Bilanir og bilanir í sólarvörn PV

Heimild: ee.co.za

Nútíma sólarrafbúnaður er hannaður til áreiðanlegrar notkunar allan líftíma vörunnar. Þrátt fyrir þessa framleiðslugalla og ótímabæra bilun eiga sér stað enn sem geta haft áhrif á afköst vöru.

Áreiðanleiki og gæði eru hönnuð og innbyggð í nútíma sólarrafbúnað. Þrátt fyrir stjórnun og lélegt gæðaeftirlit getur fjöldaframleiðslutækni enn sett framleiðslugalla í vöruna og uppsetning á sviði og flutningi getur valdið tjóni, sem öll geta stytt líftíma afurða.

Einn lykilatriði til að draga úr kostnaði við ljósleiðslukerfi er að auka áreiðanleika og endingartíma PV-eininganna. Tölfræði dagsins sýnir niðurbrotshraða hlutfallsafls fyrir kristallaða kísil PV mát 0,8% á ári [1]. Þrátt fyrir að nútíma vörur séu hönnuð til að nýta hærra gæði efna og vélræna framleiðslu hefur verðsamkeppni leitt til þess að þynnri og minna efni hefur verið notað við framleiðslu á spjöldum. Að auki eru vísbendingar um að sum framleiðsla hafi snúið sér að því að nota efni úr lægri gæðum til að lækka verð.

Ótímabær bilun á spjöldum getur haft mikil fjárhagsleg áhrif fyrir PV-mannvirki þar sem kostnaður við stóra hringrásina er fjármagn. Bilun í PV-einingum er áhrif sem annað hvort rýrir einingaflið sem er ekki snúið við venjulega notkun eða skapar öryggisatriði.

Eingöngu snyrtivörur sem hefur hvorug af þessum afleiðingum er ekki talið bilun í PV mát. Bilun í PV-einingu skiptir máli fyrir ábyrgðina þegar hún á sér stað við aðstæður sem einingin lendir venjulega í [1].

Venjulega er bilun í vöru skipt í eftirfarandi þrjá flokka:

• Ungbarnabilun

• Mistök í miðlífi

• Slit á bilun

Mynd 1 sýnir dæmi um þessar þrjár tegundir bilana fyrir PV einingar. Fyrir utan þessi bilun í einingunni, sýna margir PV-einingar ljósavöldum rýrnun (LID) strax eftir uppsetningu. LID er bilunartegund sem á sér stað á einhvern hátt og hlutfall aflsins sem er prentað á merkimiða PV málsins er venjulega aðlagað með því að reikna með stöðluðu mettaðri aflstapi vegna þessarar bilunar.

Mynd 1: Þrjú dæmigerð atburðarás fyrir bilun sem byggir á kristallaðri ljósanotkun einingar [1].

LID: niðurbrot létt af völdum
PID: Möguleg framköllun
EVA: Etýlen vínýlasetat
J-box: tengibox

Bilun og bilun

Ítarlegar rannsóknir á bilun í notkun allan líftíma spjalda eru ekki tiltækar þar sem flestar innsetningar eru nýlegar og birgjar eru tregir til að gefa út slíkar tölur. Skýrslur um ungbarnadauða, þ.e. bilun í uppsetningu, gefa tölur milli 1 og 2% allra spjalda sem settar voru upp [3]. Gerðar hafa verið nokkrar hermirannsóknir með hraðari líftíma en á takmörkuðum fjölda spjalda.

BP Solar hefur greint frá bilunartíðni um 0,13% á átta ára tímabili fyrir Solarex c-Si spjöld og Sandia National Laboratories hefur spáð bilunarhlutfalli 0,05% á ári miðað við gögn í reitum [4]. Þetta eru samt skammtímatölur um snemma líftíma og engar tölur um bilun seint á líf eru fyrirliggjandi.

Stórir gallar og bilanir

Skipt er um bilanir í árangur og öryggistengdar bilanir. Öryggistengd bilun gæti valdið eignatjóni eða starfsmannskaða. Árangursstengd bilun leiðir til taps eða lækkunar á afköstum.

Gallar koma fram á eftirfarandi svæðum:

• Skífurnar eða frumurnar í kristölluðum PV afurðum

• Hylkin

• Glerbotninn

• Innri raflögn

• Rammi og festingar

• Formlausu lögin í myndlausri PV

Gallar í riffli eða klefi

Lækkun skilvirkni frumunnar er eðlileg yfir líftíma frumunnar og er ekki litið á það sem bilun eða bilun nema niðurbrotshraðinn fari yfir eðlileg mörk. Meirihluti galla í efra eða frumum verður sprunga í skífunni og skemmdir á tengingum og leiðum. Minni bilun stafar af skemmdum gegn endurskinsmerki (ARC) og tæringu frumna. Ljós niðurbrot í myndlausum sólarplötum eru þekkt áhrif og er ekki endilega litið á bilun. Hugsanleg niðurbrot er nýtt fyrirbæri sem hefur birst vegna sífellt hærri spennu sem notuð er í PV kerfum.

Andstæðingur-hugsandi húðskemmdir

Andstæðingur-hugsandi húðun (ARC) eykur fanga ljóssins og eykur þess vegna umbreytingu á einingunni. ARC-eyðing á sér stað þegar andstæðingur-hugsandi húðun kemur frá kísil yfirborði frumunnar. Þetta er ekki alvarlegur galli nema að mikið sé um afskræmingu [2]. Rannsóknir hafa sýnt að ARC eiginleikar eru orsakandi þáttur í PID.

Frumusprunga

Sprungur í PV einingum eru alls staðar nálægar. Þeir geta þróast á mismunandi stigum á líftíma námskeiðsins.

Við framleiðslu sérstaklega framkallar lóða mikið álag í frumurnar. Meðhöndlun og titringur í flutningi getur valdið eða aukið sprungur [4]. Að lokum, mát á þessu sviði lendir í vélrænu álagi vegna vinds (þrýstings og titrings) og snjós (þrýstings).

Ör-sprungur geta valdið eða versnað af:

• Framleiðsla

• Samgöngur

• Uppsetning

• Streita í þjónustu (hitauppstreymi og annað)

Kristallaflaköflum hefur fjölgað að stærð og minnkað í þykkt með árunum, sem eykur möguleika á broti og sprungum. Sprungur í sólarfrumum eru raunverulegt vandamál fyrir PV-einingar þar sem erfitt er að forðast þær og hingað til er í grundvallaratriðum ómögulegt að mæla áhrif þeirra á skilvirkni einingarinnar á líftíma þess. Sérstaklega getur nærvera örsprungna aðeins haft lítil áhrif á kraft nýrrar einingar, svo framarlega sem mismunandi hlutar frumanna eru enn rafmagnaðir tengdir.

Þegar einingin eldist og verður fyrir hitauppstreymi og vélrænni álagi, getur verið að sprungur séu kynntar. Endurtekin hlutfallsleg hreyfing á sprungnu frumuhlutunum getur leitt til fullkomins aðskilnaðar og þannig leitt til óvirkra frumuhluta. Í þessu sérstaka tilfelli er mögulegt skýrt mat á rafmagnstapi. Fyrir 60 klefa, 230 W PV mát er tap á frumuhlutum ásættanlegt svo lengi sem týndi hlutinn er minni en 8% af frumusvæðinu [3].

Mynd 2: Sniglaspor vegna örsprungna í frumum [1].

Örsprungur eru sprungur í sílikon undirlagi PV frumanna sem oft er ekki hægt að sjá með berum augum. Sprungur geta myndast í mismunandi lengd og stefnumörkun í sólarfrumu. Rafskífan, frumuframleiðsla strengja og fellingarferlið meðan á framleiðsluferlinu stendur veldur frumusprungum í ljósgeymslufrumum. Strengingarferlið sólfrumanna er sérstaklega mikil hætta á að koma sprungum í [1].

Það eru þrjár mismunandi heimildir um ör-sprungur við framleiðslu; hver og einn hefur sínar eigin líkur:

• Sprungur sem byrja á klefanum samtengja borði eru af völdum leifarálags sem stafar af lóðunarferlinu. Þessar sprungur eru oft staðsettar við lok eða upphafspunkt tengisins, vegna þess að það er mesta eftirspenna. Þessi sprungugerð er algengust.

• Svokallað krosssprunga, sem stafar af því að vélar þrýsta á skífuna meðan á framleiðslu stendur.

• Sprungur sem byrja frá brún frumunnar eru af völdum frumunnar sem hefur áhrif á harðan hlut.

Þegar frumusprungur eru til staðar í sólareiningum er aukin hætta á því að við notkun sólareiningarinnar geti stuttar frumusprungur þróast í lengri og breiðari sprungur. Þetta er vegna vélræns álags sem stafar af vindi eða snjóálagi og hitauppstreymi vélræns álags á sólareiningar vegna hitastigsbreytinga af völdum skýja og breytinga í veðri.

Örsprungur geta haft mismunandi uppruna og leitt til frekar „mjúkra“ niðurstaðna svo sem eins og til að draga úr uppskerubroti á hlutum viðkomandi frumu upp í alvarlegri áhrif sem fela í sér minnkun skammhlaupsstraumsins og virkni klefi. Sjónrænt, ör-sprungur geta birst í formi svokallaðra „snigilsgönguleiða“ á frumuuppbyggingunni. Hins vegar geta snigilsgönguleiðir - sem langtímaáhrifamerki - verið afleiðing efnaferils sem veldur því að yfirborð frumunnar breytist og / eða heitir staðir.

Það fer eftir sprungumynstri stærri sprunganna, hitauppstreymi, vélrænni streita og rakastig getur leitt til „dauða“ eða „óvirkra“ frumuhluta sem valda tapi á afköstum frá ljósgeislægum klefi. Dauður eða óvirkur frumuhluti þýðir að þessi tiltekni hluti ljósafjarlægðarfrumunnar stuðlar ekki lengur að heildarafköstum sólareiningarinnar. Þegar þessi dauði eða óvirki hluti ljósgeymslufrumunnar er meiri en 8% af heildarfrumusvæðinu, mun það leiða til rafmagnstaps sem eykst nokkurn veginn línulega með óvirka frumusvæðinu [1].

Sprungur vaxa hugsanlega yfir lengri rekstrartíma og auka þannig skaðleg áhrif þeirra á virkni og frammistöðu PV-einingar, sem geta hugsanlega komið af stað heitu blettum. Ógreinir, ör-sprungur geta valdið líftíma akurlífsins en búist var við. Þeir eru mismunandi að stærð, staðsetningu á klefanum og áhrifa gæði.

Hægt er að greina ör-sprungur á sviði fyrir uppsetningu og yfir líftíma verkefnis. Það eru mismunandi gæðaprófunaraðferðir til að bera kennsl á örsprungur þar sem prófun á rafsegulgeislun (EL) eða rafsegulæxlunarprófun (ELCD) er ein af beittustu aðferðunum. EL prófanir geta greint falda galla sem áður voru ekki rekjanlegir með öðrum prófunaraðferðum, svo sem innrauða (IR) myndgerð með hitamyndavélum, VA einkennum og flassprófi [1]. Sumir framleiðendur mæla með reglulegri skoðun á uppsettum spjöldum yfir líftíma [3].

Bilun í umbreytingu

Sólspjald er „samloka“ sem samanstendur af mismunandi lögum af efnum (mynd 3).

Mynd 3: Hlutar PV-einingar [2].

Hylkjandi efni eru notuð til að:

• Standast gegn hita, raka, UV geislun og hita hjólreiðum

• Veita góða viðloðun

• Paraðu glerið við frumur

• Einangrað rafmagns íhluti

• Stjórna, draga úr eða útrýma rakainntöku

Mest samsetta mmonefnið sem notað er við hjúpun er etalínvínýl asetat (EVA). Bilun í hylkinu getur valdið bilun eða rýrnun á PV einingunni.

Viðloðun bilun

Viðloðun milli glersins, hylkisins, virkra laga og afturlaga getur verið í hættu af mörgum ástæðum. Þunnfilma og aðrar gerðir af PV tækni geta einnig innihaldið gegnsætt leiðandi oxíð (TCO) eða svipað lag sem getur skemmt úr aðliggjandi glerlagi.

Venjulega, ef viðloðunin er í hættu vegna mengunar (td óviðeigandi hreinsunar á glerinu) eða umhverfisþátta, verður mengun, fylgt eftir með raka og tæringu. Brotthvarf við tengi innan sjónleiðarinnar mun leiða til sjón endurspeglunar (td allt að 4%, rafmagnstaps, við eitt loft / fjölliða viðmót) og síðan tap á straumi (afli) frá einingunum [1].

Ediksýruframleiðsla

EVA lak hvarfar við raka og myndar ediksýru sem flýtir fyrir tæringarferli innri íhluta PV eininga íhluta. Þetta getur einnig stafað af öldrunarferli EVA og getur ráðist á silfursambönd og haft áhrif á frumuframleiðslu. Fyrir gegndræpi bakplötur er þetta ekki vandamál vegna þess að ediksýra getur sloppið við. Hins vegar fyrir ógegndræpi bakplötur getur þessi galli valdið töluverðu rafmagni með tímanum.

Mislitun á hylki

Þetta mun hafa í för með sér nokkurt tap á flutningi og því minni orku. Mislitunin stafar af bleiku súrefnis, þannig að með öndunarhæfu bakplötu litast miðju frumanna á meðan hringir utan eru áfram tærir. Þetta getur komið fram vegna lélegrar þverbindingar og / eða aukefna í EVA samsetningunni.

Mynd 4: Mislit EVA [5].

Án einbeitingu tekur það fimm til tíu ár að sjá litabreytingu og lengur að byrja að draga verulega úr framleiðsla. Það er ekki EVA sjálft sem litast, heldur aukefni í samsetningunni. Þessi galli getur komið í veg fyrir að nokkurt ljós nái til pallborðsins [5].

Óþægindi

Delaminering er aðskilnaður hylkisins með glasi eða klefi. Óeðlilegt getur verið á milli yfirborðs (gler), undirlags (afturplötu) og hylkis eða milli hylkis og frumna. Skemmdir frá framglerinu geta komið fram vegna lélegrar EVA viðloðunar eða lélegrar glerhreinsunaraðferða við framleiðsluferlið. Þessi galli getur komið í veg fyrir að nokkurt ljós nái til pallborðsins. Vandinn getur orðið alvarlegri ef rakastig safnast upp í tómarúmið og skapar skammhlaup nálægt lóða vírunum.

Ólömun af völdum frumunnar stafar líklega af lélegri þverbindingu eða mengun á yfirborði frumunnar. Þessi galli getur verið alvarlegur vegna þess að þegar loftbóla myndast í lagskiptum er möguleiki á uppsöfnun raka og skammhlaup. Delaminering úr innskotinu á sér stað ef EVA festist ekki vel við innskotið meðan á tilbúningi stóð.

Nýju leiðirnar og tæringin í kjölfar eyðingarinnar draga úr afköstum mátanna en eru ekki sjálfkrafa í öryggismálum. Skemmdir á bakhliðinni geta hins vegar gert kleift að verða fyrir virkum rafmagns íhlutum. Þegar eining er smíðuð með fram- og afturplötum úr gleri, þá geta verið frekari álag sem auka eyðingu og / eða glerbrot.

Gallar í baki

Bakhlið einingarinnar þjónar bæði til að vernda rafeindaíhluti fyrir beinni útsetningu fyrir umhverfinu og til að tryggja örugga notkun í návist mikils DC spennu. Bakplötin geta verið samsett úr gleri, eða fjölliður, og þau geta verið með málmþynnu.

Mynd 5: Delamination (Rycroft).

Oftast samanstendur af bakslagi úr lagskiptri uppbyggingu með mjög stöðugu og UV-ónæmu fjölliða, oft flúorfjölliða að utan, beint útsett fyrir umhverfinu, innra lag af PET, fylgt eftir með þéttingarlaginu [1] .

Þegar afturglers er notað í staðinn fyrir aftan lak getur það bilað með því að brjóta. Ef einingin er smíðuð sem þunnfilmatæki á bakhliðinni (undirlag CIGS), þá er þetta veruleg öryggisáhætta til viðbótar við umtalsverða eða, líklegra, algjört rafmagnstap fyrir þá einingu. Það getur verið lítið bil meðfram sprungunum og einhver spenna sem er fær um að framleiða og viðhalda rafboga.

Ef þetta gerist í tengslum við bilun á hliðarbrautdíóða gæti öll kerfisspennan verið til staðar yfir bilið og skapað stóran og viðvarandi boga sem er líklegur til að bræða gler, hugsanlega koma af stað eldsvoða. Hins vegar, ef glerplata afturbrotnaði í dæmigerðri kristallaðri Si-einingu, væri samt lag af hylki sem gefur lítið magn af rafmagns einangrun.

Delaminering frá EVA getur átt sér stað vegna lélegrar viðloðunar á milli EVA og afturborðsins eða ef viðloðunarlagið á bakslaginu er skemmt vegna útfjólublárar útfjólubláttar eða hitastigsaukningar.

Gulleit á framhliðinni stafar af niðurbroti fjölliðunnar sem notaður er til að stuðla að viðloðun sértæka bakslagsins við hylkið. Gulleitning tengist oft versnandi vélrænni eiginleika. Með þessum galla er líklegt að bakhliðin geti að lokum eyðilagt og / eða sprungið [3].

Gulleit á lofthlið er merki um UV-næmi sem hægt er að flýta fyrir vegna mikils hitastigs. Þessi galli kemur einnig fyrir í sumum bakplötum vegna hitauppstreymis. Gulleitning tengist oft versnandi vélrænni eiginleika. Með þessum galla er líklegt að bakhliðin geti að lokum eyðilagt og / eða sprungið [3].

Heitar blettir

Upphitun á heitum stað á sér stað í mát þegar rekstrarstraumur hans er meiri en minnkaður skammhlaupsstraumur (I _sc ) í skyggða eða gallaða frumu eða hópi frumna. Þegar slíkt ástand á sér stað neyðist viðkomandi klefi eða hópur frumna til öfugrar hlutdrægni og verður að dreifa krafti.

Mynd 6: Kristallað kísil sólarfrumur samtengdar í röð með borði borði [6].

Ef orkudreifingin er nógu mikil eða staðbundin nægjanleg getur hið gagnstæða hlutdrægi klefi ofhitnað sem hefur í för með sér að bráðna lóðmálmur og / eða sílikon og hnignun á hylkinu og afturplötunni [5].

Leiðarljós borði og bilun í liðum

Sólarfrumur eru búnar tveimur grunnþáttum, framhlið og aftari snertingu, sem gerir kleift að afhenda straum til ytri hringrásarinnar. Straumur er fluttur með strætisvögnum sem eru lóðaðir að framan og aftan tengiliðum. Bilun í strengjalistanum tengist tapi á afköstum. Samtengingarbrot eiga sér stað vegna hitauppstreymis og samdráttar eða endurtekins vélræns álags. Ennfremur, þykkari borði eða kinks í borði stuðla að því að brotna á samtengingum og hafa í för með sér skammhringa frumur og opna rafrásir.

Mikilvægur hluti af einingunni er samtengingar lóðmálmsins. Þau samanstanda af mörgum efnum sem eru tengd saman, þar með talin lóðmálmur, strætóstöng, borði og sílikonskífunni. Þessi efni hafa mismunandi hitauppstreymi og vélrænni eiginleika. Við tengslamyndun þróar samsetningin varma-vélrænni áreiðanleika sem stafar af mismunur á hitastækkun tengda efnanna. Lóðmálmur veitir tengingu milli rafskautsins og slaufunnar.

Hitastig PV málsins er mismunandi eftir staðbundnu veðri sem síðan hefur áhrif á hraða niðurbrots lóð samtengingar. Í líkanagreiningum um líkan fyrir spá var greint frá því að fyrir sömu tegund af c-Si PV einingum sem staðsettar voru við ýmsar veðuraðstæður væri líftími stystur í eyðimörk og síðan þeim í hitabeltinu.

Þrátt fyrir að notkun lóðaferlis við samsetningu sólarfrumna í PV-einingum hafi þann kost að skila afurðum sem búa yfir mikilli áreiðanleika með lágmarks framleiðslukostnaði, þá kemur tæknin fram við hátt hitastig með innbyggða möguleika til að framleiða klippuálag í sílikonskífunni. Bilun og niðurbrot á lóðmálmsleiðum veldur aukningu á mótstöðu í röð, sem leiðir til rafmagnsleysis.

Líftími mát

Allar ofangreindar bilanir stuðla að niðurbroti og endanlegri bilun á PV spjöldum. PV einingar eru hönnuð til að endast í 20 ár eða lengur og nýir einingar fara í hraðari prófunarforrit sem líkja eftir áhrifum hita, rakastigs, hita hjólreiða, UV geislunar og annarra þátta [5]. Niðurstöður prófunaráætlana á vegum Kohl eru sýndar á mynd 7 [7].

Mynd 7: Hröðun á öldrunarprófum í atvinnuskyni c-Si einingum [7].

Venjulegt aflstig 0,8 er venjulega tekið sem endingu fyrir PV spjaldið. Af prófunarferlunum má sjá að spjöldin versna hratt eftir þennan tímapunkt.

Snemma á tíunda áratugnum voru tíu ára ábyrgð dæmigerð. Í dag bjóða næstum allir framleiðendur 20 til 25 ára ábyrgð. En 25 ára ábyrgð þýðir ekki að verkefnið sé verndað. Maður þarf að spyrja eftirfarandi spurninga:

• Verður birgir einingarinnar til staðar eftir 15 ár þegar vandamál koma upp?

• Fjármagnar birgir sparisjóðsreikning til að tryggja að ef hann er horfinn verndar verkefnið?

• Treystir birgir einfaldlega á hæfnispróf IEC til að fullyrða um endingu til langs tíma?

• Ef birgirinn hefur aðeins verið til í fimm ár, hvernig getur hann þá fullyrt að einingarnar séu í 25 ár?

Aukning á lengd ábyrgða lofar góðu, en fjárfestir eða verktaki verður að fara vandlega yfir fyrirtækið sem veitir það [4].

Tilvísanir

[1] IEA: „ Endurskoðun á bilun í ljósnæmislíkönum “, verkefni 13 utanaðkomandi lokaskýrsla, IEA-PVPS, mars 2014.
[2] Dupont: „ Leiðbeiningar um skilning á galla sólarborðs: frá tilbúningi til reitaðra eininga “, www.dupont.com
[3] M Kontges, o.fl.: „Sprungutölfræði kristalla ljósgjafaeininga “, 26. evrópska sólarorkuráðstefna og sýning, 2011.
[4] E Fitz: „ Áhrif áreiðanleika PV eininga “, Renewable Energy World, mars 2011.
[5] J Wolgemuth o.fl .: „ Bilun í kristölluðum Si-einingum “, PV Module Áreiðanleika Workshop 2010.
[6] M Zarmai: „ Endurskoðun á samtengingartækni til að bæta kristalskísil sólarfrumu ljósgeymslu eininga “, Applied Energy, 2015.
[7] M Koehl o.fl.: PV áreiðanleiki (Þyrping II): Niðurstöður þýsks fjögurra ára sameiginlegs verkefnis - 1. hluti, niðurstöður flýttu öldrunarprófum og líkan af niðurbroti, 25. ESB-PVSEC, 2010.