (LiFePO4) – служать до 15 років. При цьому зберігають до 80% ємності після 4000-6000 циклів заряджання.
Ключові загрози для швидкої деградації (зносу) та зниження терміну служби акумуляторів СЕС: перегрівання, перезарядження, тривала робота при низьких температурах. Важливо розміщувати системи зберігання енергії у приміщеннях, що вентилюються, з температурою від +10°С до +25°С.
Догляд за сонячними батареями та профілактика
Щоб ресурс сонячної електростанції був максимальним протягом усього періоду експлуатації, власнику важливо знати, не тільки чого бояться сонячні панелі, а й правильно стежити за ними. Чи потрібно мити сонячні панелі? Звісно! Навіть порівняно невелике забруднення скла знижує ефективність модуля на 5-15% та прискорює деградацію (особливо актуально для південних регіонів: Миколаїв, Одеса, Херсон, Запоріжжя, де часто спостерігаються пилові бурі).
Профілактичний догляд за сонячними панелями:
- Візуальний огляд на наявність тріщин та каламутних ділянок;
- Перевірка з’єднань та кріплень;
- Контроль над роботою інвертора;
- Діагностика ефектів деградації (PID, LID та ін.);
- Моніторинг виробітку електроенергії.
При виявленні проблем, у тому числі прискореної деградації, необхідно здійснити сервісне обслуговування панелі або виконати її заміну. Також бажано вести статистику, як часто ламаються сонячні панелі з фіксацією їхнього типу та моделі (на великих СЕС).
Як продовжити термін служби сонячних панелей
Щоб максимально продовжити термін служби сонячних панелей, потрібно дотримуватися правил експлуатації сонячних електростанцій, а також рекомендацій від фахівців W2Studio:
- Професійна установка – навіть найкращі панелі виходять з ладу через помилки в монтажі, довіряйте процедуру тільки професіоналам. Також вони зможуть правильно порадити, який вид сонячної панелі купити під конкретний об’єкт;
- Правильне проектування – з урахуванням тіні, орієнтації, кута нахилу та розрахунком навантажень;
- Використання якісних комплектуючих – неякісний інвертор чи кабель можуть спровокувати перегрів, витік струму, прискорити деградацію панелей та поломку СЕС;
- Використовуйте системи моніторингу – вони допомагають виявити аномалії на ранньому етапі розвитку;
- Захист від зовнішніх факторів – використовуйте антивандальні рами, спеціальні захисту від граду та забезпечте якісну герметизацію.
Дотримання цих рекомендацій дозволить знизити швидкість деградації сонячних панелей, збільшить термін їхньої служби та підвищить загальну ефективність електростанції на весь період експлуатації.
Куди подіти зношені сонячні панелі
Зазвичай питання утилізації зношених сонячних панелей виникає через 25-30 років, коли ресурс модулів виробляється на 20-25% номінальної потужності. Якщо поломка сталася раніше, а гарантія на модулі вже закінчилася, це може стати актуальним раніше.
Важливо! Старі панелі не можна просто викинути на сміття – вони підлягають утилізації або вторинній переробці. Сьогодні в Україні є спеціалізовані підприємства, які приймають такі модулі. Прийом виконується згідно з договором на утилізацію, а власнику видаються відповідні документи. У деяких випадках їх можна передати виробнику.