Деградация солнечных панелей, а точнее potential induced degradation (PID), ведёт к снижению результативности работы батарей с течением времени. В ряде случаев она обратима, но всегда представляет собой сложную техническую проблему, требующую незамедлительного решения.
Что такое PID
Впервые об этом явлении пришлось задуматься инженерам американского производителя гелиопанелей: высокоэффективное оборудование в некоторых случаях теряло до 30 % заявленной заводом мощности за чрезвычайно короткий срок. Причиной послужила поляризация — потенциал солнечных панелей относительно земли. Заземление положительного электрода позволило не только надёжно предотвращать деградацию, но и восстанавливать работу агрегатов, уже подвергшихся этому процессу.
Суть PID — появление токов утечки в пространствах между пластинами полупроводника и прочими составляющими модуля:
- защитным каркасом;
- ламинирующей плёнкой или материалом ПЭТ;
- стеклом.
В результате модуль теряет способность создавать паспортное выходное напряжение. К этому приводит разность потенциалов между солнечной батареей (составляющими её модулями) и монтажной конструкцией — каркасом из нержавеющей стали или алюминия.
Деградации подвержены все модули без исключения: моно- и поликристаллические, а также тонкоплёночные. Но в каждом конкретном случае процесс протекает по-своему и с разной интенсивностью. Особенно нежелателен он потому, что проекты модульных систем по переработке солнечной энергии в электрическую, как и крупных солнечных электростанций, рассчитаны на бесперебойную работу в течение не менее 25–30 лет. Непредвиденное значительное падение выработки в первые же годы становится катастрофой и в техническом, и в экономическом отношении.
Причины деградации
Исследования показали, что подвижность электронов растёт по мере увеличения температуры и влажности среды. Усиливают поляризацию и посторонние предметы, вступающие в контакт с поверхностью фотоэлектрического модуля. К основным причинам деградации принято относить:
- особенности структуры преобразователя системы;
- строение модуля;
- отдельные нюансы строения системы;
- влияние внешней среды.
Окружающая среда практически не подлежит контролю, тогда как на остальные факторы можно влиять в значительной степени.
Структура преобразователей фотоэлектрической системы
Соединения, присутствующие в антирефлекторном покрытии панелей, способны способствовать деградации. Их влияние обнаружили благодаря современным физическим методам исследований — вторичной ионной масс-спектрометрии, выявившей натрий стекла в поверхностном пространстве покрытия. Изначально покрытие этого типа (ARC) стали применять для увеличения захвата световых лучей: благодаря ему растёт коэффициент преобразования энергии системы.
Особенности строения модулей гелиопанели
Чтобы минимизировать проявление PID-эффекта, особое внимание уделяют выбору:
- фронтального стекла;
- материала для инкапсулирования;
- диффузионного барьера.
Исследования подтверждают, что одними из наиболее существенных факторов деградации служат ингредиенты натриево-известкового стекла, а именно те, которых нет в кварцевом варианте. Основным таким элементом считают натрий — из-за его высокой электрической активности, — однако влияние могут оказывать также кальций, магний и алюминий.
Материалы для ламинирования модулей отличаются значительным разнообразием и разной проводимостью.
- Плёнка EVA (винилацетат этилена) хорошо предотвращает поляризацию и последующую деградацию, поэтому считается предпочтительным материалом для инкапсуляции. При этом уксусная кислота в её составе может отвечать за растворение ионов металла при так называемой коррозии стекла на его поверхности.
- Материал PVB (поливинилбутираль), наоборот, провоцирует активизацию деградации: он практически не сопротивляется поступлению жидкости, а с ростом её количества увеличивается и проводимость.
Диффузионный барьер создают между поверхностью стекла и областями полупроводника, чтобы ограничить миграцию ионов и тем самым замедлить развитие PID.
