Ученые из Норвегии использовали различные методы визуализации и определения характеристик для анализа ячеек и других компонентов кремниевых фотоэлектрических модулей, которые проработали более 10 лет в полевых условиях. Цель исследования состояла в том, чтобы определить роль влаги в снижении производительности в различных механизмах; и понять, принципы их старения с течением времени в реальных условиях вне помещений.
Визуальные изображения фотоэлектрических модулей в полевых условиях.
Изображение: Университет Агдера, Солнечные энергетические материалы и солнечные элементы.
Создание компонентов, которые смогут работать на открытом воздухе в любых климатических условиях в течение многих лет и даже десятилетий, сохраняя при этом большую часть своих первоначальных характеристик, является основной задачей для солнечной промышленности.
Сегодня в этом направлении достигнут значительный прогресс: технологические усовершенствования и конкуренция между производителями способствуют увеличению гарантийных сроков на продукцию и эксплуатационные характеристики, а следовательно, и увеличению срока действия контрактов на продажу электроэнергии, полученной в результате реализации солнечного проекта. Большинство производителей в настоящее время предлагают 30-летнюю гарантию, гарантируя сохранение не менее 80% от первоначальной производительности модулей в этот период, а один из них даже продлил гарантию на свою продукцию до 40 лет.
Однако для солнечных установок, которые многие регионы планируют реализовать к 2050 году и далее, необходимы более длительные сроки службы; а для этого нужно понимать, как именно фотоэлектрические модули деградируют в суровых климатических условиях - жара, холод, влага, пыль и т.д.
Ученые под руководством Университета Агдера в Норвегии решили сосредоточиться на деградации, вызванной влажностью, которая характерна для Гримстада, где находится университет.
Группа исследовала модули после вывода из эксплуатации фотоэлектрической станции, установленной в городе в 2000 году, и использовала ряд методов, как неразрушающих, так и разрушающих, для изучения внутренней работы модулей и того, как различные компоненты ведут себя после эксплуатации в течение многих лет в полевых условиях.
Их результаты описаны в статье «Вызванная влагой деградация фотоэлектрических модулей из поликристаллического кремния, состаренных в поле», опубликованной в журнале Solar Energy Materials and Solar Cells. Исследование показало, что попадание влаги приводит к деградации герметика, в результате чего образуется уксусная кислота и различные вещества, вызывающие коррозию и другие формы деградации кремниевых элементов. Также было установлено, что в местах пайки влага способствует появлению коррозии свинца, а не олова, входящего в состав припоя.
Ученые, проводившие исследование, признают, что за 20 лет фотоэлектрические материалы и производственные процессы значительно продвинулись вперед. Однако, несмотря на полезность ускоренных испытаний, они считают, что изучение модулей, состарившихся в полевых условиях, по-прежнему необходимо, и что многие механизмы, выявленные в данном исследовании, по-прежнему актуальны для модулей, которые производятся сегодня.
"Несмотря на то, что материалы и технологии солнечных фотоэлектрических модулей постоянно совершенствуются, механизмы влагоиндуцированной деградация (MID) в солнечных фотоэлектрических модулях остались на прежнем уровне", - говорится в статье. "Следовательно, результаты понимания надежности производительности солнечных фотоэлектрических установок могут служить руководством для принятия решений, как в настоящее время, так и в будущем".