Исследование Университета Нового Южного Уэльса показало, что фотоэлектрические системы с трекером сильнее подвержены разрушению под воздействием ультрафиолета, чем системы с фиксированным углом наклона.

Аккумулятор FIAMM 12FGH65

Новое исследование, проведенное в Университете Нового Южного Уэльса, показало, что степень деградации фотоэлектрических модулей сильно зависит от конструкции системы и ее расположения, а также от воздействия ультрафиолетового излучения, температуры, влажности и атмосферных условий. Тропические и пустынные регионы подвергаются наибольшему воздействию, что подчеркивает необходимость тестирования и проектирования систем с учетом климатических особенностей.

Ультрафиолетовое (УФ) излучение уже давно признано одним из основных факторов, приводящих к деградации фотоэлектрических модулей. Однако этот фактор значительно недооценен в современных стандартах тестирования, особенно для современных систем и регионов с высокой интенсивностью солнечного излучения.

С учетом этого группа исследователей из Университета Нового Южного Уэльса (UNSW) в Австралии разработала высокоточную глобальную модель ультрафиолетового излучения на наклонных поверхностях, учитывающую влияние конструкции системы, климата и атмосферных условий.

«Наша новая модель показывает, что идентичные технологии производства модулей по-разному изнашиваются в зависимости от места установки, что подчеркивает необходимость оценки надежности с учетом климатических условий, — рассказал автор исследования Брам Хоэкс. — Кроме того, это открывает путь к переходу от общих ускоренных испытаний к региональному моделированию и протоколам аттестации».

Исследователи отметили, что интенсивность ультрафиолетового излучения в мире может варьироваться от менее 30 Вт/м² в регионах с высокими широтами до более 80 Вт/м² в пустынях и регионах с сухим климатом. В некоторых местах доза ультрафиолетового излучения, указанная в стандарте IEC 61215 и составляющая всего 15 кВт·ч/м², может быть получена менее чем за два месяца. При этом в реальных условиях воздействие ультрафиолета в течение всего срока службы модуля на несколько порядков выше.

«Текущие пороговые значения для тестирования просто слишком низкие, чтобы воспроизвести долгосрочные условия эксплуатации», — отмечают авторы, добавляя, что даже усовершенствованные протоколы не позволяют смоделировать работу в течение 25–30 лет.

Один из самых поразительных выводов исследования связан с конструкцией системы. Исследователи сравнили установки с фиксированным углом наклона и системы с одноосевым отслеживанием (SAT) и обнаружили, что трекеры получают значительно больше ультрафиолетового излучения из-за того, что в течение дня они ориентированы на солнце.

В регионах с высокой интенсивностью солнечного излучения, например в пустынях, одноосевые системы слежения (Single Axis Tracking, SAT) могут подвергаться воздействию в 1,5 раза большего количества ультрафиолетового излучения, чем системы с фиксированным углом наклона, что приводит к почти двукратному увеличению скорости деградации. В результате скорость деградации систем SAT под воздействием ультрафиолета может достигать 0,35 % в год по сравнению с примерно 0,25 % в год для систем с фиксированным углом наклона.

В течение срока службы типичного проекта эта разница может привести к дополнительным потерям мощности в несколько процентных пунктов, что напрямую влияет на экономическую эффективность и долгосрочную производительность фотоэлектрической системы.

Исследование также показало, что идентичные фотоэлектрические модули могут изнашиваться с разной скоростью в зависимости от места установки. К основным факторам, влияющим на эту вариативность, относятся ультрафиолетовое излучение, температура, влажность и атмосферные условия, такие как уровень озона, наличие аэрозолей и облачный покров. Наиболее неблагоприятными являются тропические и пустынные регионы, где интенсивное ультрафиолетовое излучение сочетается с высокими температурами и неблагоприятными условиями окружающей среды, что ускоряет износ модулей.

«Существующие стандарты значительно занижают реальные показатели воздействия ультрафиолетового излучения, в некоторых случаях на несколько порядков по сравнению с условиями эксплуатации, — подчеркнул Хоэкс. — Воздействие ультрафиолетового излучения существенно зависит от местоположения и конфигурации системы. В регионах с высокой интенсивностью излучения системы слежения могут выходить из строя в два раза быстрее. В засушливом и тропическом климате деградация, вызванная ультрафиолетовым излучением, может достигать 0,25–0,35 % в год, что существенно влияет на снижение производительности в долгосрочной перспективе».

Новая высокоточная модель для оценки ультрафиолетового излучения в фотоэлектрических системах была представлена в статье «Устранение проблемы фотодеградации, вызванной ультрафиолетовым излучением, с помощью глобального моделирования фотоэлектрических систем с фиксированным наклоном и следящих систем», опубликованной в IEEE Journal of Photovoltaics.

«Эта работа является частью более масштабного проекта нашей группы по установлению связи между фундаментальными механизмами деградации и их влиянием на систему в полевых условиях. Мы сочетаем целевые ускоренные испытания, такие как воздействие ультрафиолетового излучения, влажная жара и загрязнение, с физическим моделированием и анализом данных на системном уровне, чтобы количественно оценить, как известные и новые виды отказов влияют на реальные потери энергии в различных климатических условиях и при разных конструкциях систем», — заключил Хоэкс.