Problemy z panelami PV powodują m.in. spadek produkcji energii instalacji PV w stosunku do założeń projektowych i początkowych uzysków. Najczęstszymi źródłami tych problemów są długotrwałe zacienienie, mikropęknięcia ogniw, zarysowania czy delaminacja. Powstają one na różnych etapach – część z nich już podczas transportu i montażu – i mogą się ujawnić już w trakcie eksploatacji. W skrajnych przypadkach może nastąpić uszkodzenie modułów czy nawet pożar.
Moduły fotowoltaiczne nie powinny być zacienione. Zacienienie części powierzchni powoduje nie tylko niższą produkcję energii, ale też może obniżyć trwałość modułu.
Źródłem cienia mogą być nie tylko kominy, drzewa, anteny i inne elementy znajdujące się w pobliżu instalacji. Problemem, szczególnie na dachach płaskich, mogą być także nieprawidłowo ustawione panele. Kolejne rzędy modułów, ustawione zbyt blisko siebie, mogą się wzajemnie zacieniać. Występują również lokalne „mikrozacienienia”, powodowane np. przez zalegające zabrudzenia i śnieg.
Planując montaż paneli, należy więc uwzględnić ich wzajemne ustawienie w kolejnych rzędach na dachu płaskim (zachowanie prawidłowych odstępów, szczególnie przy większym kącie nachylenia) i wpływ elementów otoczenia o różnych porach dnia i roku, a podczas eksploatacji nie dopuszczać do długotrwałego zalegania zabrudzeń czy śniegu.
Jednym z najpoważniejszych skutków miejscowego zacienienia są tzw. hot spoty. To punkty (niewielkie fragmenty) modułu, w których rośnie rezystancja, a w wyniku tego temperatura (nawet powyżej 200°C). Długotrwałe przegrzewanie przyspiesza degradację modułu. W niekorzystnych warunkach może doprowadzić do jego poważnego uszkodzenia i zwiększyć zagrożenie pożarowe.
Przyczynami hot spotu, oprócz zacienienia, mogą być także mikropęknięcia ogniwa albo innego uszkodzenia zwiększającego rezystancję.
Za ograniczenie skutków częściowego zacienienia modułu odpowiadają diody bocznikujące, nazywane również bypassami lub diodami obejściowymi. Dioda reaguje na zacienienie fragmentu moduły, umożliwiając ominięcie odpowiedniej części obwodu. Ogranicza to wpływ nieprawidłowej pracy fragmentu modułu na działanie pozostałych ogniw.
Co ważne, diody bocznikujące są elementem zabezpieczającym przed skutkami niekorzystnych warunków, a nie sposobem na skompensowanie źle rozplanowanej instalacji. Same diody również muszą być odpowiedniej jakości i prawidłowo zamontowane. Ich przegrzewanie może przyczynić się do powstania łuku elektrycznego.
Drugim istotnym problemem są mikropęknięcia ogniw. Dochodzi do nich na różnych etapach – od produkcji i transportu po montaż i późniejszą eksploatację. Mikropęknięcia mogą powstawać podczas zbyt agresywnego odśnieżania lub mycia paneli.
Dlatego tak istotne jest staranne postępowanie z modułami, także podczas montażu. Modułów nie należy rzucać, wyginać, stawać na nich ani po nich chodzić. Nawet jeżeli szyba nie pęknie, nacisk może uszkodzić znajdujące się pod nią kruche ogniwa. Problemem jest również zbyt mocne dokręcanie elementów mocujących. Należy przestrzegać momentów dokręcania określonych przez producenta, ponieważ nadmierne naprężenia mogą doprowadzić do uszkodzenia modułu.
Zwykle podczas zwykłych oględzin modułu mikropęknięć nie widać. Panel po złym traktowaniu może wyglądać prawidłowo, a struktura ogniwa została już uszkodzona.
Ponieważ mikropęknięcia zwykle nie są widoczne, wymagają odpowiedniej diagnostyki. Służą do tego m.in. na badania termowizyjne. Obraz termiczny pozwala wykryć miejsca pracujące w innej temperaturze niż pozostała część modułu, a tym samym wskazać obszary wymagające dokładniejszego sprawdzenia.
Objawem problemów mogą być również tzw. ślimacze ścieżki, czyli ciemne przebarwienia pojawiające się na powierzchni modułów. Mogą ujawnić się w ciągu kilku miesięcy i występują m.in. w instalacjach wykonanych z paneli niższej jakości lub zamontowanych bez odpowiedniej staranności.
Znacznie łatwiejsze do zauważenia są zarysowania. Nawet stosunkowo niewielka rysa może powodować miejscowe zacienienie ogniwa. Głębsze uszkodzenie może natomiast naruszyć powłokę antyrefleksyjną oraz ułatwić przenikanie wilgoci i zanieczyszczeń do wnętrza modułu.
Innym rodzajem uszkodzenia jest delaminacja, czyli rozwarstwianie się elementów modułu. Folia EVA zabezpieczająca ogniwa przed działaniem wilgoci może się odklejać m.in. w rejonie busbarów odpowiedzialnych za przewodzenie prądu. Powoduje to ograniczenie ilości promieniowania docierającego do ogniw. Jeżeli warstwa ochronna zostanie dodatkowo uszkodzona, do wnętrza może przedostawać się wilgoć, zwiększając ryzyko korozji. Delaminacja może więc prowadzić zarówno do stopniowego spadku parametrów modułu, jak i dalszego rozwoju uszkodzeń.
Wiele problemów związanych z zacienieniem i mikrouszkodzeniami można ograniczyć jeszcze przed uruchomieniem instalacji. Pierwszym krokiem jest właściwe rozmieszczenie modułów, z uwzględnieniem kominów, drzew, elementów dachu oraz cienia rzucanego przez kolejne rzędy paneli. Na dachach płaskich szczególnego znaczenia nabiera zachowanie właściwych odstępów między rzędami.
Równie ważne jest obchodzenie się z modułami podczas transportu i montażu. Panel, który nie ma widocznie rozbitej szyby, nie musi być panelem nieuszkodzonym. Uderzenie, punktowy nacisk czy nadmierne naprężenie konstrukcji mogą pozostawić mikropęknięcia niewidoczne podczas odbioru instalacji.
Trzeba także przestrzegać instrukcji producenta dotyczącej rozmieszczenia zacisków i momentów dokręcania. Moduł powinien pracować w konstrukcji w sposób przewidziany przez jego producenta – bez nadmiernych naprężeń ramy i ogniw.
Znaczenie ma również późniejsza eksploatacja. Czyszczenie i odśnieżanie nie powinny powodować punktowego nacisku ani zarysowania powierzchni. Jeżeli podczas kontroli pojawią się nietypowe przebarwienia, spadek uzysków lub podejrzenie miejscowego przegrzewania, warto przeprowadzić diagnostykę zamiast ograniczać się do oględzin powierzchni panelu.
Wszystkie zdjęcia uszkodzeń pochodzą z raportu: M. Köntges, S. Kurtz, C. Packard, U. Jahn, K.A. Berger, K. Kato, T. Friesen, H. Liu, M. van Iseghem, Review of Failures of Photovoltaic Modules. Report IEA-PVPS T13 01:2014, IEA – International Energy Agency, 2014.
Pełna treść raportu w j. angielskim: https://iea-pvps.org/key-topics/review-of-failures-of-photovoltaic-modules-final
