Degradácia FV panelov

Prehľad: čo je degradácia FV panelov a prečo vzniká

Degradácia fotovoltických (FV) panelov je súhrn javov, ktoré spôsobujú pokles výkonu modulu počas prevádzky. Okrem bežného lineárneho starnutia sa u kremíkových článkov (mono-/multi-Si, najmä PERC) vyskytujú špecifické mechanizmy: PID (Potential-Induced Degradation), LID (Light-Induced Degradation) a LeTID (Light and elevated Temperature Induced Degradation). Pochopenie príčin, podmienok vzniku a možností mitigácie je kľúčové pre projektovanie elektrární s vysokým výnosom a nízkymi nákladmi na údržbu.

PID – Potential-Induced Degradation: mechanizmus, príznaky a rizikové podmienky

Mechanizmus: PID vzniká pôsobením vysokého potenciálového rozdielu medzi článkom a rámom/zemou (typicky pri systémových napätiach 1000–1500 V DC). Elektrické pole a vlhkosť podporia migráciu iónov (najmä Na⁺ z krycieho skla) cez EVA/POE a pasivačné vrstvy k povrchu článku. Výsledkom je zvýšené povrchové/polárne vedenie, poškodenie pasivácie a shunting prechodov, čo znižuje napätie v bode MPP aj FF (fill factor).

• PID-s (shunting): najčastejší typ; prudký pokles U_oc, FF a výkonu.
• PID-p (polarization): dočasná polarizácia antireflexných vrstiev; časť strát sa môže po odpojení obnoviť.
• PID-c (korózia): dlhodobé poškodenie metalizácie a prepojov – čiastočne ireverzibilné.

Rizikové faktory: vysoká vlhkosť a teplota, záporný potenciál článkov voči zemi (podľa topológie meniča), nevhodná kvalita skla/enkapsulantu, slabá pasivácia okrajov, dlhé stringy na 1500 V DC, kontaminácia sodíkom.

LID – Light-Induced Degradation: čo sa deje pri „zábere“ nových modulov

LID je typický pre p-typ borónom dopované wafere (mono PERC, historicky aj multi-Si), kde po osvetlení vznikajú B-O (borón-kyslík) komplexné defekty v objeme kremíka. Tie znižujú životnosť nosičov a U_oc. Pokles je najvýraznejší počas prvých hodín až dní po inštalácii (typicky 1–3 %, pri horšej kvalite viac) a potom sa stabilizuje. Moderné procesy (napr. galium-doping namiesto borónu, vylepšené pasivácie a hydrogenácia) výrazne znižujú LID.

LeTID – Light and elevated Temperature Induced Degradation: problém éry PERC

LeTID sa prejavuje pri súčasnom pôsobení osvetlenia a zvýšenej teploty (≈ 50–85 °C), najmä u článkov s bohatou vodíkovou pasiváciou (PERC technológia). Mechanizmus súvisí s migráciou/rekombináciou vodíka a aktiváciou defektov v objeme kremíka. Na rozdiel od LID sa LeTID môže objaviť až po týždňoch až mesiacoch prevádzky a spôsobiť ďalších ~1–6 % pokles výkonu. Časť strát je za určitých podmienok reverzibilná (tepelné „vyliečenie“ alebo dlhšie vystavenie svetlu pri iných teplotných profiloch), ale pri opakovaní cyklov sa môžu defekty opäť aktivovať.

Diagnostika: ako odlíšiť PID, LID a LeTID v teréne

• Krivky I-V a STC porovnania: PID-s typicky znižuje U_oc a FF; LID/LeTID často viac znižujú U_oc a J_sc podľa mechanizmu.
• EL (elektroluminiscencia): PID-s ukazuje tmavé oblasti/okraje, prúdiace by-pass cesty; mikrotrhliny odlíšite podľa segmentového vzoru.
• PL (fotoluminiscencia): citlivá na rekombináciu v objeme – vhodná pre LID/LeTID analýzy.
• IR termografia: hot-spoty svedčia skôr o by-passe alebo lokálnych chybách; PID môže hot-spoty eskalovať.
• Izolačné testy a napäťové skúšky: PID koreluje s nízkou izolačnou impedanciou a vyšším únikom prúdu voči rámu.
• Časová korelácia: LID najmä v prvých dňoch; LeTID po teplých obdobiach; PID prudko pri vysokej vlhkosti a dlhodobo vysokom napätí stringu.

Normy a skúšky (prehľad)

• IEC 61215 – dizajnová kvalifikácia a spoľahlivosť (zahŕňa light-soak pre stabilizáciu výkonu).
• IEC 61730 – bezpečnosť modulov.
• IEC 62804-1/-2 – test PID-odolnosti pre kremíkové moduly (odporúčaný etalón pre OEM aj nákupcov).
• Technické špecifikácie pre LeTID – výrobcovia uplatňujú interné alebo priemyselné TS; pri obstarávaní žiadajte LeTID-mitigated certifikáciu s podmienkami testu (T, čas, spektrum, prúd).

Mitigácia PID: konštrukcia modulu aj návrh elektrickej časti

• Materiály: low-Na sklá, POE enkapsulanty s nižšou permeabilitou, lepšia pasivácia okrajov, vylepšené ARC.
• Elektrická konfigurácia: minimalizujte čas, počas ktorého sú články v zápornom potenciáli voči zemi (závisí od meniča – priviazanie pólov, uzemnenie DC, transformátorová/beztransformátorová topológia).
• Dĺžka stringov a systémové napätie: ak to layout dovolí, zvážte kratšie stringy alebo rozumný kompromis na 1000 V namiesto 1500 V v prostrediach s vysokou vlhkosťou.
• Prostredie: obmedzte kondenzáciu; kvalitná montáž, odvod vody a ventilácia zadnej strany.
• Anti-PID zariadenia: tzv. night-recovery (inverzia polarity voči zemi počas noci) môže PID-p/L časťou zvrátiť a PID-s zmierniť.

Mitigácia LID: materiálové a procesné riešenia

• Galium namiesto borónu: Ga-doping výrazne redukuje tvorbu B-O komplexov.
• Optimalizovaná hydrogenácia a pasivácia: riadenie vodíka vo vrstvách (SiN_x, AlO_x) počas firingu.
• Light-soak pred expedíciou: výrobcovia stabilizujú výkon (deklarované STC po „zábere“), aby koncový pokles v teréne bol minimálny.

Mitigácia LeTID: dizajn PERC a teplotné profily

• Riadenie vodíka: znížiť „voľný“ H v objeme a optimalizovať pasiváciu rozhraní, aby sa minimalizovala aktivácia defektov pri 60–80 °C.
• Stabilizačné procedúry: urýchlené svetelno-tepelné cykly vo výrobe (tzv. pre-conditioning), po ktorých modul dosiahne stabilizovaný výkon.
• Systémové T-riadenie: dobré vetranie polí, medzery medzi radmi, svetlejšie zadné fólie a montážne riešenia, ktoré nezvyšujú dlhodobo teplotu článkov.

Vplyv na výnos a ekonomiku (LCOE)

Aj zdanlivo „malé“ poklesy (napr. 2–4 % navyše kvôli PID/LeTID) sa pri 25–30 rokoch prevádzky a veľkých inštaláciách premietnu do státisícových strát výnosu. Vyššia nákupná cena modulov s potvrdenou odolnosťou (PID-free, LeTID-mitigated, Ga-doped) býva ekonomicky výhodná, ak zníži riziko neplánovaných zásahov, reklamácií a výpadkov produkcie.

Projektovanie a elektro: čo môže ovplyvniť zhotoviteľ

• Meniče a uzemnenie: vyberte topológiu a DC uzemnenie tak, aby priemerne neboli moduly dlhodobo v zápornom potenciáli voči rámu/zemniacej mriežke.
• Rozvody a dĺžky stringov: optimalizujte pre rovnováhu vodičových strát a PID rizika; sledujte symetriu voči zemi.
• Koeficienty prostredia: v pobrežných a tropických lokalitách uprednostnite POE a vyššiu PID odolnosť; chráňte pred soľným aerozolom.
• Montážny systém: elektrické premostenie rámov, kvalitné uzemnenie a ochrana pred galvanickou koróziou.

Monitoring a O&M: včasná detekcia je polovica úspechu

• Bloková telemetria a string-level dáta: sledujte PR, U_oc/I_sc trendy v čase, anomálie medzi paralelnými stringmi.
• Periodické EL/IR kampane: pri veľkých farmách 1–2× ročne alebo po extrémnych vlhkostných/teplotných udalostiach.
• Preventívne „night-recovery“: ak infraštruktúra umožňuje, pravidelný reverzný bias na noc.
• CMMS: evidujte moduly podľa šarže, dátumu a výrobcu – uľahčí to reklamačné konanie.

Reklamácie a záruky: na čo si dať pozor v zmluvách

• Výkonová záruka: rozlišujte „initial degradation“ (LID) vs. lineárny pokles; overte, či je uvedená odolnosť voči PID/LeTID.
• Test reports: vyžadujte protokoly PID (IEC 62804) a interné/TS skúšky LeTID s parametrami (teplota, čas, spektrum, prúd).
• Remediácie: dohodnite postupy a náhrady pri potvrdenej degradácii (výmena, kredit, náklady na prácu a žeriav).

Kontrolné zoznamy pre nákup a inštaláciu

• Pri nákupe: Ga-doped alebo n-typ (TOPCon/HJT) pre minimalizáciu LID; deklarácia LeTID-mitigated; PID odolnosť podľa IEC 62804.
• Pri návrhu: analýza potenciálov voči GND podľa meničov; zvážiť anti-PID riešenia; optimalizácia ventilácie poľa.
• Pri uvedení do prevádzky: light-soak/teplotná stabilizácia (ak výrobca nepre-soakoval); referenčné I-V/EL snímky.
• V prevádzke: monitoring stringov, nočná remediácia PID, pravidelné EL/IR audity po horúcich a vlhkých obdobiach.

Časté omyly a antivzory

• „PID nehrozí pri 1000 V“: hrozí, ak sú splnené vlhkostné a potenciálové podmienky; materiály a elektro dizajn stále rozhodujú.
• Zámena LeTID s tepelným starnutím: bez EL/PL a kontrolovaných testov sa LeTID ľahko pripíše „horúcemu letu“. Sledujte časový priebeh a reverzibilitu.
• Ignorovanie uzemnenia rámov: nekontrolované potenciály zvyšujú riziko PID aj EMC problémov.
• Šetrenie na enkapsulante: lacné EVA s vyššou permeabilitou vlhkosti zvyšuje PID a korózne riziká.

Trend technológií: n-typ a nové architektúry

N-typ (TOPCon, HJT) prirodzene obmedzuje LID (bez B-O komplexov) a pri správnej pasivácii znižuje náchylnosť na LeTID. Výrobcovia zavádzajú co-extrudované fólie (EVA/POE), lepšie okrajové bariéry, sklá s nízkym Na a pokročilé ARC/pasivácie. Na úrovni systému rastie adopcia string-level monitoringu a aktívnych anti-PID režimov v meničoch.

Holistický prístup znižuje riziko

PID, LID a LeTID sú rozdielne javy, no všetky sú zvládnuteľné kombináciou správneho výberu modulov, elektrického návrhu, kvalitnej montáže a monitoringu. Požadujte dôkazy odolnosti (test reports), minimalizujte dlhodobé negatívne potenciály, zlepšite tepelné a vlhkostné podmienky panelov a udržujte údaje o výkone v čase. Tak ochránite výnos a životnosť elektrárne a dosiahnete nižšie LCOE.