انرژی خورشیدی یک منبع انرژی پاک و دوستدار محیط زیست است و همچنین می تواند به کاهش ردپای کربن جهانی و کاهش اثرات تغییرات آب و هوایی کمک کند.

با توجه به جنبه های مثبت انرژی خورشیدی، تقاضای آن به طور تصاعدی در حال افزایش است.

تا 30 ژوئن 2023، ظرفیت نصب شده خورشیدی در هند 70096.83 مگاوات بود که حدود 16.1 درصد از کل ظرفیت تولید نصب شده در هند را تشکیل می دهد که شامل نیروگاه های سوخت فسیلی و نیروگاه های غیرفسیلی است.

از آنجایی که هند با چشم انداز محیط زیست سبز و انرژی پاک به شدت پیش می رود، اداره مرکزی برق (CEA) اعلام کرد که تولید از منابع انرژی تجدیدپذیر ممکن است در اوایل سال 2029 به 44 درصد افزایش یابد.

CEA همچنین تخمین زده است که تا سال 2029 یا 2030، ظرفیت خورشیدی هند می تواند از ظرفیت تولید کشور فراتر رود.

ماژول های فتوولتائیک (PV) بدون شک مهمترین جزء یک سیستم انرژی خورشیدی هستند، ماژول های PV از فناوری های مختلف اکنون به لطف پیشرفت های فناوری در بازار قابل دسترسی هستند.

پلی سیلیکون کریستالی (poly-Si)، سیلیکون تک کریستالی (مونو-Si)، لایه نازک، و mono-PERC (گسترش کننده غیرفعال و تماس عقب) برخی از ماژول های اغلب مورد استفاده هستند.

با این حال، عملیات تحقیق و توسعه مداوم (R&D) برای بهبود کارایی فن‌آوری‌های مختلف، مانند mono-PERT (پاشنده غیرفعال شده در پشت کاملاً پخش شده)، هتروجانکشن (HJT)، نقطه کوانتومی، پروسکایت و غیره در حال انجام است.

برای حفظ عملکرد یک دارایی در سطح بهینه هزینه انرژی (LCOE) و استخراج حداکثر بازگشت سرمایه (ROI) از آن، سلامت ماژول PV و بررسی منظم آن در فواصل زمانی مشخص بسیار مهم است و باید درک کرد که ماژول های PV بسیار ظریف هستند، و از این رو، در برابر نقص آسیب پذیر هستند.

حتی یک ترک چند میلی متری در یک ماژول PV ممکن است باعث کاهش شدید توان خروجی در یک بازه زمانی شود.

این مقاله به طور جامع تجزیه و تحلیل تخریب ماژول های PV را پوشش می دهد، این با عوامل موثر بر کاهش عملکرد ماژول های PV، که شامل عوامل ذاتی و همچنین انسانی است، سروکار دارد.

این مقاله برای صاحبان دارایی های خورشیدی و کارشناسان صنعت در حوزه خورشیدی هدف گذاری شده است. بایدها و نبایدها را برای تحویل ماژول های PV، چه در حین نصب، چه در حین بهره برداری، یا نگهداری یک نیروگاه خورشیدی توضیح می دهد.

با رعایت برخی از اقدامات اساسی، همانطور که در مقاله توضیح داده شد، می توان عیوب یک ماژول PV را به حداقل رساند و از این رو، عملکرد ماژول های PV را بهبود بخشید.

در پایان، برخی از آزمایش‌های تشخیصی برای انجام ماژول‌های PV خورشیدی همراه با استانداردهای کمیسیون بین المللی الکتروتکنیکی (IEC) توصیه شده است و این تست‌های تشخیصی به درک وضعیت ماژول‌های PV و تشخیص زودهنگام تخریب/عیوب ناگهانی در صورت وجود کمک می‌کنند.

یافته‌های این مقاله بر اساس تجربه آزمایش ماهیندرا تکو بر روی بیش از ۷ گیگاوات دارایی‌های خورشیدی است که در سراسر هند و خارج از کشور پخش شده است.

درک تخریب ماژول PV

انتظار می‌رود که یک ماژول PV معمولی در سال اول بهره‌برداری 2 تا 3 درصد و از سال دوم بهره‌برداری 0.5 تا 0.7 درصد کاهش یابد، تخریب بیشتر در سال اول بهره برداری به دلیل تخریب ناشی از نور (LID) است.

وجود کمپلکس بور-اکسیژن معیوب در ویفر مورد استفاده در طی ساخت سلول های PV دلیل اصلی ایجاد LID است. این ویفرهای سیلیکونی تولید شده از طریق فرآیند Czochralski را تحت تاثیر قرار می دهد.

پس از چند ساعت کارکرد ماژول PV در زیر نور خورشید، تثبیت توان اتفاق می‌افتد و از این رو، نرخ تخریب تضمینی کمتری از سال دوم بهره‌برداری مشاهده می‌شود.

اکثر سازندگان ماژول ضمانت عملکرد خطی را برای 25 سال کارکرد ارائه می دهند. با این حال، امروزه تعداد فزاینده ای از تولیدکنندگان ماژول وجود دارد که 30 سال ضمانت عملکرد را برای ماژول های خود ارائه می دهند.

با این حال، به دلایل انسانی، یک ماژول PV ممکن است با سرعت تسریع تخریب شود. ماژول های ساخته شده از بستر نوع N در مقایسه با نوع P، تخریب عملکرد کمتری را نشان می دهند.

طبقه بندی عیوب در یک ماژول PV معمولی

عیوب در یک ماژول PV معمولی را می توان به طور کلی به سه دسته طبقه بندی کرد:

• نقص نوزاد

• نقایص میانسالی

• عیوب فرسوده شدن

منحنی وان حمام احتمال خرابی را در طول عمر کاری یک ماژول PV نشان می دهد.

نقص های نوزاد اغلب به اشتباهات طراحی یا ساخت ضعیف نسبت داده می شود.

اینها را می توان با کنترل موثر فرآیند کاهش داد. با این حال، همانطور که قبلاً ذکر شد، در سال‌های اولیه بهره‌برداری از یک ماژول PV، به دلیل تأثیر قوی‌تر درپوش، میزان تخریب ماژول PV کمی بیشتر از بقیه عمر عملیاتی است.

تخریب ناشی از پتانسیل (PID) نیز ممکن است بر میزان تخریب در طول سال‌های اولیه بهره‌برداری تأثیر بگذارد، اما در شرایط عادی با نرخ پایین‌تری.

به طور کلی شکستگی شیشه، خرابی تماس در جعبه های اتصال، لق شدن قاب و برخی عیوب دیگر در سال های اولیه بهره برداری مشاهده می شود. برای یک ماژول خورشیدی معمولی، نقص نوزاد در طی یک تا دو سال پس از کار رخ می دهد.

نقص های میانسالی عیوب میان عمر اغلب عیوب تصادفی یا عیوب ناشی از نقص فناوری هستند. PID قوی تر، خرابی دیود، شکستگی اتصال سلولی، و تخریب در شیشه برخی از عیوب رایج در اواسط عمر هستند.

عیوب فرسودگی عیوب فرسودگی زمانی رخ می دهد که عمر کاری یک ماژول PV نزدیک به پایان باشد یا زمانی که توان خروجی یک ماژول PV کمتر از 70 تا 80 درصد مقدار اسمی آن باشد، تغییر رنگ ورق اتیلن وینیل استات (EVA)، تغییر رنگ سلول های PV و لایه لایه شدن شایع ترین عیوب فرسودگی هستند.

در حالت ایده آل، عیوب فرسودگی باید پس از اتمام دوره گارانتی رخ دهد.

عوامل موثر در کاهش عملکرد ماژول های PV

به طور کلی، دو عامل وجود دارد که ممکن است بر عملکرد ماژول های PV تأثیر بگذارد و به تخریب آنها کمک کند. اینها عوامل ذاتی و عوامل انسانی هستند.
عوامل ذاتی

تخریب ناشی از چرخه حرارتی. هنگامی که یک ماژول PV خاص در شرایط مختلف آب و هوایی تحت گرادیان های دمایی مختلف قرار می گیرد، ممکن است عملکرد خود را کاهش دهد. این به دلیل ضرایب دمایی متفاوت مواد مورد استفاده در طول ساخت ماژول PV است.

وقفه های سلولی، نقص در اتصالات لحیم کاری، و تغییر رنگ کپسولان، شایع ترین نقص هایی هستند که به دلیل چرخه حرارتی ایجاد می شوند.

استفاده از چسب و پرایمرهایی که پایداری بالاتری در برابر شرایط حرارتی متفاوت دارند، استفاده از ماشین‌های لحیم کاری خودکار، آزمایش ماژول‌های PV طبق استاندارد IEC 61215 برای شناسایی ماژول‌هایی که در اثر چرخه حرارتی مستعد تخریب هستند و استفاده از موادی که پایداری حرارتی بالاتری دارند، ممکن است گزینه‌هایی باشد که توسط سازندگان تجهیزات اصلی برای کاهش این نوع تخریب استفاده می‌شود.

رعایت چرخه های تمیز کردن مناسب، اطمینان از عدم ایجاد سایه در ماژول های PV و بهینه سازی اتصالات الکتریکی از جمله روش هایی است که توصیه می شود در نیروگاه های PV دنبال شود.

تخریب ناشی از اشعه ماوراء بنفش (UVID) عملکرد ماژول PV به دلیل ایجاد عیوب سطحی تحت تأثیر نور UV قرار می گیرد. مطالعات اخیر نشان می‌دهد که فناوری‌های نوظهور سلولی با عملکرد بالاتر، مانند سلول‌های p-PERC و n-PERT، در برابر تخریب ناشی از نور UV آسیب‌پذیرتر هستند.

کاهش عملکرد به دلیل تخریب پوشش ضد انعکاس (ARC). ARC به طور گسترده ای برای افزایش انتقال نور از طریق یک ماژول PV استفاده می شود. متداول ترین ARC مورد استفاده، یک لایه نازک از سیلیس متخلخل است که توسط فرآیندهای شیمیایی بر روی سطح ماژول PV رسوب می کند.

یک لایه ARC با ضخامت حدود 100 نانومتر (nm) تا 120 نانومتر ممکن است توان خروجی را 2٪ تا 3٪ افزایش دهد.

با این حال، با افزایش سن یک ماژول PV و خراش یا کاهش ضخامت لایه ARC، که ممکن است باعث شود که ماژول‌های PV کاهش قدرت خروجی را بیشتر از حد انتظار نشان دهند.

کاهش عملکرد به دلیل درپوش و LeTID (تخریب ناشی از نور و دمای بالا) و همانطور که قبلا ذکر شد، LID یک کاهش در عملکرد ماژول های PV است که در هنگام قرار گرفتن اولیه ماژول های PV در نور خورشید رخ می دهد.

از سوی دیگر، LeTID برای از دست دادن عملکرد ماژول های PV پس از صدها ساعت قرار گرفتن در معرض نور خورشید زمانی که دمای کار بیش از 65 درجه سانتیگراد است، محاسبه می شود.

کاهش عملکرد به دلیل تخریب ورق EVA. ورق EVA از رسیدن هوا و رطوبت به سلول های PV جلوگیری می کند و از این رو از تخریب بعدی جلوگیری می کند. با این حال، تحت قرار گرفتن طولانی مدت در معرض اشعه ماوراء بنفش و شرایط نامساعد جوی، EVA به اسید استیک تجزیه می شود که باعث زرد شدن ورق EVA می شود.

تغییر رنگ ورق EVA عمدتاً پارامترهای جریان اتصال کوتاه (Isc) و مقاومت سری (Rs) ماژول PV را تغییر می دهد که به نوبه خود باعث کاهش توان خروجی می شود.
عوامل انسانی

تمرینات اشتباه در طول EPC انتخاب و استفاده نادرست از گیره ها (شکل 4) و سفت شدن بیش از حد بست ها (شکل 5)، رایج ترین نگرانی ها در طول فاز مهندسی، تهیه و ساخت (EPC) است. در واقع، این دو عامل بیشترین شکستگی شیشه ماژول های PV را تشکیل می دهند.

علاوه بر این، این عوامل در مورد ماژول های بدون فریم خطرناک تر می شوند، شکستگی شیشه می تواند به طور قابل توجهی به کاهش عملکرد ماژول های PV کمک کند، اگر به موقع مراقبت نشود.

عملیات اشتباه و شیوه های تعمیر و نگهداری. اقدامات اشتباه سایت و عدم پایبندی به چرخه های تمیز کردن توصیه شده در نیروگاه های PV باعث کاهش عملکرد ماژول های PV می شود. این دو عامل ممکن است منجر به تشکیل نقاط داغ و در نتیجه گرم شدن بیش از حد ماژول های PV شود.

بررسی سلامت ماژول های PV

همانطور که توضیح داده شد، ماژول های خورشیدی PV بسیار ظریف هستند و به شدت مستعد نقص هستند. بیشتر این عیوب را نمی توان با چشم غیر مسلح دید.

از این رو، بررسی سلامت معمول ماژول های PV از طریق تجهیزات پیشرفته و مهندسان ماهر به صورت سالانه یا حداقل هر دو سال یکبار توسط صاحبان دارایی های خورشیدی توصیه می شود، برخی از تست های تشخیصی توصیه شده برای انجام بر روی ماژول های PV خورشیدی یک نیروگاه خورشیدی عملیاتی در جدول زیر ذکر شده است.

نتیجه

ماژول های PV که مهمترین بخش سیستم های تولید کننده خورشیدی هستند، تعمیر و نگهداری بسیار کمی دارند، با این حال همانطور که گفته شد، از این رو، مشکلات مربوط به ماژول های PV قطعا رخ می دهد.

اما بهترین بخش این است که با مشاهده نحوه عملکرد منظومه شمسی می توان به راحتی متوجه کمبودها شد.

با نگهداری مناسب از ماژول های PV، رعایت بایدها و نبایدها و انجام تست های معمول تشخیصی با تجزیه و تحلیل مناسب نتایج آزمایش، نه تنها می تواند به مالکان در به حداقل رساندن خرابی ماژول های PV کمک کند، بلکه می تواند طول عمر ماژول ها را نیز افزایش دهد.

در برخی موارد، مشاهده شده است که در صورت مراقبت از سلامت ماژول های PV، عمر عملیاتی ماژول های PV به طور قابل توجهی افزایش یافته است.

مالکیت معنوی مجله انرژی (energymag.ir) علامت تجاری ناشر است. سایر علائم تجاری مورد استفاده در این مقاله متعلق به دارندگان علامت تجاری مربوطه می باشد. ناشر وابسته یا مرتبط با دارندگان علامت تجاری نیست، و توسط دارندگان علامت تجاری حمایت، تایید یا ایجاد نشده است، مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد و هیچ ادعایی از سوی ناشر نسبت به حقوق مربوط به علائم تجاری شخص ثالث وجود ندارد.