Fotovoltaické elektrárne v strese

Po nedávnych vládnych legislatívnych zásahoch a výraznej regulácii výkupných cien elektrickej energie vyrobenej zo solárnych elektrární, ktoré značne zahýbali s pôvodnými obchodnými plánmi investorov, sa na niektorých  „solárnikov“ aktuálne valí ďalšia pohroma. Tentoraz však nejde o zásah do podmienok a pravidiel v podnikaní. Hrozbou pre výkon solárnych elektrární, a tým i pre schopnosť plnenia stanovených obchodných plánov, je fyzikálny jav zvaný Potential Induced Degradation (PID). Niekedy býva tiež označovaný pojmom „vysokonapäťový stres“.

Nech už ho nazveme akokoľvek, faktom zostáva, že sa týka mnohých dnes fungujúcich solárnych elektrární a vo väčšine prípadov je tiež príčinou zdanlivo nevysvetliteľného poklesu výkonu.

Zatiaľ skôr neznámy PID

Existenciou, príčinami a dôsledkami PID na výkon fotovoltaických elektrární sa v súčasnej dobe v rámci svojich výskumov zaoberá docent Jiří Vaněk z Ústavu elektrotechnológie Fakulty elektrotechniky a komunikačných technológií Vysokého učenia technického v Brne.

JVanek

Podľa neho nie je divu, že Potential Induced Degration ani skratka PID zatiaľ majiteľom a prevádzkovateľom solárnych elektrární nič nehovorí a pre pokles výkonu jednotlivých panelov i celých elektrární hľadajú rôzne iné príčiny. Tento jav je totiž doteraz aj medzi odbornou verejnosťou pomerne málo známy. Prvé zmienky o ňom sa začali objavovať len pred menej ako desiatimi rokmi [1].
“Nie je to pritom problém zanedbateľný. Negatívne pôsobenie PID sa začína u solárnych panelov objavovať v priemere po dvoch až štyroch rokoch prevádzky a podľa doterajších skúseností sa môže prejaviť až 70% poklesom výkonu jednotlivých zasiahnutých panelov. U celej elektrárne to potom môže znamenať pokles typicky o 5 až 15, v extrémnych prípadoch aj o 30 percent z pôvodného inštalovaného výkonu, ” uvádza Jiří Vaněk.

Väčšina dnes v SR fungujúcich solárnych elektrární bola uvedená do prevádzky v rokoch 2010 a 2011, takže sú práve vo fáze, kedy sa PID v podobe zníženia výkonu začína v plnej sile prejavovať. Podľa výsledkov testovania, ktoré v roku 2012 v Nemecku vykonával Fraunhoferov inštitút, celých 46 % z náhodne testovaných 95 fotovoltaických modulov rôznych výrobcov bolo preukázateľne pozitívna na PID [1].

Ako PID pôsobí?

Jiřího Vaňka sme požiadali o zjednodušené vysvetlenie príčin a pôsobenie PID. Podľa neho sa v zásade jedná o medzi vrstvovú polarizáciu vedúci až k nevratnej degradácii kremíka vo fotovoltaických paneloch, ktorá súvisí s rozdielom potenciálov voči zemi. “PID spôsobuje nevhodnú polarizáciu nábojov fotovoltaického článku a kvôli tomu nie je článok schopný dodávať elektrický prúd. K tomuto javu dochádza najmä na FV paneloch, ktoré sú najbližšie k zápornému pólu. Tu sa totiž potenciál (napätie voči zemi) FV článkov podľa dĺžky daného stringu a typu používaného meniča zvyčajne pohybuje medzi -250 V až -400 V. Rám FV panelov má ale naproti tomu potenciál 0 V, pretože z bezpečnostných dôvodov musí byť uzemnený. Kvôli tomuto elektrickému napätiu medzi FV články a rámom môže dôjsť k vzniku zvodových prúdov. To za sebou zanechá náboj (polarizáciu), ktorý môže nevýhodným spôsobom pozmeniť charakteristickú krivku FV článkov,” upresňuje.

 S rastúcim rozdielom potenciálov pritom pomerne rastie aj riziko vzniku degradácie a strata výkonnosti panelov. Čím viac je teda zapojených modulov v rade, tým je riziko degradácie a výsledný úbytok výkonnosti vyšší. Čiastkové rozdiely sú viditeľné v závislosti na type použitého panelu, spôsobu zapojenia a niektorých ďalších parametroch [2].

Skorá diagnostika je predpokladom úspešnej regenerácie

Dobrou správou pre majiteľov solárnych elektrární je podľa Jiřího Vaňka to, že zmena polarizácie spôsobená PID je v počiatočnej fáze vratný proces. “Je to ale ako u vážne chorého pacienta. Ak sa podarí odhaliť symptómy včas, ak ich pacient nepodcení a je včas nasadená účinná liečba, existuje veľmi vysoká šanca, že bude po liečebnej kúre opäť úplne zdravý.” upokojuje prevádzkovateľov solárnych elektrární a dodáva, že existujú a sú už praxou preverené riešenia, ktoré “vyliečia PID” na solárnych elektrárňach na 95 až 98 % pôvodného výkonu. O koľko sa výkon zasiahnutých modulov podarí späť zvýšiť, záleží okrem iného aj na dobe, počas ktorej bol modul vystavený pôsobeniu PID, a tiež na kombinácii ostatných poškodení, ktoré moduly po štyroch – piatich rokoch prevádzky v podstate vždy majú  a typu použitých panelov. Dlhodobé a neriešené pôsobenie PID a dlhodobá zmena polarizácie spôsobí elektrochemickú koróziu panelov  a dôjde tak k nevratnému poškodeniu fotovoltaických modulov a trvalej strate výkonu.

Príklad nevysvetliteľného poklesu výkonu FVE

PID

Táto zdanlivo nevysvetliteľná strata výroby väčšinou súvisí s rozšírením PID na danej inštalácii.

TEXT: Aleš Řiháček (EICERO s.r.o.)

Foto: THINKSTOCK A ARCHIV JIŘÍHO VAŇKA

  1. Polarization Effects and Tests for Crystalline Silicon Cells. [online] 2011. Dostupné z: solarenergy.advanced-energy.com/upload/File/White_Papers/ENG-PID-270-01%.pdf
  2. William Richardson, Potenciál Inducted Degration. [online] 2011 Dostupné z: www1.eere.energy.gov/solar/pdfs/pvmrw2011_26_csi_richardson.pdf
  3. cs.wikipedia.org/wiki/Potential_induced_degradation

Článok prevzatý z časopisu Trade News 6/2014 so súhlasom autora

Komentáre

comments

Pridaj komentár

Vaša e-mailová adresa nebude zverejnená. Vyžadované polia sú označené *

Táto webová stránka používa Akismet na redukciu spamu. Získajte viac informácií o tom, ako sú vaše údaje z komentárov spracovávané.