PiD / microcracs / hot-spot

1.10.2016

vady FV panelů

Během doby kdy jsou fotovoltaické panely v činnosti tj. jsou aktivní součásti fotovoltaické elektrárny dochází k působení přírodních jevů jako je teplota, mráz,  na panely jaksi z podstaty věci. Nelze se tudíž domnívat, že výkon fotovoltaického/ých panelů instalovaných v externích podmínkách bude po 8mi letech stejný jako prvních pár let po instalaci. Stejně tak se nelze domnívat, že fotovoltaická instalace v jakémkoliv režimu provozu nebo zapojení bude zcela bezúdržbová. Nejprve je nutno uvědomit si, že pokud jsme předchozí dvě vět považovali za fakt pak jsme vinou vlastní pohodlné mysli žili v omylu. Poté co jsme uvedeného omylu zbavili přistupme k důkladné údržbě, kterou doporučujeme provádět aspoň jednou za 4 roky stejně jako elektrorevizi, která je povinná. O údržbě však jindy. Dnešní pojednání bude o vadách vzniklých provozem/užíváním fotovoltaických panelů. Prosolar s.r.o. provádí opravy FV panelů a proto máme zpětnou vazbu z bitevního pole, kterému se květnatě říká  přírodní podmínky.
Použité sousloví "bitevní pole" není nijak expresívní pokud si uvědomíme, že fotovoltaické panely jsou vystaveny:
-  UV záření, každodenně po dobu několika hodin na FV panel  dopadají doslova devastující dávky fotonů a zejména pak jejich neviditelným ultrafialovým délkám budeme nyní věnovat pozornost. Zmíněné UV záření od svítání do západu každodenně "prověřuje" - nikoliv cíleně - veškeré části FV panelu. V kratších časových úsecích můžeme pozorovat změny na lepených spojích mezi sklem a hliníkovým rámem. Zde dochází k PID(Potential Induced Degradation). Elektrony emitované solárními články se přes zdegradovanou vrstvu lepidla/tmelu v níž je vlhkost dostanou na rám a stečou/cestou nejmenšího odporu do země. Výkon dodávaný FV panelem poklesne cca o 20-30%. Zde doporučujeme nechat panel u nás opravit. V delších časových úsecích jsou znatelné změny na krycím solárním skle, které nemá UV filtr pro vyšší průnik slunečních paprsků - tím je docíleno vyšší výtěžnosti výkonu z fotovoltaického panelu. Změny na krycím skle označujeme za korozi skla k níž pomalu a jistě dochází-panel šedne a matní. Ve vykorodovaných úžlabích na skle se usazuje prach, který snižuje účinnost a dodávaný výkon. Proto doporučujeme mytí - více zde.
šokovému a cyklickému tepelnému namáhání za letních dnů, představme si třeskutý letní den za něhož přikvačí letní bouřka, fotovoltaický panel s aktuální teplotou 120° je šokově během pár vteřin zchlazen dešťovou vodou na teplotu cca 20° - pokles teploty -100°. Bouřka se přežene. Objeví se azůro obloha a nejen IR(infračervené) záření počně zchlazený panel opět zahřívat na předchozí teplotu 120° - nárůst teploty +100°. Pouhým okem lze před bouřkou pozorovat prohnutí skla u fotovoltaických panelů směrem k zemi/střešní krytině. Během bouřky a bezprostředně po ní pak prohnutí skla "do lavoru" zmizí. Po zahřátí panelu se prohnutí skla opět projeví-zde si představme jakému intenzivnímu mechanickému namáhání jsou vystaveny krystalické křemíkové články. Nelze se divit, že některé ze solárních článků mechanické namáhání nevydrží a prasknou-v solárním článku vznikne mikrotrhlina. Mikrotrhlina nemusí propojit strany článku, ale může být znatelná jako defekt v ploše článku. V obou případech se solární článek oproti jiným v panelu nadměrně zahřívá a na panelu je termokamerou detekováno horké místo tzv.hot-spot.
nehomogennímu tepelnému namáhání dochází za zimních dnů kdy například 2 horní řady solárních článků v panelu jsou již bez sněhové vrstvy, která však spočívá na zbývající části panelu. Na ploše panelu dochází k teplotním rozdílům v hodnotách kolem 50° stupňů. Fatální je pak situace kdy sníh přimrzne ke sklu a polovina řady solárních článků je osluněná a druhá polovina je zastíněná přimtzlým ledem. Důsledkem je vznik mikrotrhlin a vizuálně neznatelné rozdělení solárního článku prasknutím kdy ani fixace solárního článku stávajícím zatavením v EVA folii nepomůžeje. V současné době oblíbená termokamera "ohlásí" vznik hot-spotu...... nebo dojde k prasknutí krycího skla. Na krycí sklo pohlížejme jako na přírodní materiál v němž jsou nehomogenity okem neviditelné a velmi těžko změřitelné. Podobně se chová dřevo nebo dřevěná deska, která se může zkroutit nebo prasknout stejně jako zmíněné sklo.
mechanickému namáhání, délková roztažnost střešní dřevěné konstrukce je zanedbatelná. Avšak konstrukce na níž jsou FV panely je s nevyšší pravděpodobností z hliníku stejně jako rám fotovoltaických panelů a proto dochází ke kolizi v délkové roztažnosti dvou materiálů tj. dřeva a hliníku.
- mechanickým atakům, může docházet během přepravy, montáže nebo demontáže a provozu zde zmíním pouze to, že pro solární článku v panelu zapouzdřené je doslova vandalským útokem chůze po krycím skle-lze slyšet jemné křupání jak při došlapu tak při odrazu chodidla - křupání znamená popraskání/vznik mirkotrhlin v solárním článku. Mikrotrhliny vznikají též při dopadu. Prasknutí solárních článků má za následek opět vzniku horkého místa (hot-spot). Rozsah a způsob poškození solárního článku odhalí až elektroluminiscence(fotky šedé nebo zlaté barvy v galerii).
elektromechanickému namáhání bleskem. Kdy živnou "půdou" vzniku blesku je separace kladně a záporně nabitých částic. V okamžiku kdy se setkají jinak nabité proudy vzduchu dochází k mžikovému uvolnění nahromaděné energie v podobě viditelného vybití elektrického náboje s opožděnou zvukovou kulisou nazývanou hrom. Vzduch se v místě vybití skokově ohřeje na cca 30.000° což má za následek "výbuchu"/expanze tepla do okolí-což je již zmíněný hrom. Z pohledu elektrických veličin může blesk disponovat proudem až 100tisíc ampér a několik miliard voltů. Tyto přepěťové okamžiky se ve fotovoltaickém panelu mohou projevit buď přímým nebo nepřímým zásahem. V případě přímého zasahu bleskem(viditelný blesk má neviditelné bratříčky ! viz. fotbalový zápas při němž najednou klesli k zemi myslím 4 fotbalisté) je sklo na FV panelu popraskáno. Na skle je patrno jedno nebo více hnědočerných ohnisek-panel expandoval zevnitř. V případě nepřímého zásahu může dojít k protavení letovaných spojů na zadní straně panelu. Také v případě nepřímého zásahu bleskem dochází ke vzniku studeného spoje uvnitř FV panelu. Obě popsaná místa byla v okamžiku vzniku přepětí bleskem namáhána jak proudově tak pochopitelně teplotně protože spoje ve FV panelu jsou dimenzovány na cca 10A. Místo jež bylo namáháno popsaným způsobem se na snímku z termokamery projeví opět jako hot-spot.
únavovému tepelnému namáhání fotovoltaický panel je prostě přes den rozehřátý na teploty kolem 110° a posléze se díky rotaci země octne v nočním stínu tj. na straně odvrácené slunci. Tato sitace se opakuje 365x ročně. Například po 8mi letech se tato opomíjená situace zopakuje 2920x..... 

Závěrem: Jak patrno k poškození solárních článků uvnitř FV panelů dochází jejich provozem tj. "nepochopitelnému" každodennímu vystavování slunci, přírodním podmínkám a nádhernému střídání ročních období v našem mírném pásmu. Příčin poškození může být několik a prokázat zda-li je za poškození zodpovědný všudypřítomný blesk s rázovou vlnou, kroupy nebo teplotní roztažnost nebo člověk není v lidských silách. Úplný závěr pak může být i to, že snímky z termokamery zobrazující teplejší solární články uvnitř fotovoltaického panelu neznamenají, že daný panel je výkonově horší. Měření mohlo probíhat za jiných irradičních podmínek a proudové rozdíly mezi jendotlivými články jejichž výkon je totožný prostě fyzikálně existují. Stručně řečeno teplejší bude právě ten solární článek, který dokáže generovat nižší proud a nemusí mít cejch jménem microracks. Zde je potřeba brát v potaz znalost z fyziky na základní škole, že elektrický výkon(P) je součin napětí(U) a proudu(I). Vzorec:  P=U.I
Pragmaticky vzato pokud se na instalaci FVE nachází vadné panely a víte o nich pak je buď vyměňte za panely o stejném rozměru i výkonu a nebo je nechejte opravit. Každopádně však vadné panely co nejdříve vypojte nebo nechejte vypojit. Nebude vám narůstat finanční ztráta a ani frustrace útočící na vaši ješitnost ze zjištění, že nic není lenošivě zadarmo a překvapivě nic není na věky....