Одним із ключових факторів скорочення витрат фотоелектричних систем є підвищення їх надійності та терміну служби фотовольтаїчних модулів та сонячних систем в цілому. Статистика показує, що ступінь деградації номінальної потужності для модулів моно- та полікристалічного кремнію складає 0,8 %/рік. Щоб підвищити надійність та термін служби СЕС, необхідно мати чітке розуміння всіх її особливостей.
Складовими фотоелектростанції є:
- фотоелектричні модулі, які генерують постійний струм від сонячного світла;
- інвертор для перетворення постійного струму у змінний;
кабелі;
- монтажна система - металоконструкції, на яких закріплені сонячні панелі розташовані на даху, стінах будівлі, або ж на землі.
Що може призвести до передчасного виходу з ладу сонячної електростанції?
Фотоелектричні модулі
Сучасні сонячні панелі повинні витримувати різкі перепади температури та інші суворі погодні умови протягом тривалого часу не знижуючи своєї потужності. Більшість європейських та американських виробників фотоелектричних модулів пропонують 25-річний гарантійний термін, який передбачає, що продуктивність панелей за цей період не знизиться нижче 80 %. При правильній експлуатації сонячних панелей строк їх служби може складати 40-50 років. Однак, це стосується батарей на основі моно- і полікристалічного кремнію. Тоді як сонячні панелі на основі тонкоплівкових елементів (a-Si, Cd-Te і CIGS) мають дещо менший термін служби, однак також відповідають своєму гарантійному терміну експлуатації. Які причини зниження потужності чи взагалі, виходу з ладу сонячної панелі до закінчення гарантійного терміну?
Найбільш поширені несправності сонячних панелей такі: відшарування, втрата адгезії на задній стінці, відмова розподільчої коробки, поломка каркасу, зміна кольору захисного покриття модулів, тріщини комірок, сліди ультрафіолетових смуг, потенційно індукована деградація, роз'єднані комірки та лінії, з'єднувальні стрічки, дефектні обхідні діоди. Специфічні поломки модулів на основі тонкоплівкових технологій, такі як мікродуги на клеєних з'єднаннях, шунтові гарячі точки, поломка переднього скла, пошкодження зворотного контакту та інші. Відносно часто виникають тріщини скла безрамних сонячних панелей, спричинених затискачами.
Скляні модулі більш чутливі до пошкодження скла. Причиною стають занадто короткі та занадто вузькі затискачі або невдало вибрані позиції затискачів на модулі. Також, розтріскування скла, викликане занадно затягнутими гвинтами під час монтажної фази. Руйнування скла призводить до втрати продуктивності з часом через корозію комірки та електричних схем, при проникненні кисню та водяної пари в модуль.
Перевезення та встановлення є першими критичними етапами життєвого циклу фотоелектричного модуля. Захисне скло деяких панелей або безпосередньо комірки можуть пошкодитись через вібрації та удари при транспортуванні. У першому випадку легко ідентифікувати брак при перевезенні або установці. Однак, випадок виходу з ладу комірки набагато складніше визначити.
Деякі типові ситуації що призводять до появи тріщин в комірках, але не обов'язково до розбиття скла:
- Недостатньо твердий піддон, що торкається найнижчого PV модуля в стеці під час транспортування.
- Занадто міцні транспортувальні кути в стійці. Під час перекладання верхнього модуля зі стека, другий модуль також піднімається і раптово падає.
- Ходіння по сонячній панелі.
- Навіть у добре розроблених транспортних контейнерах, фотовольтаїчні комірки панелі можуть тріснути під час "нормального" транспортування.
- Необхідним також є захист поверхні модуля від механічно пошкодження оточуючими об’єктами (гілки дерев, уламки будівлі, тварини, тощо) та догляд за панелями. Регулярне очищення поверхні фотоелектричних панелей від бруду дозволить працювати фотоелектростанції не зменшуючи своєї потужності впродовж тривалого часу. Виробники рекомендують очищувати панелі один-два рази на рік.
Інвертор
Виробники пропонують замінювати інвертори кожні 5-10 років. Найчастіше виходить з ладу центральний інвертор, тому вони радять ставити на кожній сонячній панелі мікроінвертори. Таким чином, термін їх експлуатації можна продовжити до 25 років.
Кабелі
Для з’єднання сонячних модулів між собою та з додатковим обладнанням необхідні кабелі та конектори. Від якості комплектуючих залежить безперебійність роботи та функціональність всієї системи електростанції в цілому. Якісні кабелі мають витримувати температурні коливання, мати надійну ізоляцію, яка захищає від ультрафіолетових променів та гризунів та характеризуватися високою чистотою металу із якого виготовлений кабель.
Монтажна система
Не зайвим буде подбати і про систему кріплення фотоелектричних модулів. Якщо фотоелектричні модулі, інвертори, кабелі - це експортовані товари, то система кріплення зазвичай вітчизняного виробництва. Вартість системи кріплення для панелей складає приблизно ⅕ вартості СЕС, тому часто замовник намагається зекономити на цій складовій. Обираючи металоконструкції низької якості клієнт ризикує всією системою. За несприятливих погодних умов (сильні пориви вітру та снігопади) може статися обвал каркасу із фотоелектричними панелями та пошкодження останніх.
Використання металоконструкцій з чорного металу, на перший погляд, суттєво здешевлює капітальні витрати без втрати якості. За міцністю металоконструкції з чормету, які при монтажі свердляться та зварюються не поступаються виробам з оцинкованої сталі та анодованого алюмінію за виключенням естетичного вигляду. Однак, в процесі експлуатації каркаси з чорного металу в місцях свердління чи зварювання піддаються інтенсивній корозії. Остання завдає найбільше шкоди металічним кріпленням сонячної електростанції. Також якщо в межах однієї системи контактують різні метали, наприклад, сталь, алюміній, мідь - утворюється гальванічний елемент, де електрони від анода переходять на катод. Електролітом є атмосферна волога. Чим більша різниця електродних потенціалів металів в ділянці зварювання, тим швидше протікає процес корозії.
Однак, в деяких випадках потенціал корозії одного металу використовують для захисту іншого, наприклад, гаряче оцинкування поверхні нержавіючої сталі, де цинк виконує роль анода. Цинкове покриття окислюється до оксиду та карбонату цинку, однак захищає сталь, що знаходиться під ним. Алюміній, що використовується для виготовлення конструкцій для СЕС також анодується, найчастіше сріблом, або ж проходить додаткову термічну обробку. В результаті термообробки на поверхні алюмінію утворюється шар його оксиду, який і захищає конструкцію від подальшої корозії.
В Україні виробляються систем кріплення, основу яких складають “полегшені” сталеві профілі із захисним покриттям, нанесеним методом гарячого цинкування та алюмінієві гнуті профілі з анодованим покриттям. Перевагами таких металоконструкцій є стійкість до корозії та механічних пошкоджень, відносно невелика вартість, порівняно з матеріалами, які мають схожі експлутаційні характеристики, здатність витримувати перепади температур та естетичний вигляд.
Крім несучих елементів з алюмінію і сталі (палі, балки, ригеля, підкоси, ферми, розкоси) в системах кріплення застосовуються різноманітні елементи кріплення - металовироби і затискачі. Для уникнення на місці монтажу операцій свердління і зварювання, з'єднання елементів конструкції виконується на болтах з цинк-дисперсним покриттям. Вони забезпечують ізоляцію матеріалу, усуваючи контакт метал-метал, що запобігає корозії.
Описані вище захисні покриття є ефективним і перевіреним способом захисту опорних металоконструкцій від корозії, що дозволяє продовжити термін їх служби більше 25 років. Такі кріплення можуть витримувати значні вітрові і снігові навантаження, що дуже актуально для помірного клімату України.
Не менш важливим є правильне встановлення опорних конструкції для підтримання фотоелектричних модулів під певним кутом для отримання максимальної потужності від СЕС. Системи кріплення “Солар Стальконструкція” проектуються індивідуально з урахуванням кліматичних умов, рельєфу місцевості і властивостей ґрунту. Компанія виробляє як статичні, так і динамічні конструкції для кріплення сонячних панелей.
Приділяйте увагу металам, зазначених для установки вашої СЕС. Зосередьтеся на довготривалій міцності та приділіть особливу увагу механічним з'єднанням, які можуть бути чутливими до гальванічної корозії та можливим структурним порушенням після 10 або 20 років експлуатації. Консультуйтеся з виробниками обладнання щодо найкращих методів встановлення, які враховують клімат, місця розташування СЕС.
