Żywotność paneli fotowoltaicznych

Instalacje fotowoltaiczne są często montowane z oczekiwaniem, że będą funkcjonować przez wiele długich lat, ale jaka jest żywotność paneli fotowoltaicznych?

Żywotność paneli fotowoltaicznych zależy od kilku czynników, w tym między innymi od klimatu, typu modułu PV i zastosowanego systemu montażowego. Nie ma jednak terminu, po jakim należy moduły solarne wymienić. Decyzja o tym jest najczęściej uzależniona od tego, ile prądu wytwarzają, a najlepszym sposobem aby wiedzieć, czy panele pracują wydajnie jest monitorowanie ich produkcji prądu.

Zatem jaka jest żywotność paneli fotowoltaicznych zależy od ich wydajności, jednak dane pokazują, iż liczona jest w dziesięcioleciach.

Jaka jest żywotność paneli fotowoltaicznych?

Panele fotowoltaiczne nie mają określonego okresu trwałości. Nie posiadając części mechanicznych, które mogłyby ulec zużyciu, mogą produkować prąd przez wiele dekad. Do dnia dzisiejszego funkcjonują instalacje zamontowane w latach osiemdziesiątych.

Producenci oferują 25-letnie gwarancje na moc, zgodnie z którymi zachowana powinna być określona moc paneli fotowoltaicznych po 10 latach, po 25 latach a czasami nawet po 30 latach. Nic nie stoi jednak na przeszkodzie, aby moduł PV był eksploatowany znacznie dłużej. Pamiętać jednak należy, iż z upływem lat, moc modułu fotowoltaicznego ulega zmniejszeniu.

Sprawność paneli fotowoltaicznych po 10 latach

Z upływem czasu, panele fotowoltaiczne zmniejszają swoją zdolność do wchłaniania światła i przekształcania go w prąd elektryczny. Przyczyną są zmiany zachodzące przede wszystkim w ogniwach fotowoltaicznych. Zjawisko to nazywa się degradacją.

Im mniejszy współczynnik degradacji, tym lepszy panel fotowoltaiczny. Jeśli moduł solarny ma niższy współczynnik degradacji, to wyprodukuje więcej prądu elektrycznego w czasie eksploatacji.

Większość obecnie dostępnych paneli solarnych degraduje w tempie ok. 0,3% – 0,5% rocznie. Czasami zdarza się jednak, że poziom degradacji osiąga nawet 1,4% rocznie. Utrata kilku procent produkcji prądu rocznie może mieć wpływ na potencjalne zyski. Z tego powodu warto dokonać oceny tempa degradacji modułu fotowoltaicznego przed podpisaniem umowy na montaż instalacji PV.

Ubytek mocy modułów solarnych jest określony w gwarancji na moc paneli PV. Producenci modułów oferują gwarancje na moc sięgające najczęściej 25, a czasami więcej lat. Ubytek mocy zachodzi podczas eksploatacji modułu najczęściej w sposób liniowy, jak pokazano na powyższym wykresie. Wyjątkiem jest pierwszy rok po montażu (a raczej pierwsze godziny i dni po montażu), gdy spadek mocy jest większy niż w kolejnych latach.

Jak się to przekłada na konkretne wartości? Otóż, idealny panel fotowoltaiczny, który nie ulegałby degradacji, w ciągu 10 lat wyprodukowałby 10.000 kWh, a w ciągu 25 lat wyprodukowałby 25.000 kWh (przy założeniu produkcji 1.000 kWh energii elektrycznej rocznie). W praktyce, wartości te będą niższe a różnice pomiędzy modułami będą wynikać z tempa degradacji.

Powyższa tabelka pokazuje sprawność paneli fotowoltaicznych po 10 latach i po 25 latach oraz różnice w produkcji energii elektrycznej w zależności od zastosowanej technologii ogniw fotowoltaicznych.

Co powoduje degradację?

Wszystkie panele fotowoltaiczne tracą moc z upływem czasu, ale jedne degradują szybciej a inne wolniej. Wiele czynników ma na to wpływ, w tym klimat, temperatura czy materiały zastosowane do budowy modułu solarnego.

Degradacja paneli fotowoltaicznych jest konsekwencją wielu zjawisk, które oddziałują na moduły, jednak główną przyczyną jest degradacja związana ze starzeniem. Pozostałe przyczyny to degradacja wywołana światłem (LID), degradacja indukowanym napięciem (PID), czy też uszkodzenie tylnej warstwy ochronnej modułu (backsheetu).

Degradacja wynikająca ze starzenia

Starzenie jest głównym zjawiskiem wpływającym na panele fotowoltaiczne podczas ich długoletniej eksploatacji. Jest ono konsekwencją ekspozycji modułów solarnych na deszcz, śnieg, zmienne temperatury, grad, wilgotność, obciążenia mechaniczne, oraz inne czynniki.

Gdy panele fotowoltaiczne zostają wystawione na działanie wymienionych zjawisk, zaczyna się ich starzenie i redukcja wydajności. Dzieje się to poprzez korozję ramek, delaminację szkła i podłoża, czy utratę właściwości fotowoltaicznych komponentów modułu fotowoltaicznego. Wszystko to powoduje roczną degradację na poziomie ok. 0,5%.

LID – degradacja wywołana światłem

LID to zjawisko szybkiej, lecz krótkotrwałej degradacji pod wpływem padającego na ogniwo promieniowania słonecznego. Jest ono spowodowane zmianami chemicznymi zachodzącymi w ogniwie (dodawany do płytek krzemowych bor wiąże się z atomami tlenu, obniżając sprawność ogniwa).

Degradacja LID występuje w praktyce w trakcie pierwszych godzin po ekspozycji modułu na słońce.

Degradacja wywołana światłem dotyczy szczególnie modułów monokrystalicznych PERC.

PID – Degradacja indukowanym napięciem

Kolejnym rodzajem degradacji jest zjawisko PID. Dotyczy ono zarówno modułów monokrystalicznych, polikrystalicznych jak i cienkowarstwowych.

Degradacja PID dotyczy spadku mocy modułu solarnego, wynikającego z upływu prądu z ogniwa fotowoltaicznego do ramki modułu. Część prądu elektrycznego, zamiast płynąć przewodami do falownika, przedostaje się do ramki modułu, a stamtąd poprzez przewód uziemiający, do ziemi i bezpowrotnie ulega stracie.

Uszkodzenie podłoża panelu fotowoltaicznego (backsheetu)

Uszkodzenie podłoża modułu fotowoltaicznego jest kolejnym rodzajem przedwczesnej degradacji. Wg firmy DuPont – jednego z producentów materiałów do produkcji podłoża – 14% modułów fotowoltaicznych miało uszkodzenie podłoża. Podłoże stanowi pierwszą linię obrony, chroniąc wewnętrzne elementy modułu przed czynnikami zewnętrznymi, takimi jak wilgoć, wiatr, kurz, czy promieniowanie ultrafioletowe.

Główną przyczyną degradacji wywołanej uszkodzeniem podłoża jest delaminacja podłoża lub powstanie pęknięć w materiale. Gdy podłoże ulegnie uszkodzeniu, wewnętrzne komponenty modułu fotowoltaicznego zostają wystawione na działanie czynników zewnętrznych, a żywotność modułu ulega skróceniu.

Co wpływa na wzrost lub spadek tempa degradacji paneli fotowoltaicznych?

Podobnie jak w przypadku różnego tempa degradacji paneli fotowoltaicznych, występują czynniki, które przyspieszają bądź spowalniają degradację modułów solarnych. Zaliczają się do nich materiały zastosowane do produkcji modułów, proces produkcyjny, proces montażu paneli fotowoltaicznych w miejscu ich użytkowania, konserwacja a nawet pogoda.

Jakość materiałów

W większości modułów, które ulegają przyspieszonej degradacji, dzieje się tak z powodu opisanych wcześniej LID, PID, bądź uszkodzenia podłoża. Te zjawiska wynikają częściowo z wad materiałowych, można więc zakładać, iż lepszej jakości materiały degradują powolniej.

Montaż paneli fotowoltaicznych

Podczas transportu oraz przenoszenia modułów w trakcie instalacji w miejscu montażu, na panele oddziaływają naprężenia mechaniczne. Te naprężenia mogą wywoływać degradację z powodu uszkodzenia podłoża.

W celu ograniczenia degradacji wywołanej pęknięciami podłoża i wydłużenia żywotności paneli fotowoltaicznych, powinny być montowane przez doświadczonych profesjonalistów.

Regularna konserwacja paneli fotowoltaicznych

Panele fotowoltaiczne co do zasady nie wymagają konserwacji, jednak producenci coraz częściej dodają do instrukcji montażu zapisy wymagające przeglądów i / lub konserwacji.

Z pewnością warto usuwać z paneli nadmierny brud lub zalegające liście (dotyczy szczególnie instalacji o niewielkim kącie nachylenia). Oprócz tego, iż tego typu zabrudzenia ograniczają produkcję prądu, dodatkowo powodują częstsze załączanie diod bocznikujących, co może doprowadzić do ich przedwczesnego uszkodzenia i skrócenia żywotności modułu solarnego.

Jaka jest żywotność paneli fotowoltaicznych – przykłady długowiecznych instalacji PV

Poniżej przykłady paneli fotowoltaicznych zamontowanych wiele lat temu.

• instalacja 3,46 kWp w Niemczech – system składający się z 336 modułów solarnych pracuje od 1981 r. ma uniwersytecie w Oldenburgu; moc zamontowanych paneli wynosiła 10,3 W, a sprawność 8,2% (obecnie standardem jest powyżej 20%);
• instalacja 10 kW w Szwajcarii – system został uruchomiony w 1982 r., kosztował 284 tys CHF i składał się z 288 paneli fotowoltaicznych o mocy 37 W; część zamontowanych paneli na przestrzeni 35 lat miała spadek mocy wynoszący do 13%, a część nie więcej niż 21%;
• instalacja 1 kW we Francji – instalacja została uruchomiona w 1992 r. i po ponad 30 latach eksploatacji okazało się, że moduły fotowoltaiczne uzyskują średnio 79,5% swojej mocy nominalnej;
• instalacja fotowoltaiczna o mocy 100 kW zamontowana w 1993 r. w Japonii – instalacja składa się z 1.800 modułów solarnych (ok. 55 W na moduł).

A zatem jaka jest żywotność paneli fotowoltaicznych? Z powyższych przykładów wynika, że mogą to być dziesięciolecia.

Podsumowanie

• Dobrej jakości panele fotowoltaiczne mają żywotność co najmniej 25 lat, a w praktyce znacznie dłużej.
• Typowy współczynnik degradacji, czyli utraty mocy wynosi 0,3% do 0,5% rocznie.
• Panele fotowoltaiczne nie mają określonej trwałości, ich moc z czasem maleje, ale nie przeszkadza to w ich eksploatacji.