Дешёвые и сердитые
Стандартные фотоэлектрические панели с лицевой стороны защищены прочным стеклом, а с тыльной - многослойным полимером. И хотя такой полимер редко подвергается прямому воздействию солнца, дождя и снега, он постепенно стареет, может отслаиваться и трескаться. В результате на электроды и кремниевые пластины попадают влага и грязь, вызывая коррозию. Более того, при высокой влажности случаются утечки тока, из-за чего срабатывают системы релейной защиты солнечных электростанций.
Исходная технология изоляции модулей с помощью толстых слоёв фторопласта на практике подтвердила свою надёжность - изделия с ним исправно служат по три-четыре десятилетия. Но примерно в 2010 году производители разработали множество (порядка двухсот!) удешевлённых заменителей. В большинстве случаев в качестве основного слоя использовали полиэтилентерефталат, снаружи закрывая его тем или иным более химически устойчивым фторсодержащим полимером. Не все заменители оказались удачными.
Как выяснилось впоследствии, многослойный «пирог» способен начать трескаться и отслаиваться уже через три-четыре года эксплуатации, причём источником проблем может быть как низкое качество используемых материалов, так и плохо отлаженная технология их соединения. По оценкам маркетологов из компании DuPont Photovoltaic Solutions, которая недавно выпустила специальную плёнку для ремонта неудачного пластика, только в Европе дефектам подвержены панели суммарной мощностью около 6 ГВт.
Фотоэлектрические модули с ущербной изоляцией обычно меняют на новые, что выливается в немалые траты времени и средств. Производители и потребители судятся, пытаясь переложить друг на друга расходы по замене дефектной продукции. Электростанции на время вынужденных ремонтов снижают выработку энергии. В общем, одни неприятности.
Ранняя диагностика
Операторам солнечных электростанций важно как можно раньше идентифицировать модули, подверженные деградации. Потому что даже если электростанция построена на однотипных панелях, совсем не обязательно все они имеют одинаковое защитное покрытие. И это затрудняет самостоятельный подбор модулей на замену, нужно обращаться к производителю.
В Институте солнечных энергетических систем Общества имени Фраунгофера (Fraunhofer ISE, Германия) учёные исследовали 279 модулей, собранных с двадцати шести солнечных электростанций. Помимо изощрённого акустического зондирования были отработаны простые методы ранней диагностики скрытых дефектов пластика, которые можно применять как в лабораторных условиях, так и в поле.
Первый метод - это проба на осыпание. Если, проведя по плёнке пальцем, вы обнаружите на нём белый налёт (как будто от мела), будьте уверены, что пластик разрушается (рис. 1). Подобному осыпанию часто подвержены трёхслойные полиамидные покрытия и структуры PA/PET/PA (полиамид/полиэтилентерефталат/полиамид).
Второй метод просветный - наблюдение тыльной поверхности панели в то время, когда она ярко освещена с лицевой стороны. Если нет солнца, можно к стеклу прикладывать фонарик. Трещины внутри слоёв пластика на просвет проявятся как тонкие прожилки или полоски. На рис. 1 также показаны разломы, которые возникли в защитной пластмассе от проникновения ультрафиолетового света по периметру вокруг квадратных кремниевых фотоэлементов и впоследствии были усилены тепловыми расширениями. Недостаток просветного метода - невозможность увидеть повреждения на всей площади панелей.
Быстрый ремонт
Согласно исследователям из Fraunhofer ISE, чем сильнее проявляется эффект осыпания пластика с поверхности, тем выше вероятность того, что трещины есть и во внутренних слоях защитной структуры. Наиболее подвержены дефектам трёхслойные образцы из полиамида и покрытие F-C/PET/PP (фторопласт/полиэтилентерефталат/полипропилен). Проблема характерна для широкого диапазона изделий разных производителей, так что конкретными неудачными продуктами или производственными технологиями объяснить её невозможно.
Отметим, что дефекты защитного слоя развиваются на протяжении нескольких лет эксплуатации модулей, а поскольку продукция на рынке постоянно сменяется, результаты исследования Fraunhofer ISE, проведённого в 2021 году, не отражают сегодняшней рыночной ситуации.
Весьма кстати компания DuPont Photovoltaic Solutions выпустила «солнечный пластырь» - фторопластовую плёнку PV Rescue Tape для герметизации фотоэлектрических модулей. Она наклеивается по всей тыльной стороне панели поверх имеющейся защитной структуры с помощью бутилового состава. Выпущен и специальный станок для наклейки (рис. 2). Создана сеть авторизованных партнёров для предоставления услуг по герметизации солнечных модулей.
Рынок воспринял новинку благосклонно. Она выручает операторов солнечных электростанций в тех случаях, когда запасных панелей не хватает, а заказать новые с теми же габаритными характеристиками и того же класса мощности уже невозможно из-за смены технологий.
