Фотоэлектрические системы (ФЭС) играют важную роль в переходе на возобновляемые источники энергии, который происходит во всем мире. Фотоэлементы, которые являются основными элементами солнечных панелей, используются в этих системах для преобразования солнечного света в электричество. Тем не менее, как и любая другая технология, фотоэлементы со временем деградируют, что сказывается на их эффективности и работоспособности. Этот процесс, который часто называют старением и затуханием, имеет важные последствия для общей эффективности, надежности и экономической целесообразности фотоэлектрических (ФЭ) систем. В рамках данной статьи влияние старения и затухания на модули фотоэлектрических элементов исследуется с различных точек зрения, включая технические характеристики, экономические соображения, меры по обслуживанию и экологические проблемы.
Механизмы снижения производительности в рамках технической области
Деградация характеристик модулей фотоэлектрических элементов может быть обусловлена широким спектром механизмов, которые в целом можно разделить на две категории: химические процессы и физические процессы.
Многократное нагревание и охлаждение фотоэлектрических модулей вызывает тепловое расширение и сжатие, что в конечном итоге приводит к усталости материала и появлению микротрещин в элементах и межсоединениях. Это явление называется термоциклированием.
Воздействие ультрафиолетового излучения: Инкапсулирующие материалы, такие как этиленвинилацетат (EVA), могут разрушаться под длительным воздействием ультрафиолетового излучения (УФ), что может привести к обесцвечиванию и уменьшению количества света, который может пройти через них.
Попадание влаги: Попадание влаги может вызвать коррозию металлических контактов, а также привести к расслоению, когда слои внутри модуля начинают разделяться, что приводит к значительному снижению производительности.
В процессе, известном как потенциально-индуцированная деградация (PID), высокая разность напряжений между фотоэлементами и заземленной рамой может привести к миграции ионов, что, в свою очередь, приводит к увеличению потерь эффективности.
Снижение эффективности
В целом, скорость деградации фотоэлектрических модулей составляет от 0,5 до 1 процента в год, в зависимости от технологии и условий окружающей среды. Вследствие этого выходная мощность может снизиться на 12,5% - 25% в течение 25-летнего срока службы. По сравнению с более старыми технологиями, такими как тонкопленочные солнечные элементы, более современные технологии, такие как монокристаллический кремний, имеют тенденцию к более низкой скорости деградации.
Показатели производительности
Среди ключевых параметров производительности, на которые влияет старение, можно назвать следующие:
Уменьшение поглощения света и увеличение сопротивления способствуют уменьшению тока короткого замыкания, также известного как Isc.
Увеличение рекомбинации носителей заряда приводит к уменьшению напряжения разомкнутой цепи, часто называемого Voc.
Коэффициент заполнения (FF) уменьшается по мере роста внутренних резистивных потерь, что влияет на общую эффективность модуля.
Опасения, связанные с экономикой
В сравнении с долгосрочными показателями первоначальные инвестиции
Равновесие между первоначальными инвестициями и долгосрочной отдачей энергии является критическим фактором, определяющим экономическую целесообразность фотоэлектрических систем. Процесс затухания и старения напрямую влияет на это равновесие, поскольку со временем снижает количество производимой энергии. Это, в свою очередь, влияет на окупаемость инвестиций (ROI).
LCOE означает "выровненная стоимость энергии".
Уравненная стоимость энергии (LCOE) - это важный показатель, который оценивает стоимость производства одной единицы электроэнергии в течение срока службы системы. В результате деградации системы ее удельная стоимость энергии (LCOE) увеличивается, поскольку система вырабатывает меньше электроэнергии, а расходы на эксплуатацию и обслуживание остаются прежними или увеличиваются. Когда речь идет о финансовом моделировании и обеспечении инвестиций, обладание точным прогнозом скорости износа является весьма необходимым.
Гарантия и страхование
При обычных обстоятельствах производители предлагают гарантии, гарантирующие определенный уровень производительности, обычно от 80 до 90 процентов от первоначальной мощности через 25 лет. Понимание закономерностей деградации полезно при ведении переговоров о гарантиях и страховых полисах, что позволяет снизить финансовые риски.
Стратегия поддержания и ремонта
Методы наблюдения и диагностики
Очень важно регулярно проводить диагностику и мониторинг, чтобы выявить ранние признаки ухудшения состояния. Выявить недостатки и неработающие модули можно с помощью таких сложных диагностических технологий, как инфракрасная термография, электролюминесцентная визуализация и отслеживание кривой IV.
Профилактическое обслуживание и ремонт
Применение мер по профилактическому обслуживанию способно смягчить некоторые негативные последствия старения. К ним относятся следующие:
Чтобы обеспечить максимальное поглощение света, особенно в местах, подверженных запылению и загрязнению, необходима регулярная очистка.
Цель повторного нанесения герметика - предотвратить попадание влаги и сохранить целостность герметизации.
Проверка электрооборудования: Убедитесь, что все соединения и проводка надежны и безопасны, чтобы уменьшить резистивные потери.
Замена и переработка - это методы.
В определенный момент времени модули, износ которых превысил определенный порог, требуют замены. Переработка фотоэлектрических модулей, отслуживших свой срок, не только заботится об окружающей среде, но и помогает минимизировать стоимость новых компонентов. Благодаря эффективным процедурам утилизации можно восстановить такие ценные материалы, как кремний, серебро и алюминий, что, в свою очередь, уменьшает экологический след, который оставляет после себя фотоэлектрическая промышленность.
Использование добавок против старения и окисления фотоэлектрических пленок
Когда речь идет о повышении долговечности, производительности и надежности солнечных модулей, введение в состав фотоэлектрических капсул химических веществ, препятствующих старению и закислению, просто необходимо. Эти добавки обладают целым рядом преимуществ, таких как повышенная устойчивость к ультрафиолетовому излучению, термостабильность, защита от проникновения влаги и химическая стабильность. Долгосрочные эксплуатационные характеристики, снижение эксплуатационных расходов, максимизация выхода энергии, защита инвестиций, поддержка гарантийных обязательств и вклад в экологическую устойчивость - все это необходимые причины для их существования. По мере развития фотоэлектрической промышленности (ФЭП) использование новейших капсулирующих материалов, содержащих эти добавки, будет играть все более важную роль в обеспечении рентабельности и долговечности солнечных энергетических систем. Органический антикислотный мастербатч, известный как RM208, производится компанией COACE. Кроме того, в отличие от неорганических форм, он не оказывает влияния на светопропускание. Помимо способности удерживать катионы и блокировать кислоту, он также обладает определенным анти-PID действием. R2320 - это эпоксидно-функционализированная анти-PID добавка EVA, и серия добавок для фотоэлектрических пленок может эффективно облегчить проблемы старения и кислотности солнечных модулей, тем самым повышая производительность фотоэлектрических устройств и продлевая срок их службы!
Последствия для окружающей среды
Оценка жизненного цикла
Этапы производства, эксплуатации и утилизации включаются в полную оценку жизненного цикла (LCA) для оценки фотоэлектрических систем (ФЭС). Время окупаемости энергии (EPBT) и общий углеродный след изменяются в результате деградации, которая влияет на этап эксплуатации. С течением времени модули производят меньше энергии, что приводит к удлинению EPBT, а значит, к незначительному снижению экологических преимуществ.
Управление отходами
Электронные отходы - это результат деградации фотоэлектрических модулей. Правильная переработка и утилизация мусора абсолютно необходимы для того, чтобы не допустить нанесения вреда окружающей среде. Постоянно растущее количество фотоэлектрических модулей, отслуживших свой срок, требует внедрения новых стратегий и политики утилизации.
Прогресс в области технологических инноваций
Целью исследований и разработок в области фотоэлектрических технологий является производство модулей, которые были бы более долговечными и эффективными. Такие инновации, как бифасиальные элементы, которые улавливают солнечный свет с обеих сторон, и тандемные элементы, в которых используется несколько слоев для поглощения света разной длины волны, могут потенциально снизить уровень износа и улучшить долгосрочные характеристики. Оба этих типа ячеек являются примерами последних технологических достижений.
В общем
Старение и затухание модулей солнечных батарей оказывает значительное влияние на технические, экономические, эксплуатационные и экологические аспекты фотоэлектрических систем. Чтобы обеспечить долгосрочную рентабельность и устойчивость фотоэлектрических систем (ФЭС), необходимо хорошо понимать эти факторы, чтобы оптимизировать проектирование, эксплуатацию и обслуживание этих систем. С развитием технологий и разработкой более совершенных материалов и методов можно будет уменьшить воздействие износа, что приведет к повышению надежности и эффективности солнечной энергии как важного компонента глобального энергобаланса. Для того чтобы полностью раскрыть потенциал фотоэлектрических технологий в будущем, которое будет устойчивым с точки зрения энергетики, будущие исследования должны быть сосредоточены на повышении долговечности модулей, разработке сложных диагностических инструментов и совершенствовании процедур утилизации.
