Badacze z algierskiego Centre de Développement des Energies Renouvelables (CDER) przeprowadzili ocenę stanu po wieloletniej eksploatacji 64 modułów fotowoltaicznych wyprodukowanych przez amerykańską firmę Arco Solar. Panele pracowały przez trzy dekady w trudnych warunkach klimatycznych, a mimo to wciąż generują średnio około 53% swojej pierwotnej mocy.
Historia modułów i ich eksploatacji
Moduły powstały na początku lat 80. XX wieku. Każdy z nich zawiera 36 monokrystalicznych ogniw krzemowych. Początkowo, w połowie lat 80., zostały zainstalowane w Adrar w południowo-zachodniej Algierii jako część samodzielnego systemu PV z magazynem energii. Przez 20 lat pracowały w gorącym, suchym klimacie pustynnym. Następnie w połowie pierwszej dekady XXI wieku zostały zdemontowane i przeniesione do CDER w Algierze, gdzie przez około pięć lat działały w hybrydowym systemie słoneczno-wiatrowym z akumulatorami. Po demontażu systemu przez kolejne pięć lat pozostawały na zewnątrz w warunkach obwodu otwartego.
Wyniki badań i degradacja
Analiza objęła oględziny wizualne, charakterystykę elektryczną, testy rezystancji izolacji i upływu wilgoci oraz termografię w podczerwieni. Wszystkie moduły miały pierwotnie moc znamionową 43 W w standardowych warunkach testowych. Po 30 latach moc maksymalna wahała się od 15,91 W do 29,75 W. Najsłabszy moduł zachował około 37% mocy, a najlepszy około 69%. Średnia moc wyniosła 22,77 W, co odpowiada średniemu ubytkowi około 47%. Roczny wskaźnik degradacji oszacowano na 1–2%.
Wszystkie moduły przeszły test suchej rezystancji izolacji, ale tylko 63% przeszło test upływu wilgoci, co wskazuje na potencjalne problemy z bezpieczeństwem w warunkach wilgotnych. Termografia wykryła gorące punkty lub inne anomalie termiczne w około 46% modułów. Zaobserwowano także odbarwienia szyn zbiorczych, brązowienie ogniw, a w niektórych przypadkach pęknięcia ogniw lub odklejone puszki przyłączeniowe.
„Chociaż nasze badanie przeprowadzono w gorącym, suchym klimacie pustynnym Algierii, jego główne wnioski nie ograniczają się do środowisk pustynnych” – powiedział Hichem Hafdaoui, główny autor i badacz CDER, w rozmowie z pv magazine. „Zaobserwowane mechanizmy degradacji, zintegrowane podejście diagnostyczne oraz implikacje dla oceny niezawodności, bezpieczeństwa elektrycznego, oceny żywotności i konserwacji mają znaczenie dla modułów krzemowych pracujących w innych trudnych warunkach klimatycznych. Jednak zmierzony wskaźnik degradacji i nasilenie poszczególnych trybów awarii zależą od klimatu i lokalizacji.”
Hafdaoui dodał: „Uważamy, że roczny wskaźnik degradacji mocy maksymalnej do 1% jest akceptowalny, a powyżej 1% – nadmierny. Zaobserwowane straty mocy mogą być bezpośrednio związane z usterkami modułów, a korozja i odbarwienia to główne tryby degradacji. Ekspozycja na surowe warunki środowiskowe przyspiesza degradację materiałów modułów, co ostatecznie pogarsza ich wydajność.”
Kontekst i znaczenie
Arco Solar był pionierem komercyjnej fotowoltaiki. W 1980 roku firma była jednym z największych producentów modułów na świecie, mimo że jej roczne moce produkcyjne wynosiły zaledwie około 1 MW – co pokazuje, jak niewielka była wówczas skala branży. Produkty Arco znalazły zastosowanie w przełomowych projektach, takich jak szwajcarska instalacja TISO o mocy 10 kW, gdzie 288 modułów Arco działało przez dziesięciolecia. Później firma trafiła pod kontrolę Siemensa, a jej zakłady produkcyjne stały się częścią SolarWorld.
Wcześniejsze badania pv magazine dotyczące 30-letnich modułów Arco i Siemens w Szwajcarii wykazały nietypowo niską degradację w kilku systemach. Analiza instalacji TISO pokazała, że różnice w formulacjach encapsulantów prowadzą do bardzo zróżnicowanych wyników, co podkreśla znaczenie materiałów i warunków środowiskowych dla długoterminowej wydajności modułów.
Wyniki algierskiego badania opublikowano w czasopiśmie „Next Energy” w artykule „Testing and degradation assessment of mono-crystalline silicon PV modules after 30 years of operation in a desert climate”. Naukowcy podkreślają, że dostarczają one cennych dowodów na zachowanie modułów PV w zaawansowanym stadium starzenia i mogą wspierać bardziej realistyczne oceny żywotności, modelowanie niezawodności oraz planowanie konserwacji systemów PV działających na pustyniach i w innych wymagających środowiskach.
Źródło: pv magazine EN
Fot. pv-magazine.com
