Исследование показало, что степень износа солнечных модулей 1980-х и 1990-х годов была гораздо ниже ожидаемой

Аккумулятор FIAMM 12FGL100

Исследователи SUPSI обнаружили, что шесть швейцарских фотоэлектрических систем, установленных в конце 1980-х и начале 1990-х годов, демонстрируют исключительно низкие показатели деградации - всего от 0,16% до 0,24% в год после более чем 30 лет эксплуатации. Исследование показывает, что тепловое напряжение, вентиляция и конструкция материала играют большую роль в долгосрочной надежности модуля, чем высота или освещенность в одиночку.

Исследовательская группа под руководством Университета прикладных наук Швейцарии (SUPSI) провела долгосрочный анализ шести фотоэлектрических систем, ориентированных на юг и подключенных к сети, которые были установлены в Швейцарии в конце 1980-х — начале 1990-х годов. Исследователи обнаружили, что годовые потери мощности в этих системах составляют в среднем от 0,16 % до 0,24 %, что значительно ниже показателей от 0,75 % до 1 % в год, о которых обычно говорится в литературе.

В ходе исследования были изучены четыре системы, расположенные на крышах невысоких зданий в Мёлине (310 м — VR-AM55), Тиргартене на востоке и западе в Бургдорфе (533 м — VR-SM55(HO)) и Бургдорфе Финке (552 м — BA-SM55). В этих установках используются вентилируемые или встроенные в здание конфигурации крыш. В анализ также были включены средневысотная установка промышленного масштаба в Мон-Солей (1270 м — OR-SM55) и две высотные фасадные системы в Бирке (2677 м — VF-AM55) и Юнгфрауйохе (3462 м — VF-SM75).

Все системы оснащены модулями ARCO AM55 производства американской компании Arco Solar, которая на тот момент была крупнейшим в мире производителем фотоэлектрических систем мощностью всего 1 МВт, или модулями Siemens SM55, SM55-HO и SM75. В 1990 году Siemens стала крупнейшим акционером Arco Solar. Модули имеют номинальную выходную мощность от 48 до 55 Вт и состоят из стеклянного лицевого слоя, герметизирующих слоёв из этиленвинилацетата (ЭВА), монокристаллических кремниевых элементов и полимерного ламинированного заднего слоя.

Тестовая установка включала в себя мониторинг выходной мощности переменного и постоянного тока, температуры окружающей среды и модулей, а также интенсивности излучения в плоскости массива, измеряемой с помощью пиранометров. В зависимости от условий на объекте исследователи классифицировали установки по климатическим зонам: низкогорья, среднегорья и высокогорья.

«В целях сравнительного анализа два модуля Siemens SM55 с начала кампании по мониторингу хранились в контролируемых условиях в помещении фотоэлектрической лаборатории Бернского университета прикладных наук», — сообщили исследователи. Они также применили метод многолетнего сравнения (multi-YoY) для определения коэффициента снижения производительности на уровне системы (PLR).

Результаты показывают, что PLR во всех системах колеблются от -0,12% до -0,55% в год, в среднем от -0,24% до -0,16% в год, что значительно ниже типичных темпов деградации, зарегистрированных как для старых, так и для современных фотоэлектрических систем. Исследователи также обнаружили, что высотные системы, как правило, демонстрируют более высокие средние показатели производительности и более низкие темпы деградации, чем сопоставимые низковысотные установки, несмотря на воздействие более высокой интенсивности излучения и ультрафиолетового излучения.

Исследование также показало, что модули одного и того же номинального типа, но с разной внутренней конструкцией, демонстрируют заметно отличающуюся степень деградации. В стандартных модулях SM55 периодически возникали проблемы с пайкой, что приводило к увеличению последовательного сопротивления и снижению коэффициента заполнения. В отличие от них, модули SM55-HO имели модифицированную конструкцию подложки, которая обеспечивала более высокий коэффициент внутреннего отражения и улучшенную долговременную стабильность.

В целом полученные данные свидетельствуют о том, что долгосрочная деградация фотоэлектрических модулей первого поколения обусловлена в первую очередь тепловым воздействием, условиями вентиляции и конструкцией материалов, а не только высотой над уровнем моря или интенсивностью излучения. Модули, установленные в более прохладных и хорошо вентилируемых помещениях, демонстрировали особенно стабильную работу на протяжении нескольких десятилетий.

Результаты испытаний были представлены в статье «Три десятилетия, три климата: влияние окружающей среды и материалов на долгосрочную надёжность фотоэлектрических модулей», опубликованной в EES Solar.

«Исследование показало, что спецификация материалов (BOM) является наиболее важным фактором, влияющим на срок службы фотоэлектрических модулей, — заключили они. — Несмотря на то, что все модули относятся к одному семейству продуктов, различия в качестве герметика, наполняющих материалах и производственных процессах привели к значительным различиям в скорости деградации. Герметики ранних поколений без УФ-стабилизации демонстрировали ускоренное старение, в то время как более поздние модели модулей с оптимизированными подложками и улучшенным качеством производства показали исключительную стабильность в долгосрочной перспективе».