belépés / regisztráció
2020. november 30. hétfő
Aktuális lapszám

A napelemes modulok potenciál által indukált degradációja

Az utóbbi két évben egyre több a napelemes modulok olyan fajta degradációja, ahol trafó nélküli invertereket szereltek be és a rendszerek a földhöz viszonyítva magas negatív rendszerfeszültséget mutatnak.

 

Mindig merülnek fel kérdések a napelemek degradációs témájával kapcsolatban, ezért először is nézzük a degradáció definícióját!

Degradációnak, vagy öregedésnek nevezzük a szolárcella teljesítményének egy idő utáni csökkenését.

A nagyobb napelemes rendszerek mindegy, hogy szabad földön telepítettről vagy tetőrendszerről van szó, mindegyik 500 VDC és 1000 VDC között dolgoznak. Az eddigi vizsgálatok mind azt mutatták, hogy ezek a feszültségek különböző degradációs mechanizmust okoznak. Ezekhez a degradációs mechanizmusohoz tartozik a potenciálkülönbség által előidézett degradáció, azaz a PID. Amelyek alatt a polarizációt, az elektrolitikus és az elektrokémiai korrózió jelenségeket értjük. A kiváltó okok leginkább a normális bepárásodás, por, homok, só vagy egyéb szennyeződés lehetnek. A napelemes technológiától függően a PID lehet pozitív vagy negatív polaritású. Hogy egy modul típus melyik polaritásra érzékeny, az a cella technológiájától, az alkalmazott anyagoktól és a modul kivitelezésétől és a gyártási eljárástól függ. A modulgyártók törekednek az ilyen adatok beszerzésére, mivel csak is így tudják a moduljaik PID ellenállóságát bizonyítani, és a pozitív eredmények pedig a modultípus értékesítési sikerét növelik. Ezeket a bármikor megismételhető vizsgálatokat független intézetek hajtják végre, az eredmények pedig általában (de nem mindig) a modul adatlapján találhatók meg.

A poli- és a monokristályos szilícium szolárcellák kevésbé érintettek ezen a téren, mint az amorf szilíciumból készült vékonyfilmes cellák. Az amorf szolárcelláknál ez az effektus főleg az első 1 000 üzemórában lép fel érezhetően és azután egyre kisebb lesz a degradációs érték. Kristályos celláknál ez az effektus állandó jellegű és az egész üzemidő alatt mérhető. A CIS- és a CdTe-vékonyfilmes celláknál alig jelentkezik degradáció a fény behatása miatt. Kismértékű öregedés ugyanezeknél a típusoknál azonban jelentkezhet más okokból is.

A hatásfok csökkenését a gyártó számítja ki és erre az értékre ad garanciát: 90 %-os cellateljesítményt 10 évre és 80 %-osat 20-25 évre garantálnak.

Minden modultípusra – függetlenül az alkalmazott technológiától – érvényes, hogy például a védőüveg korrodálása, vagy a modul felületén képződő gomba- vagy moharéteg érezhetően lecsökkenti a modul teljesítőképességét. Ugyanez érvényes a cellákhoz beszivárgott nedvesség okozta korrodáló jelenség miatt is. Tehát a degradációt befolyásoló tényezők azt mutatják, hogy az nem egyedül csak a technológiától függ: a gyártók nagyon sokat tudnak tenni az alkalmazott anyagok gondos megválasztásával, a mindenkori gyártási technológiával és a minőségellenőrzéssel annak érdekében, hogy az öregedés mértéke csökkenjen.

A laboratóriumokban kikényszerítik a degradációt, így a gyártók ezen adatok ismeretében valós adatokat kapnak annak várható nagyságáról, aminek alapján majd a végfogyasztóknak garanciát adhatnak ki. Egy másik eljárás során a hozammérést vizsgálják. Viszont az öregebb rendszereknél, az akkor alkalmazott technológia miatt kevésbé tükrözi vissza a mai technika állását és a gyártási minőséget, ezért az ilyen eredményeket csak feltételezve lehet a mai piacon kapható modulokra vetíteni és azokból következtetéseket levonni.

A (poli-/mono) kristályos szolárcelláknál a kezdeti 2%-os degradációs érték után relatíve állandó a degradáció az egész üzemidő alatt, ami közel 0,2%, illetve 0,1-1% évente.

A vékonyfilmes moduloknál, elsősorban az amorf szilíciumosnál (a-Si) főleg az első üzemórákban mérhető igen erős öregedés. Az első 1000 üzemóra alatt 10-15-25%-os degradációt is szenvedhetnek. Ez a Staebler- Wronski-effektusra vezethető vissza, de ezután beáll a névleges teljesítmény egy állandó értékre és a további öregedési fok nagysága igen minimális. Az ilyen modulok gyártói erre a kezdeti nagyobb degradációra utalnak is az adatlapokon, a vevő így a vásárláskor általában nagyobb teljesítményű modult fog kapni, mint ahogy azt a gyártó megadta.

A CIS-vékonyfilmes (CuInSe2) cellákra ugyanaz a degradáció érvényes, mint a kristályos szilíciumosokra.

Egyértelmű okot az öregedésre máig nem sikerült tudományos alapokon megadni senkinek. Jelenleg elsősorban a PID-del (Potential Induced Degradation), a feszültség által indukált degradációval foglalkoznak a kutatási laborokban.

Ezzel szemben a kadmium-tellurid (CdTe), vagy a réz-indium-szelén (CIS) vékonyfilmes moduloknál a fény által előidézett degradáció elhanyagolható nagyságú. De a vékony (3 μm) bevonati réteg miatt sokszor felléphet belső rövidzárlati hiba és a hőmérsékletváltozások miatt egyes esetekben megsérülhetnek a fémes kontaktusok, amelyek az egyes cellákat kötik össze. Az öregedési folyamatot a tokosításkor alkalmazott anyag minősége is befolyásolhatja. Ez ahhoz vezethet, hogy a vékonyfilmes moduloknál 0,25-0,5 százalékos degradációval kell évente számolni.

Az összehasonlítási méréshez mindig az alap- illetve a kiindulási értéket kell venni, ezek az ún. flasheradatok. Természetesen ezeknek a flasher-adatoknak is van toleranciájuk. Továbbá minden gyártó másképpen kezeli a flasht, konzervatívan vagy éppen úgy, hogy a magasabb plusztűrések jöjjenek ki.

A vékonyfilmes modulok berezgési viselkedését lényegesen nehezebb kalibrálni, mint a szilícium kristályosokét. De még ott is vannak különbségek.

Méréseink során azt tapasztaltuk, hogy erősebb degradáció az amorf moduloknál az első besugárzási időszakban volt érzékelhető, és 3 hét, illetve 5 hónap múlva stabilizálódott a hatásfok (ez az a-Si-cella telítettségi értéke, azaz irreversible degradáció). Eddigi tapasztalataink szerint 5 év után 6-9%-os degradációt lehet – ugyanazon körülmények között – észlelni! Azt se felejtsük el, hogy az amorf moduloknak tavasszal/nyáron jobb a hatásfokuk, mint ősszel és télen. Az ilyenfajta degradációt viszont reversible (visszaforduló) degradációnak nevezzük.

A napelemes moduloknál 20-25 éves távlatban adják meg a degradációs nagyságot. A legtöbb modulgyártó ma már legalább 20 éves teljesítménygaranciát ad, de vannak, akik még ennél is nagyobbat.

PID-effektus (Potential Induced Degradation, vagyis feszültség által indukált degradáció)

Ha a szolárgenerátornak (a szolármodul vagy a szolárrendszer) pozitív potenciálja van a földhöz képest, ez úgy lehetséges, hogy negatív töltések gyűlnek fel a cella felületén. Ezeknek a töltéseknek tulajdonképpen vissza kellene folyniuk a cella hátsó kontaktusára, és ezáltal kivenni részüket az áramtermelés fokozásában. Ehelyett azonban ezek a töltések a cellákat beágyazó EVA-anyagon (etilén vinil acetát, vagyis etilvinilakrilát) és a felső üvegen keresztül a modulkerethez vándorolnak, és így nem javítják a hatásfokot. Ez a már több éve ismert PID-hatás főleg magas rendszerfeszültségeknél mutatkozik meg érezhetően.

Nagyon sok cella- és modulgyártó küszködik még ezzel a problémával. A cellákra felvitt módosított antireflexiós réteg, valamint a cellák oxigéntartalmának csökkentése (<15 ppm) és az alkalmazásnak megfelelő EVA-anyag is pozitívan hatna ki erre a jelenségre, amely tehát fokozódik magas rendszerfeszültség, magas hőmérséklet és magas nedvességtartalom esetén, ami 20-30 %- os teljesítményveszteséget is okozhat (ábra).

Ezt a negatív PID-jelenséget megfelelő technikai eszközökkel teljesen meg lehet fordítani, pl.: a negatív vagy a pozitív pólus földelésével. (Hogy a szolárgenerátor melyik pólusát kell (szabad) leföldelni, az a modulgyártótól függ és csak előzetes egyeztetés után szabad végrehajtani.)

Mikor és hol lép fel a PID effektus?

Főképpen az olyan napelemes rendszereknél lép fel, ahol a modulok és a modultartó alsó szerkezet földelve vannak, de az inverter nem. A PID-hatást még jobban elősegíti a nedves modulfelület, ami pl. eső után áll fenn.

Debreczeni Michael
okleveles gépészmérnök

A szerzõ egyéb cikkei:

  Napelemes rendszerrel ellátott épületek villámvédelme I.
  A modern napelemes cellák versenyképessége I.
  Növényházak energiaellátása – megújuló energia rásegítésével
  A globális napelemes piac előző éve és a kilátások II.
  A globális napelemes piac előző éve és a kilátások I.
  Újabb kihívások elõtt az energiafordulat

Eseménynaptár

Hirdetés
Kiadja a Média az épületgépészetért Kft.
Szerkesztőség és kiadóhivatal:
H-1112 Budapest, Oltvány u. 43. I/2.
Telefon: +36 (1) 614 5688
E-mail: kiado@magyarinstallateur.hu

 
Előfizetésben terjeszti a Magyar Posta Zrt. Hírlap Igazg.
Előfizetés és reklamáció: +36 (1) 767-8262
E-mail: hirlapelofizetes@posta.hu
 
 
elfelejtettem a jelszavam