Главная

Дерево

Cолнечные батареи - советы по выбору, характеристики. Что надо знать про солнечные батареи для дома: их выбор, размещение и использование Может ли фотоэлектрическая система заменить установку солнечного нагрева воды

Cолнечные батареи - советы по выбору, характеристики. Что надо знать про солнечные батареи для дома: их выбор, размещение и использование Может ли фотоэлектрическая система заменить установку солнечного нагрева воды

Одним из главных критериев при покупке любого товара является его срок годности, ведь с течением времени любой прибор выходит из строя. Это правило действует и для солнечных батарей. Их стоимость на сегодняшний день достаточно велика, и от того как долго проработают батареи, можно будет судить, успеют они окупить себя или нет.

Из наших предыдущих статей вы уже знаете, что солнечная система энергообеспечения состоит из 4-х основных элементов: солнечных батарей, аккумулятора, инвертора и контроллера заряда/разряда. Срок службы у них всех различный. Самым «стойким» компонентом считаются СБ, но в любом случае все зависит от типа панели, производителя и многих других факторов.

Срок службы в зависимости от типа батареи

В зависимости от материала, на основе которого сделаны фотоэлементы, варьируется и срок годности панелей. Самым распространенным вариантом считаются кремниевые СБ, но и здесь нет определенной цифры. Для солнечных батарей из поликристаллического кремния срок эксплуатации составляет около 20 лет и более, из монокристаллического – от 30 лет и более, а вот батареи, изготовленные на основе аморфного кремния, проживут не более 10 лет.

Но это еще не все подводные камни. Мало кто задумывается, что с течением времени мощность модулей постепенно снижается. Аморфные панели уже за первые два года эксплуатации потеряют от 10 до 40% первоначальной мощности, для кристаллических батарей этот показатель значительно меньше – 10% за 25 лет. Большинство производителей дают гарантию на свою продукцию 10-25 лет. Получается, что при правильной эксплуатации минимальный срок годности солнечных панелей составит не менее четверти века. Согласитесь, не каждый прибор может похвастаться такими показателями. И что немаловажно, все эти цифры были получены не в лабораторных условиях, а в результате тестирования СБ, установленных еще в 70-80-х годах.

Факторы, влияющие на срок службы

Просчитать срок жизни солнечных батарей с точностью до года невозможно. Существует немало факторов, которые влияют на рассматриваемый показатель. Резкие перепады температур, чрезмерный нагрев солнечных батарей – все это может сократить срок их жизни на несколько лет. Причем сами фотоэлементы практически вечны, разрушаются другие составные части панелей:

Задняя поверхность модуля.
Пленка, применяемая для герметизации.
EVA прослойка между фотоэлементами и стеклом.

Под действием ультрафиолетового излучения происходит разрушение слоя герметика, который применяется для защиты элементов и электрических соединений от влаги. Этот процесс приводит к уменьшению эластичности фотоэлементов и как следствие к механическим повреждениям. Замутнение EVA прослойки становится причиной снижения эффективности работы солнечных батарей, так как меньшее количество света попадает на фотоэлементы. Если Вы планируете изготовить СБ своими руками, помните, что герметик увеличивает срок жизни панели. Покрыв модули обычным силиконом, Вы сделаете их более прочными, это позволит панелям выдерживать резкие перепады температур и другие вредные внешние воздействия.

Не всегда стоимость является объективным критерием качества, но игнорировать ее тоже не стоит. Приобретая дешевые китайские панели, Вы должны быть готовы к тому, что срок их годности будет значительно меньше, чем у батарей, изготовленных на зарекомендовавших себя заводах. Даже небольшие зазоры в раме или неаккуратно спаянные элементы должны восприниматься Вами как весомый аргумент в пользу отказа от подобных модулей.

Российские ученые на передовую…

Солнечная энергетика в России развивается очень медленно, но это не мешает нашим ученым делать инновационные открытия в этой сфере. На этот раз отличились красноярские ученые, которые представили СБ, срок службы которых достигает 100 лет. Как Вы понимаете это в 3 – 4 раза больше, чем у существующих аналогов. Разработанные модули получили вполне логичное название «ВЕК».

И что самое интересное, предложенная ими технология и в вопросе финансовых затрат намного выгоднее. Получается, что красноярские СБ не только проживут дольше, но и обойдутся дешевле. Одни только плюсы. Разработанная технология была удостоена награды «За успешное продвижение инноваций в солнечной энергетике» на конкурсе, который прошел в Москве.

Статью подготовила Абдуллина Регина

Подробнее о работе солнечных панелей:

Солнечные батареи были испытаны в полевых условиях на многих установках. Практика показала, что срок службы солнечных батарей превышает 20 лет. Фотоэлектрические станции, работающие в Европе и США около 25 лет, показали снижение мощности модулей примерно на 10%. Таким образом, можно говорить о реальном сроке службы солнечных монокристаллических модулей 30 и более лет. Поликристаллические модули обычно работают 20 и более лет. Модули из аморфного кремния (тонкопленочные, или гибкие) имеют срок службы от 7 (первое поколение тонкопленочных технологий) до 20 (второе поколение тонкопленочных технологий) лет. Более того, тонкопленочные модули обычно теряют от 10 до 40% мощности в первые 2 года эксплуатации. Поэтому, около 90% рынка фотоэлектрических модулей в настоящее время составляют кристаллические кремниевые модули.

Другие компоненты системы имеют различные сроки службы: аккумуляторные батареи имеют срок службы от 2 до 15 лет, а силовая электроника - от 5 до 20 лет.

Многие производители дают гарантию на свои модули на период от 10 до 25 лет. При этом они гарантируют, что мощность модулей снизится не более, чем на 10%. Гарантия на механические повреждения дается обычно на срок от 1 до 5 лет.

Наиболее богатым опытом эксплуатации обладают кристаллические модули. Их начали устанавливать еще 50-х годах прошлого века, а массовое использование началось в конце 1970-х. Поэтому именно о долговечности таких модулей уже можно делать какие-то выводы.

Расчетный срок службы кристаллических модулей обычно 30 лет. Производители делают ускоренные тесты по эксплуатации модуля для того, чтобы оценить его реальный срок службы. Сами солнечные элементы, используемые в солнечных модулях, имеют практически неограниченный срок службы и показывают отсутствие деградации по прошествии десятков лет эксплуатации. Однако, выработка модулей со временем падает. Это результат 2 основных факторов - постепенное разрушение пленки, используемой для герметизации модуля (обычно используется этиленвинилацетатная пленка - ethylene vinyl acetate; EVA) и разрушение задней поверхности модуля (обычно поливинилфосфатная пленка), а также постепенное замутнение прослойки из EVA пленки, расположенной между стеклом и солнечными элементами.

Герметик модуля защищает солнечные элементы и внутренние электрические соединения от воздействия влаги. Так как практически невозможно полностью защитить элементы от влаги, модули на самом деле "дышат", но это крайне трудно заметить. Влага, попавшая внутрь, выводится наружу днем, когда температура модуля возрастает. Солнечный свет постепенно разрушает герметизирующие элементы за счет ультрафиолетового излучения, и они становятся менее эластичными и более податливыми на механические воздействия. Со временем, это приводит к ухудшению защиты модуля от влаги. Влага, попавшая внутрь модуля, ведет к коррозии электрических соединений, увеличению сопротивления в месте коррозии, перегреву и разрушению контакта или к уменьшению выходного напряжения модуля.

Срок службы солнечных панелей и их выработка зависит от многих факторов, среди которых климат, тип модуля и монтажной системы.

На солнечные панели даются две гарантии, два типа: 1) гарантия на продукт (от производственного брака), по-английски её называют product warranty и 2) гарантия на мощность (performance warranty).

Первый тип гарантии характерен для любого продукта/товара, который мы приобретаем. Это гарантия от поломки вследствие производственного брака. Для солнечных панелей он выше, чем стандартные сроки гарантии на многие другие товары. Обычный, наиболее распространённый срок гарантии от брака для солнечных модулей: 10-12 лет. Бывают исключения, например, американская SunPower дает 25-летнюю гарантию от поломок.

Наиболее распространенный срок performance warranty (гарантии на мощность) для солнечных панелей: 25 лет при сохранении 80% исходной мощности. Это не означает, что срок службы солнечной панели через 25 лет заканчивается. Нет, она может проработать и 40, и 50 лет, просто дальнейшая деградация модуля никак не описывается производителем и не связывается с какими-либо обязательствами с его стороны.

Иногда дают «ступенчатую» гарантию: 90% исходной мощности – первые 10 лет, 80% - еще пятнадцать. Более современной и распространённой сегодня является линейная гарантия. То есть гарантируется постепенная деградация оборудования (см. фото):

Долговечность – важный фактор экономики солнечной энергетики.

Чем дольше работает солнечная панель, тем больше электроэнергии она выработает за срок своей службы, тем дешевле получится каждый произведенный ей киловатт-час.

Поэтому производители стремятся увеличить срок службы модулей, и сегодня все чаще появляются примеры 30-летних гарантий на мощность.

Например, журнал PV-Europe сообщает, что немецкая компания Solarwatt дает на свои модули гарантию 30 лет с сохранением 87,5% исходной мощности. Более того, производственная гарантия расширена также на 30 лет (уникальный пример).

Если 30 лет для солнечных панелей станет стандартом, это повлечет влечет за собой корректировки в калькуляции стоимости производства энергии (LCOE). Сегодня для расчетов, как правило, берется срок службы объекта в 20 или 25 лет. Если 25 поменять на 30 лет, это приводит к снижению LCOE для объекта солнечной генерации на несколько процентов (до 10%).

Недавно американская лаборатория возобновляемых источников энергии NREL (подразделение министерства энергетики США) опубликовала любопытную информацию.

Срок службы солнечных панелей и их выработка зависит от многих факторов, среди которых климат, тип модуля и монтажной системы. Снижение выработки солнечного модуля с течением времени называется деградацией.

В соответствии с исследованием NREL, коэффициент деградации солнечных панелей равен 0,5% в год в среднем (медианное значение), но скорость деградации может быть выше в жарком климате и в кровельных системах. Степень деградации 0,5% означает, что выработка солнечной батареи будет снижаться со скоростью 0,5% в год. То есть на 20-й год службы модуль будет производить около 90% электроэнергии, произведенной в первый год.

На картинке представлен результат исследования в графическом виде.

Что касается полного срока службы, то соответствующих данных попросту нет. Нельзя с точностью сказать, сколько прослужит солнечная панель. Вон, в Швейцарии, например, 35 лет уже работает солнечная электростанция. Производители дают гарантию на сохранение какой-то доли номинальной мощности (performance warranty) на 20-30 лет, а после этого панели вырабатывают электроэнергию уже без всякой гарантии. опубликовано Если у вас возникли вопросы по этой теме, задайте их специалистам и читателям нашего проекта .

Приобретая солнечные панели для использования в бытовых целях энергию солнечного излучения, любому потребителю желательно знать гарантийные сроки работоспособности таких панелей.

Как известно, имеющиеся в продаже солнечные батареи классифицируются по показателю своей мощности, который, в свою очередь, зависит от размера панели и типа используемых для её работы термоэлектрических преобразователей. В частности, производятся солнечные панели либо на кремниевых, тонкоплёночных элементах, либо на моно- или поликристаллических. Последние мощнее, дороже, но занимают меньшее пространство на крыше.

Зависимость надёжности солнечной батареи от типа рабочих элементов

Общий принцип действия солнечной батареи представлен на рис. 1.

Рис.1: 1 – Световой поток; 2 – Верхний контакт панели; 3 – Верхний слой фотоэлемента (p); 4 – Промежуточный слой фотоэлемента (p-n переход); 5 – Нижний слой фотоэлемента (n); 6 – Нижний контакт панели.

Очевидно, что на будут влиять долговечность покрытия фотоэлемента и коэффициент полезного действия панели при трансформации её освещённости в фактическое значение силы тока.

Долговечность покрытия солнечных батарей

Этот параметр будет определяться стабильностью свойств панели при ей нагреве и эффективностью противодействия материала внешним механическим воздействиям. Существуют стандартные испытания работоспособности солнечных батарей, которые регламентируются и устанавливаются специальной программой Potential Induced Degradation Test (PID) - тестом степени деградации солнечных элементов. Согласно данным PID-тестирования, наибольшую стабильность показывают солнечные батареи, собранные на , многослойных модулях, которые полностью сохраняют свою работоспособность при нагреве до 50...60 0 С. (или аморфные) солнечные батареи при этом допускают нагрев только до 25…35 0 С, после чего резко теряют свою мощность. Объясняется это совокупным и неблагоприятным действием следующих факторов:

постепенным, но постоянным разрушением герметизирующей пленки лицевого контакта 1 (см. рис.1);
разрушением заднего контакта панели 6 и постепенным снижением прозрачности прослойки между солнечными элементами и ограждающим стеклом.

Механизм данных явлений заключается в следующем. Влагостойкость солнечной батарее обеспечивает специальный герметик, который в течением времени разрушается ультрафиолетовым излучением солнца. При этом увеличивается поступление внешней влаги в пространство между слоями 3, 4 и 5 фотоэлемента. Происходит коррозия электрических контактов солнечной панели, в результате чего возрастает их электросопротивление. Впоследствии контакты разрушаются (к счастью, это происходит не скоро – даже в дешевых исполнениях солнечные батареи сохраняют свою работоспособность в течение 8…10 лет).

Косвенно оценить работоспособность и, таким образом, определить фактический срок службы солнечных батарей можно по вольтамперной характеристике установки (см. рис. 2), где приведен график мощности батареи в зависимости от нагрузки при обычных условиях эксплуатации солнечной панели.

Если вольтамперная характеристика стабильна в диапазоне напряжения холостого хода (как на рис.2), либо незначительно изменяется, то солнечная батарея сохраняет свою работоспособность, поскольку мощность батареи в этом случае зависит только от уровня освещённости, а не от суммарных потерь напряжения при разогреве панели. в подобных условиях будет оставаться на заявленном изготовителем уровне.

Долговечность аккумуляторов солнечных батарей

Из всех компонентов панели наименьшую долговечность имеют аккумуляторы. Для определения их работоспособности следует при покупке солнечной панели выяснить тип аккумулятора: если это обычные кислотно-свинцовые, то гарантированный срок их эксплуатации не превысит 5 лет, что в несколько раз меньше гарантийного срока работы самой панели. Оценить срок службы солнечных батарей в таком случае целесообразно по степени разряда аккумулятора (см. рис.3). Если фактическая ёмкость аккумулятора не превышает 35…40%, то его необходимо готовить к замене.

Как выбрать солнечную батарею с максимальным сроком службы

В последних конструкциях солнечных панелей используется конструктивное решение, обеспечивающее существенное увеличение срока работоспособности солнечных батарей. Оно заключается в пассивном охлаждении рабочих поверхностей солнечных панелей. В их конструкцию монтируются кристаллы кварцевого стекла, которые отражают вредное инфракрасное излучение от поверхности батареи.

Стоит обращать внимание и на маркировку солнечных панелей. Различают три основных уровня качества:

Grade A: при тесте на старение фактическое снижение мощности не превышает 5%;
Grade B: фактическое снижение мощности не превышает 30%;
Grade C: фактическое снижение мощности превышает 30%.

Таким образом, уже по маркировке можно достоверно определять вероятный срок службы солнечных батарей .

Срок службы солнечных батарей

Другие компоненты системы имеют различные сроки службы: аккумуляторные батареи имеют срок службы от 2 до 15 лет, а силовая электроника – от 5 до 20 лет.

Расчетный срок службы кристаллических модулей обычно 30 лет. Производители делают ускоренные тесты по эксплуатации модуля для того, чтобы оценить его реальный срок службы. Сами солнечные элементы, используемые в солнечных модулях, имеют практически неограниченный срок службы и показывают отсутствие деградации по прошествии десятков лет эксплуатации. Однако, выработка модулей со временем падает. Это результат 2 основных факторов – постепенное разрушение пленки, используемой для герметизации модуля (обычно используется этиленвинилацетатная пленка – ethylene vinyl acetate; EVA) и разрушение задней поверхности модуля (обычно поливинилфосфатная пленка), а также постепенное замутнение прослойки из EVA пленки, расположенной между стеклом и солнечными элементами.

Герметик модуля защищает солнечные элементы и внутренние электрические соединения от воздействия влаги. Так как практически невозможно полностью защитить элементы от влаги, модули на самом деле «дышат», но это крайне трудно заметить. Влага, попавшая внутрь, выводится наружу днем, когда температура модуля возрастает. Солнечный свет постепенно разрушает герметизирующие элементы за счет ультрафиолетового излучения, и они становятся менее эластичными и более податливыми на механические воздействия. Со временем, это приводит к ухудшению защиты модуля от влаги. Влага, попавшая внутрь модуля, ведет к коррозии электрических соединений, увеличению сопротивления в месте коррозии, перегреву и разрушению контакта или к уменьшению выходного напряжения модуля.

Второй фактор, уменьшающий выработку модуля – это постепенное уменьшение прозрачности пленки между стеклом и элементами. Это уменьшение не заметно невооруженным глазом, но ведет к снижению мощности модуля за счет того, что меньше света попадает на солнечные элементы.

Максимальное ухудшение обычно гарантируется производителями на уровне не более 20% за 25 лет. Однако измерения, проведенные на реально работающих с 1980 годов модулей показывают, что их выработка уменьшилась не более, чем на 10%. Очень многие из этих модулей и до сих пор работают с заявленными при производстве параметрами (т.е. нет деградации). Поэтому можно смело говорить, что модули будут работать не менее 20 лет, и с высокой вероятностью обеспечат высокие показатели и через 30 лет с момента начала работы.

Разделы