Degradierung von Solarmodulen: Was ist das und warum sollte es Sie interessieren?

Die Photovoltaik (PV)-Technologie wird seit Jahren intensiv erforscht und weiterentwickelt. Die meisten PV-Module in der Branche haben eine Standardlebensdauer von 25 Jahren, aber einige führende Unternehmen der Solarbranche wie Maxeon Solar haben diese Technologie entwickelt, um Solarmodule herzustellen, die 40 Jahre oder länger halten und durch eine 40-jährige Garantie abgedeckt sind.

Um die Lebensdauerbeschränkungen von PV-Modulen zu verstehen,Sie sollten das Konzept der Verschlechterung von Solarmodulen verstehen . Dies ist das Hauptphänomen, das die Lebensdauer von PV-Modulen beeinträchtigt und zu deren Bruch führt. In diesem Artikel erklären wir Ihnen alles, was Sie dazu wissen müssen, und geben Ihnen Tipps, wie Sie die Degradation von Solarmodulen reduzieren können.

Inhaltsverzeichnis

Die Degradation von Solarmodulen umfasst eine Reihe von Mechanismen, durch die ein PV-Modul Jahr für Jahr altert und seine Effizienz verringert.Alternist der Hauptfaktor für die Verschlechterung von Solarmodulen. Dies kann zu Korrosion und Delaminierung führen und sich auch auf die Eigenschaften von PV-Materialien auswirken.

Weitere abbauende Mechanismen, die sich auf PV-Module auswirken, sind:Lichtinduzierter Abbau (LID), Potentialinduzierter Abbau (PID), Außeneinwirkung und Umweltfaktoren . Es gibt verschiedene Werkzeuge und Techniken zur Bestimmung der Verschlechterung von Solarmodulen, darunter visuelle Inspektion, Infrarot-Thermografie, Elektrolumineszenz (EL) und Leistungskalibrierung.

Die Verschlechterung von Solarmodulen wird durch Alterung verursacht und betrifft nicht nur große PV-Anlagen, sondern ist bei jeder PV-Dachanlage weltweit vorhanden. Aus diesem Grund ist es für Hausbesitzer mit PV-Anlagen auf dem Dach und für Haushalte, die Solarenergie aus dem Netz beziehen, besorgniserregend.

Bei einer gut gewarteten PV-Anlage mit idealen Bedingungen wird die Verschlechterungsrate von Solarmodulen auf 0,5 % pro Jahr geschätzt. Die Verschlechterungsraten von Solarmodulen sind jedoch geringnach oben greifen kannin einigen extremen Fällen sogar bis zu 1,4 % oder 1,54 % pro Jahr.

Diese Informationen unterstreichen die Bedeutung der Installation hochwertiger PV-Module, die von zuverlässigen Unternehmen hergestellt werden, und der Durchführung von Wartungsarbeiten an Solaranlagen. Wenn Sie alle Vorsichtsmaßnahmen treffen, wird die Verschlechterungsrate der Solarmodule minimiert und die Lebensdauer der PV-Systeme verlängert.

Ein Solarmodul mit einer Verschlechterungsrate von 0,5 % pro Jahr (zum Beispiel das 400-W-Solarmodul von Hanwha QCells in Abbildung 1) wird am Ende seiner Lebensdauer wahrscheinlich etwa 87 % seiner Leistung im ersten Jahr erreichen. Unterdessen könnte ein minderwertiges Solarmodul, das unter rauen Umgebungsbedingungen installiert wird, eine Verschlechterungsrate von 1 % pro Jahr aufweisen, wodurch seine Leistung auf nur etwa 75 % der Leistung des ersten Jahres sinkt. Erstklassige Hersteller wie SunPower konnten die Verschlechterungsraten auf bis zu 0,25 % reduzieren und bieten so im Laufe der Zeit die höchste Leistung in der Branche.

Die Verschlechterung von Solarmodulen wird nicht durch ein einzelnes isoliertes Phänomen verursacht, sondern durch mehrere Verschlechterungsmechanismen, die sich auf PV-Module auswirken. Die Hauptursache ist jedoch die altersbedingte Verschlechterung. Weitere Ursachen für die Verschlechterung von Solarmodulen sind unter anderem Alterung, lichtinduzierte Degradation (LID), potenzialinduzierte Degradation (PID) und Versagen der Rückseitenfolie. Lassen Sie uns sie genauer analysieren.

Alterung ist der Hauptdegradationsmechanismus, der sich auf PV-Module im Laufe ihrer Betriebsjahre auswirkt. Dieser Verschlechterungsmechanismus ist eine direkte Folge davon, dass Module jahrelang Regen, Schneefall, extremen Temperaturen, Hagel, Staub und anderen äußeren Einflüssen ausgesetzt sind.

Wenn PV-Module den oben genannten äußeren Einflüssen ausgesetzt werden, beginnen sie mit der Zeit zu verfallen und verringern ihre Effizienz. Dies geschieht durch Korrosion der Rahmen von Solarmodulen, Delaminierung von Glas und Rückseitenfolie sowie durch den Verlust von Eigenschaften von PV-Materialien. All dies führt zu einer durchschnittlichen jährlichen Verschlechterung von 0,5 % für PV-Module.

Die lichtinduzierte Degradation (LID) ist ein Phänomen, das zu einer Beschleunigung der Degradationsraten von Solarmodulen führt und Module hauptsächlich im ersten Betriebsjahr betrifft. Dies ist darauf zurückzuführen, dass Sonnenlicht den Oxidationsprozess zwischen dem zur Dotierung von PV-Materialien verwendeten Bor und Sauerstoff beschleunigt.

Diese Defekte treten auf natürliche Weise auf, wenn sich Sauerstoff mit geschmolzenem Silizium während des Czochralski-Prozesses verbindet, der zum Züchten von monokristallinem Silizium (Mono-C-Si) verwendet wird. Das zur Dotierung von Solarzellen verwendete Bor verbindet sich mit Sauerstoff und fungiert als Falle für Elektron-Loch-Paare, was sich auf den Stromerzeugungsprozess auswirkt.

Die durch LID verursachte Verschlechterung der Solarmodule wirkt sich stark auf Module aus, die aus monokristallinem Silizium hergestellt werden, insbesondere auf P-Typ-Wafer. Auch der LID-Effekt ist bei PERC-Modulen höher.

Potentialinduzierte Degradation oder PID ist ein weiterer Degradationsmechanismus, der sich auf PV-Module auswirkt und deren Effizienz verringert. Im Gegensatz zu LID wirkt sich PID nicht stark auf einen bestimmten PV-Modultyp aus, betrifft jedoch Mono-C-Si-Module, polykristallines Silizium (Poly-C-Si) und Dünnschicht-PV-Module gleichermaßen.

Bei großen PV-Anlagen liegt pro String eine hohe Spannung an, die zu einem Potenzialunterschied zwischen den Zellen und dem Rahmen führt, was zu einem Leckstrom und damit zu Leistungsverlusten führt.

Das Verständnis von PID ist noch unvollständig und weitere Untersuchungen sind erforderlich, aber es ist bekannt, dass es in ungeerdeten PV-Systemen mit Spannungen über 1.500 V zu hohen Leistungsverlusten führt. Dies ist mit großen PV-Anlagen im Versorgungsmaßstab und im kommerziellen Maßstab verbunden.

Das Versagen der Rückseitenfolie ist eine weitere Ursache für die Verschlechterung und die Hauptursache für eine vorzeitige Verschlechterung. Es wird festgestellt, dass 9 % bis 16 % der PV-Module unter einem Versagen der Rückseitenfolie leiden. Dies gibt Anlass zur Sorge, da die Rückseite eines PV-Moduls die erste Verteidigungslinie darstellt, die innere Komponenten vor äußeren Einflüssen wie Feuchtigkeit, Wind, Staub und ultraviolettem (UV) Licht isoliert und schützt.

Die Hauptursache für die Verschlechterung von Solarmodulen aufgrund eines Versagens der Rückseitenfolie ist die Delaminierung der Rückseitenfolie oder die Bildung von Rissen im Material. Wenn die Rückseitenfolie versagt, werden die inneren Komponenten der Solarmodule äußeren Einflüssen ausgesetzt und die Lebensdauer der PV-Module verkürzt sich.

So wie es unterschiedliche Degradationsraten von Solarmodulen gibt, gibt es Faktoren, die die Degradation von Solarmodulen beschleunigen oder verringern. Dazu gehören die zur Herstellung von PV-Modulen verwendeten Materialien, der Montageprozess, der Installationsprozess, Wartungspraktiken und sogar das Wetter.

Bei den meisten PV-Modulen kommt es zu einer beschleunigten Degradation von Solarmodulen aufgrund von LID-, PID- und Rückseitenversagen. Diese Abbaumechanismen werden teilweise durch Materialfehler verursacht, sodass der Schluss gezogen werden kann, dass PV-Module mit hochwertigeren Materialien langsamer abbauen.

Zusätzliche Materialien und Techniken können verwendet werden, um die Korrosion zu verlangsamen und die Verschlechterung der Solarmodule zu verringern. Es ist erwiesen, dass Solarpanelsysteme unter schlechten Bedingungen mindestens 40 Jahre halten können, aber einige bahnbrechende Unternehmen in der Solarbranche haben die Technologie verbessert und bieten PV-Garantien von 30 und 40 Jahren an.

Obwohl PV-Module aus hochwertigen Materialien bestehen, erfordern sie strengste Herstellungsverfahren, um Spitzenleistungen zu gewährleisten.

Durch die Verbesserung der Herstellungstechniken kann die Verschlechterung der Solarmodule verringert und die Lebensdauer von PV-Modulen verlängert werden. Das Büro für Solarenergietechnologien des US-Energieministeriums finanziert derzeit ein Forschungsteam zur Entwicklung von Techniken, die die Lebensdauer von PV-Modulen auf bis zu 50 Jahre oder mehr verlängern könnten.

Beim Transport und der Handhabung von Solarmodulen während der Installation sind die Module mechanischen Belastungen ausgesetzt. Diese Belastung kann zu einer Verschlechterung des Solarmoduls aufgrund eines Versagens der Rückseitenfolie führen und zu teilweisen Leistungsverlusten oder einer Beeinträchtigung der PV-Modulkomponenten führen.

Um die Verschlechterung des Solarmoduls durch Risse in der Rückseitenfolie zu reduzieren und die Lebensdauer der PV-Module zu verlängern, wird empfohlen, dass die Module ordnungsgemäß von zertifizierten Fachleuten gehandhabt und installiert werden. Dies ist besonders wichtig, wenn es um Dünnschicht-Solarmodule geht, die empfindlicher sind.

Regelmäßige Wartung ist eine wichtige Maßnahme, um die Verschlechterung der Solarmodule bei großen und kleinen Anwendungen zu reduzieren. Durch vorausschauende und vorbeugende Wartung kann die Betriebslebensdauer von PV-Systemen verlängert werden, indem die Verschlechterung durch Verschmutzung und Staub verringert wird, was zu einer höheren Leistung der Solaranlage führt.

Die Häufigkeit, mit der Wartungsarbeiten durchgeführt werden sollten, kann je nach Staub, Schnee, abgefallenen Blättern und anderen klimatischen Bedingungen variieren. Die Anzahl der Vögel in der Gegend (im Zusammenhang mit Vogelabwürfen) kann auch die erforderliche Wartungshäufigkeit erhöhen.

Wetterphänomene sind keine kontrollierbare Variable, können jedoch bei der Installation von PV-Modulen und der Durchführung von Wartungsarbeiten berücksichtigt werden, um eine weitere Verschlechterung der Solarmodule zu vermeiden. Bei der Analyse vor der Installation großer PV-Anlagen sollte eine spezielle Studie zum Standort und zu historischen Naturkatastrophen in Betracht gezogen werden, um sicherzustellen, dass der Standort für die Installation geeignet ist.

Eine wichtige Entscheidung, die bei der Vorbereitung auf extreme Wetterphänomene getroffen werden kann, ist die Auswahl von PV-Modulen mit besseren mechanischen Eigenschaften. Dazu können ein besserer Schutzgrad (IP), eine härtere Rahmenbewertung, ein Glas mit höherer Schlagfestigkeit und mehr gehören. Beispielsweise sind die SunPower-PV-Module im Vergleich zu Q-Cells-Solarmodulen anfälliger für hohe Windgeschwindigkeiten.

Angesichts der begrenzten Lebensdauer von Solarmodulen ist es wichtig zu beachten, dass sie recycelt und für den Netzbetrieb, Ladestationen für Elektrofahrzeuge und andere Anwendungen wiederverwendet werden können. Die noch bessere Nachricht ist, dass Forscher derzeit daran arbeiten, die Lebensdauer von PV-Modulen zu verlängern und Techniken zu entwickeln, um die weitere Verschlechterung der Solarmodule zu reduzieren.

Aktuelle Studien befassen sich mit der Erhöhung der Haltbarkeit durch den Einsatz von Elektrolumineszenzfotografie und maschinellem Lernen sowie mit der Verbesserung der Lebensdauer und Leistung von PV-Anlagen mit nachgewiesenen Ergebnissen durch die Implementierung von Überwachungs- und Steuerungssystemen. Darüber hinaus hat sich die Implementierung von Kühltechniken mit Wasser zur Reduzierung der PV-Modultemperatur auch als wirksam erwiesen, um die Lebensdauer von Solarmodulen zu verlängern.

Oftmals berücksichtigen Solarvorschläge Simulationen für das erste Jahr, was zu der falschen Vorstellung führen kann, dass diese Energieleistung im Laufe der Zeit beibehalten wird, obwohl dies nicht der Fall ist. Aus diesem Grund ist die Wahl eines Solarmoduls mit geringeren Degradationsraten von entscheidender BedeutungHalten Sie die Leistung über einen längeren Zeitraum so nah wie möglich am ersten Jahr der Installation . Die meisten Hersteller von Solarmodulen geben Kennzahlen an, die die Leistungsgarantie für ihre Produkte angeben. Durch die Wahl hochwertiger PV-Module mit ähnlichen Degradationsraten wie denen von SunPower oder sogar Hanwha Q-Cells wird sichergestellt, dass PV-Systeme der altersbedingten Degradation besser widerstehen als herkömmliche Das wird langfristig zu besseren Ergebnissen führen.

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