Czym skutkuje odchudzanie modułów PV? IEA wydaje raport na temat pękania cienkich szyb w nowoczesnych urządzeniach

• Nowoczesne, cienkowarstwowe moduły fotowoltaiczne wykazują wysoki wskaźnik pękania szkła chroniącego ogniwa. 
• Wiarygodna kontrola jakości cienkiego szkła jest niemożliwa z powodu braku standaryzowanych metod badania naprężeń w szybach o grubości mniejszej niż 3 milimetry.
• Główna przyczyna problemu pękania cienkiego szkła nie jest obecnie znana, a jej odkrycie wymaga większej ilości badań.

“Odchudzanie” modułów fotowoltaicznych prowadzi do spadku ich wytrzymałości

Rozwój technologii w branży fotowoltaicznej, jak w każdej innej, prowadzi na ogół do osiągania coraz lepszych wyników wprowadzanych technologii i podwyższania standardów jakości. Zdarza się jednak, że w całym procesie pojawi się niespodziewany problem, który może wyglądać jak coś, co powinno być już dawno za nami. Wydaje się, że czymś w tym rodzaju jest stwierdzony w ostatnim czasie podwyższony współczynnik pękania szyb osłaniających ogniwa fotowoltaiczne, jakim cechują się niektóre nowoczesne urządzenia. W starszych urządzeniach problem tego typu nie był szczególnie istotny, ale te posiadały nieco inną budowę, ponieważ wykorzystywano w nich szyby o standardowej grubości. Obecnie donosi się jednak, że w przypadku dwustronnych paneli typu szkło-szkło o grubości szkła 2 milimetry, współczynnik awaryjności związany z pękaniem szyb wynosi do 10%. Zostało to określone w raporcie przez specjalistów z International Energy Agency (IEA), międzynarodowej organizacji zajmującej się gromadzeniem i analizą danych związanych z sektorem energetycznym na całym świecie. Raport powstał dzięki zorganizowanym przez IEA testom, polegającym na badaniu wpływu różnego typu źródeł degradacji na panele, w tym badano również wytrzymałość ich szkła chroniącego ogniwa. 

Sposób montażu wpływa na prawdopodobieństwo powstania uszkodzeń

Testy wytrzymałościowe szkła skupiały się przede wszystkim na badaniu jego odporności na ściskanie, naprężenia, uderzenia oraz zarysowania. W badaniach brano również pod uwagę sposób zamocowania paneli, co okazało się być istotnym czynnikiem pod kątem częstotliwości występowania pęknięć. Część paneli mocowano na nieruchomych ramach, natomiast drugą w konfiguracji z trackerami, a więc na ruchomych instalacjach, których celem jest śledzenie ruchu słońca, aby możliwym było jak najbardziej optymalne ustawienie paneli względem źródła światła. Oznacza to generalnie ustawienie paneli prostopadle do kąta padania światła. 

Okazało się, że około 50% wszystkich modułów dwustronnych typu szkło-szkło o grubości 2 mm pękało w okresie 9 miesięcy od uruchomienia instalacji. Co istotne, znacznie częściej pękały panele zamontowane na trackerach, a więc te, które podlegały ruchowi w trakcie pracy. Specjaliści bez wątpliwości stwierdzili wobec tego, że sposób montażu ma wpływ na awaryjność szkła w modułach, ale nie wskazano go jako główną przyczynę problemu. Stwierdzono również, że nie są nią żadne konkretne warunki pogodowe ani awarie wewnętrzne modułów.

Badanie wykazało natomiast, że najczęściej, bo w niemalże 60%  wszystkich przypadków pęknięć, poddaje się tylna szyba modułu. Przednia szyba pęka średnio dwa razy rzadziej od tylnej, a pęknięcia obydwu szyb jednoczesnie stanowią tylko 1 na 10 wszystkich przypadków. 

Poznanie przyczyny problemu wymaga opracowania standaryzowanych metod badań wytrzymałości cienkiego szkła

Określenie częstotliwości poszczególnych typów pęknięć i pewnych czynników, które mają wpływ na nią wpływ niestety nie pozwoliło naukowcom z IEA odnaleźć głównej przyczyny podwyższonej wadliwości cienkiego szkła. W raporcie można przeczytać, że jedną z przyczyn takiego stanu rzeczy jest brak standaryzowanych metod pomiaru naprężeń, jakim poddawane jest cienkie szkło. Takie metody istnieją jedynie dla szkła o grubości nie mniejszej niż 3 milimetry. Szyby nowoczesnych paneli cienkowarstwowych nie przekraczają swoją grubością 2 milimetrów. Nie dysponujemy więc żadnym sposobem na wiarygodne kontrolowanie jakości tak cienkiego szkła, co niewątpliwie jest istotną składową problemu wysokiego wskaźnika jego pękania. Autorzy raportu podkreślają wobec tego, że koniecznym jest przeprowadzenie kolejnych badań nad szybami w nowoczesnych panelach, których celem powinno być opracowanie niezawodnych metod kontroli jakości produktu, w tym wpływu naprężeń ściskających na szkło. Umożliwi to określenie głównej przyczyny pękania paneli, co nie jest obecnie możliwe mimo tego, że jest to bardzo potrzebne. Pęknięcia modułów nie powodują od razu spadku ich mocy, ale brak osłony ogniw najczęściej prowadzi do przyspieszenie procesu ich degradacji, co znacznie zmniejsza bezpieczeństwo użytkowania urządzenia, a także w dłuższej perspektywie prowadzi do znacznego spadku mocy. 

Specjaliści podejmując próby zbadania występujących na powierzchni szkła naprężeń, wykorzystali metodę zakładającą użycie SCALP-05, czyli urządzenia emitującego laser w głąb szklanej powierzchni. Pomiar intensywności rozpraszania laseru przechodzącego przez powierzchnię daje informacje dotyczące naprężeń występujących w szkle. Niestety zastosowane rozwiązanie nie pozwoliło na określenie żadnych progów wytrzymałości na pękanie cienkiego szkła, a jedynie potwierdziło znaczną różnice w odporności na naprężenia między szkłem o grubości 3 milimetry a 2 milimetry. 

Brak pełnego hartowania szkła wpływa na wytrzymałość cienkowarstwowych modułów

Ostatecznie przeprowadzono również testy związane z odpornością cienkiego szkła na uderzenia kul gradowych o średnicy 25 milimetrów. Badanie przeprowadzono na podstawie normy IEC 61215-2:2021. Wykazało ono, że choć moduły z cienkim szkłem są w stanie bez większych problemów spełnić zalecenia wytrzymałościowe normy, to ich odporność na uderzenia i tak jest znacznie mniejsza od urządzeń wyposażonych w szyby o grubości nie mniejszej niż 3 milimetry. Jedną z przyczyn takiego stanu rzeczy jest fakt, iż szkło 3 milimetry może być w pełni hartowane, natomiast cieńsze już nie, ze względu na ograniczenia technologiczne. 

W przypadku tego badania również jednak zasugerowano przeprowadzenie kolejnych testów, w celu dokładniejszego poznania charakterystyki zachowania szkła w sytuacji gradobicia

Raport nie pozostawia wątpliwości,że temat wytrzymałości cienkiego szkła w nowoczesnych modułach fotowoltaicznych jest jeszcze bardzo słabo poznany. Dotychczasowe badania wskazały na braki związane z metodyką badań cienkiego szkła i umożliwiły określenie częstotliwości występowania pęknięć w pewnych warunkach, podając przy tym jakie czynniki mają na nią wpływ. Nie udało się jednak określić głównej przyczyny wysokiego wskaźnika pękania szkła, co będzie wymagało dalszych testów, na większej ilości modułów. Te niestety najpewniej zajmą trochę czasu, ale warto liczyć na ich powodzenie, które doprowadzi do podwyższenia standardów jakości produktów, które będa wchodzić na nasz rynek.  

Źródła: IEA-PVPS-T13-30-2025-REPORT-Degradation-and-Failure, webstore.iec.ch.