Обширные испытания подтвердили возможность повторного использования поликристаллических солнечных модулей, прослуживших 23 года
Аккумулятор FIAMM FG 11201
Исследователи из Бразилии в течение двух лет тестировали поликристаллические фотоэлектрические модули, использовавшиеся ранее, и обнаружили, что их мощность составляет 87–88 % от первоначальной, при этом они практически не изнашиваются и сохраняют стабильную производительность. Несмотря на значительные преимущества с точки зрения экологичности и экономики замкнутого цикла, экономические стимулы остаются ограниченными из-за снижения стоимости и сокращения срока гарантии на новые современные кремниевые фотоэлектрические модули.
Старые поликристаллические модули, установленные на газохранилище в Университете Санта-Катарины
Исследователи из Федерального университета Санта-Катарины (UFSC) в Бразилии провели двухлетние испытания поликристаллических солнечных модулей, установленных на территории их кампуса, и выяснили, что они по-прежнему обеспечивают «стабильную» работу с ежегодным снижением производительности до 0,44 %.
«Несмотря на множество факторов, затрудняющих продажу, экономика замкнутого цикла и вопросы устойчивого развития могут сыграть на руку вторичным фотоэлектрическим модулям, учитывая огромное количество панелей, которые появятся в продаже благодаря экспоненциальному росту этой технологии, наблюдаемому на протяжении почти десяти лет», — сказал ведущий автор исследования Рикардо Рютер в интервью.
“Несмотря на очевидные аргументы в пользу фотоэлектрических систем second life в отношении технических проблем, устойчивости и аспектов экономики замкнутого цикла, трудно обосновать это с экономической точки зрения, потому что современные кремниевые фотоэлектрические системы продолжают дешеветь ”. далее он сказал: “В настоящее время трудно поверить, что кто-то купит Si PV-модуль second life по цене, по крайней мере, на 50% ниже текущих рыночных цен на совершенно новые, ультрасовременные Si PV-модули. Кроме того, сроки гарантии на этом рынке довольно размыты.
Для эксперимента исследовательская группа использовала бывшие в употреблении монокристаллические фотоэлектрические модули, снятые с выведенной из эксплуатации автономной системы на острове Ратонес в Бразилии. Изначально они были установлены для замены дизельных генераторов. Система состояла из 76 модулей общей мощностью 4,7 кВт и проработала более 22 лет, пока в 2022 году ее не модернизировали с использованием более эффективных технологий.
После вывода из эксплуатации модули были доставлены в фотоэлектрическую лабораторию Университета Флориды для детальной оценки в аналогичных прибрежных условиях. В 2023 году все модули прошли визуальный осмотр, проверку электрических характеристик и безопасности, в результате чего 68 % из них были допущены к повторному использованию.
Экспериментальная установка
Затем одобренные модули были протестированы в двух конфигурациях: на открытом воздухе на уровне отдельных модулей и в системе, подключенной к электросети. На уровне отдельных модулей два репрезентативных модуля были установлены на одноосном трекере с возможностью непрерывного измерения кривой внутривенной инфузии с разрешением в одну минуту.
Эта установка позволила вести детальный мониторинг электрических параметров, таких как максимальная мощность, сила тока, напряжение и степень износа в реальных условиях эксплуатации. Высокоточные датчики измеряли интенсивность излучения и температуру, что позволяло корректировать результаты в соответствии со стандартными условиями тестирования.
Строгая фильтрация данных обеспечила высокое качество наборов данных: за два года мониторинга было зафиксировано 49 дней с ясным небом.
Для выявления дефектов и отслеживания деградации была проведена электролюминесцентная визуализация как после вывода из эксплуатации, так и после двух лет пребывания на открытом воздухе. Такой комбинированный подход с использованием электрических методов и визуализации позволил получить представление о долгосрочной стабильности повторно используемых модулей.
Производительность системы оценивалась с помощью коэффициента производительности (КП), в том числе с поправкой на погодные условия, чтобы учесть колебания температуры.
Данные об электроснабжении и окружающей среде собирались и обрабатывались с использованием критериев фильтрации для обеспечения достоверности, в результате чего было получено 128 дней для анализа.
Для оценки целостности системы были проведены дополнительные полевые испытания, в том числе отслеживание кривых изменения напряжения, измерение сопротивления изоляции и тепловизионный осмотр с помощью дрона. Из-за отсутствия прямых датчиков рабочая температура была рассчитана с помощью существующих моделей.
Результаты
Испытания проводились в период с 2023 по 2025 год и показали, что модули сохранили 87–88 % своей первоначальной мощности, а их деградация составила всего около 0,4 % в год. Кривые изменения напряжения в условиях ясного неба подтвердили стабильные электрические характеристики в течение двух лет, что соответствует результатам измерений после вывода из эксплуатации.
При электролюминесцентной микроскопии было выявлено лишь умеренное снижение люминесценции, при этом не было обнаружено ни неактивных клеток, ни серьезных дефектов.
Кроме того, было установлено, что деградация на системном уровне составляет в среднем около 0,7 % в год, что немного выше из-за несоответствия модулей, но все же ниже ожидаемого производителем показателя.
Испытания на безопасность, в том числе проверка сопротивления изоляции и термодиагностика, подтвердили надежность модулей, даже если речь шла об отремонтированных устройствах с небольшими трещинами. В отремонтированных модулях были обнаружены лишь незначительные очаги перегрева, которые не представляли непосредственной угрозы для производительности или безопасности.
«В целом исследование дает исчерпывающие данные о производительности, надежности и степени износа фотоэлектрических модулей, которые можно использовать повторно, — говорит Рютер. — Оно показывает, что, несмотря на старение, значительная часть выведенных из эксплуатации модулей все еще может эффективно работать. Однако для создания и устойчивого развития рынков повторного использования по-прежнему необходимы финансовые стимулы».
Результаты исследования представлены в статье «Вторичная фотоэлектрическая энергия на практике: результаты в Бразилии», опубликованной в Solar Energy Advances.
В UFSC также находится старейшая в Бразилии фотоэлектрическая система. Она была установлена самим Рютером в 1997 году, после того как он защитил докторскую диссертацию по системам солнечной энергетики в Институте систем солнечной энергетики Фраунгофера (Fraunhofer ISE) во Фрайбурге, Германия.