Εισαγωγή
Η ηλιακή ενέργεια εξαπλώνεται ραγδαία στην Ευρώπη, ωστόσο, με τη μακροχρόνια λειτουργία των εγκαταστάσεων, αρχίζουν να εμφανίζονται λανθάνουσες αδυναμίες στα φωτοβολταϊκά πάνελ. Το φαινόμενο των σημείων υπερθέρμανσης (hot-spot), αν και φαινομενικά μικρό, μπορεί να προκαλέσει τοπική υπερθέρμανση και ακόμη και καταστροφή των πάνελ λόγω μερικής σκίασης ή μικρών φθορών. Το φαινόμενο PID (Potential Induced Degradation) είναι ιδιαίτερα έντονο σε θερμά και υγρά κλίματα, και μπορεί να οδηγήσει σε απότομη μείωση της απόδοσης άνω του 30%, επηρεάζοντας άμεσα την απόδοση της επένδυσης.
Πώς μπορούμε να εντοπίσουμε αυτά τα φαινόμενα έγκαιρα; Πώς μπορούμε να τα προλάβουμε με επιστημονικό τρόπο; Το παρόν άρθρο εξετάζει τους μηχανισμούς δημιουργίας των hot-spot και PID, παρουσιάζει βασικές μεθόδους ανίχνευσης, τεχνικές αποκατάστασης και στρατηγικές πρόληψης, και περιλαμβάνει αντιπροσωπευτικά παραδείγματα για να βοηθήσει τις επιχειρήσεις να εξασφαλίσουν σταθερή παραγωγή ενέργειας σε βάθος χρόνου.
Μηχανισμοί δημιουργίας σημείων υπερθέρμανσης και φαινομένου PID στα φωτοβολταϊκά πάνελ
1. Φαινόμενο hot-spot: Μικρό πρόβλημα με μεγάλες συνέπειες
Το φαινόμενο hot-spot δεν είναι κάποιο μακρινό τεχνικό σφάλμα – συνήθως ξεκινά από κάτι φαινομενικά ασήμαντο, όπως ένα ξερό φύλλο ή περιττώματα πουλιών στην επιφάνεια ενός πάνελ, τα οποία μπορούν να προκαλέσουν αντίστροφη λειτουργία σε μια κυψέλη, οδηγώντας σε συνεχόμενη υπερθέρμανση, καψίματα και τελικά φθορά ολόκληρης της σειράς πάνελ.
Στα περισσότερα οικιακά ή μικρής κλίμακας επίγεια συστήματα, τα πάνελ είναι συνδεδεμένα σε σειρά. Όταν μια κυψέλη παρουσιάζει πρόβλημα, οι υπόλοιπες αναγκάζονται να «σηκώσουν» το φορτίο ρεύματος. Αν η κυψέλη έχει μικρορωγμές, κατασκευαστικές αποκλίσεις ή διαφορές στην απόδοση, τότε λειτουργεί σαν σημείο συμφόρησης και το ρεύμα μετατρέπεται σε θερμότητα — αυτό είναι το hot-spot.
Ακόμη πιο επικίνδυνο είναι το γεγονός ότι, αν οι διόδοι παράκαμψης δεν είναι σωστά διαστασιολογημένες ή έχουν υποστεί βλάβη, το ανώμαλο ρεύμα δεν μπορεί να παρακάμψει την προβληματική περιοχή και η θερμότητα συνεχίζει να συσσωρεύεται. Αυτή η διαδικασία είναι συχνά αθόρυβη αλλά μπορεί να ενταθεί ραγδαία σε υψηλές θερμοκρασίες ή σε στέγες με ανεπαρκή εξαερισμό, μειώνοντας δραματικά τη διάρκεια ζωής του πάνελ.
Στην Ευρώπη, τα φαινόμενα hot-spot δεν είναι σπάνια. Ιδιαίτερα σε κατοικίες με επικλινείς στέγες, πτώση φύλλων ή κακή κυκλοφορία αέρα, η απουσία τακτικού καθαρισμού και ελέγχων μπορεί να οδηγήσει στην εμφάνιση hot-spot ήδη από το δεύτερο ή τρίτο έτος λειτουργίας. Τέτοιες απώλειες συχνά δεν λαμβάνονται υπόψη κατά την αρχική αξιολόγηση του έργου.
Πώς να εντοπίσετε με ακρίβεια τα φαινόμενα hot-spot και PID;
Η έγκαιρη ανίχνευση και διαχείριση είναι το κλειδί για τη μείωση των μακροπρόθεσμων απωλειών σε ένα φωτοβολταϊκό σύστημα. Τα hot-spot και το PID δεν γίνονται απαραίτητα αντιληπτά μόνο όταν η παραγωγή πέσει απότομα – με τις κατάλληλες μεθόδους ανάλυσης, μπορούν να εντοπιστούν από το αρχικό τους, “αόρατο” στάδιο. Παρακάτω παρουσιάζονται οι τρεις πιο συνηθισμένες και πρακτικές τεχνικές ανίχνευσης.
Θερμογράφηση υπερύθρων: Ταχεία αναγνώριση θερμών σημείων
Η πιο άμεση εκδήλωση ενός hot-spot είναι η αυξημένη θερμοκρασία. Συνεπώς, η χρήση θερμοκάμερας υπερύθρων αποτελεί τον ταχύτερο τρόπο εντοπισμού. Οι τεχνικοί μπορούν να πραγματοποιούν σάρωση σειρά προς σειρά γύρω στο μεσημέρι, σε ηλιόλουστες μέρες: εάν ένα τμήμα εμφανίζει θερμοκρασία τουλάχιστον 10°C υψηλότερη από τα γειτονικά, απαιτείται προσοχή.
Η μέθοδος αυτή επιτρέπει την ανίχνευση χωρίς αποσυναρμολόγηση των πάνελ και βοηθά στον εντοπισμό παραγόντων όπως σκίαση, μικρορωγμές ή ασυμμετρίες στο ρεύμα. Σε έργα σε στέγες ή με πολύπλοκες κατασκευές, η θερμική κάμερα θεωρείται βασικό εργαλείο σε κάθε επιθεώρηση.
Καμπύλη IV: Η διαγνωστική αναφορά των πάνελ
Η καμπύλη IV (τάση–ρεύμα) αντικατοπτρίζει την πραγματική απόδοση ενός πάνελ και αποτελεί συχνό εργαλείο για τη διάγνωση PID. Όταν υπάρχει επίδραση PID, η καμπύλη εμφανίζει μείωση στην κλίση, μετατόπιση του σημείου μέγιστης ισχύος και μείωση του παράγοντα πλήρωσης (FF).
Μέσω φορητών οργάνων μέτρησης, καταγράφονται δεδομένα των επιμέρους σειρών και συγκρίνονται σε διαφορετικές χρονικές στιγμές, εντοπίζοντας τάσεις ηλεκτρικής υποβάθμισης. Σε αντίθεση με τη θερμογράφηση, η μέθοδος αυτή ενδείκνυται για πιο αναλυτική αξιολόγηση όταν τα φαινόμενα έχουν προχωρήσει.
Έλεγχος ηλεκτροφωταύγειας (EL): Ανίχνευση κρυφών μικρορωγμών και φθοράς
Η εξέταση μέσω ηλεκτροφωταύγειας (EL) χρησιμοποιείται κυρίως για την ανίχνευση μικρορωγμών και τοπικής υποβάθμισης. Τα πάνελ τοποθετούνται σε σκοτεινό χώρο και διεγείρονται με ηλεκτρικό ρεύμα ώστε να εκπέμπουν φως, αποκαλύπτοντας εσωτερικές δομικές αλλαγές.
Ιδιαίτερα στην περίπτωση PID, οι “σκοτεινές κηλίδες” γίνονται ευδιάκριτες: με σύγκριση των εικόνων πριν και μετά, εντοπίζονται κυψέλες με αποτυχημένη παθητικοποίηση ή περιοχές με πτώση στην απόδοση. Συνιστάται να γίνεται ένας τέτοιος έλεγχος κατά την έναρξη λειτουργίας και επανάληψη στον τρίτο χρόνο, για την έγκαιρη καταγραφή σημαδιών υποβάθμισης.
Από την εντόπιση της ανωμαλίας έως την απώλεια ισχύος και την τελική επιβεβαίωση PID, η διαγνωστική διαδικασία ακολουθεί μια σαφή πορεία. Το ακόλουθο διάγραμμα συνοψίζει τα βασικά στάδια ανίχνευσης του PID:
Παράδειγμα εφαρμογής
Έργο σε στέγη 2,4 MW στη Σικελία εμφάνισε, μετά από δύο έτη λειτουργίας, ασυνήθιστη μείωση στην αποδοτικότητα των πάνελ. Ο έλεγχος με EL αποκάλυψε εκτεταμένη σκίαση στις ακριανές σειρές πάνελ, επιβεβαιώνοντας υποβάθμιση από PID. Ορισμένα πάνελ εμφάνιζαν πτώση ισχύος άνω του 25%. Μετά την αντικατάσταση των φθαρμένων μονάδων και την αναδιαμόρφωση της γείωσης, η επενδυτική απώλεια για τα επόμενα τρία έτη υπολογίζεται ότι θα περιοριστεί κατά 40.000 €.
Σύγκριση επιπτώσεων PID και θερμών σημείων στην ευρωπαϊκή αγορά
Οδηγός ταχείας παρέμβασης σε περίπτωση ανωμαλιών στα πάνελ
Όταν τα φαινόμενα hot-spot ή PID έχουν ήδη επηρεάσει την απόδοση παραγωγής, η έγκαιρη και κατάλληλη αντιμετώπιση ανάλογα με τη σοβαρότητα είναι ζωτικής σημασίας για την αποφυγή περαιτέρω απωλειών. Τα παρακάτω μέτρα εφαρμόζονται σε συστήματα με εμφανή μείωση ισχύος ή ενδείξεις θερμικής αστάθειας.
1. Αντιμετώπιση πάνελ με φαινόμενα hot-spot
- Ήπιο hot-spot (διαφορά θερμοκρασίας κάτω των 10 °C): Τα επηρεασμένα πάνελ μπορούν να μεταφερθούν στο τέλος της σειράς, ώστε να μειωθεί το ρεύμα λειτουργίας τους και να παραταθεί η διάρκεια ζωής τους.
- Σοβαρό hot-spot (αποχρωματισμός EVA, εγκαύματα στο πίσω μέρος): Συνιστάται η άμεση αντικατάσταση του πάνελ για την αποφυγή κινδύνων πυρκαγιάς ή ηλεκτρικών βλαβών κατά τη μακροχρόνια λειτουργία.
- Καθαρισμός πηγών σκίασης επί τόπου: Σκίαση από δέντρα, χιόνι, περιττώματα πτηνών ή σκόνη πρέπει να απομακρύνεται τακτικά. Η γωνία των βάσεων μπορεί επίσης να προσαρμοστεί για τη μείωση του κινδύνου σκίασης.
2. Επείγουσα αποκατάσταση σε περίπτωση PID
- Αντιστροφή ηλεκτρικού πεδίου: Ήπιο PID μπορεί να αντιμετωπιστεί με την εφαρμογή αντίστροφης τάσης +800V έως +1000V κατά τη διάρκεια της νύχτας. Τα περισσότερα πάνελ ανακτούν πάνω από το 90% της ισχύος τους εντός 24–48 ωρών.
- Αντικατάσταση πάνελ σε περιοχές υψηλού κινδύνου: Σε περιπτώσεις που η υποβάθμιση δεν μπορεί να αποκατασταθεί ή υπάρχει απότομη πτώση ισχύος, προτείνεται η αντικατάσταση των μονάδων με προϊόντα πιστοποιημένα ως PID-Free, ώστε να διατηρηθεί η απόδοση του συνόλου του συστήματος.
- Έλεγχος της ηλεκτρικής δομής: Πρέπει να εξετάζονται η γείωση του συστήματος, η γήρανση της μόνωσης και η οξείδωση των ακροδεκτών, για την αποτροπή επανεμφάνισης του προβλήματος.
Από τον σχεδιασμό στη συντήρηση: κρίσιμα σημεία για την πρόληψη των φαινομένων hot-spot και PID
Η αποτελεσματική διαχείριση των φαινομένων hot-spot και PID βασίζεται σε μια ολιστική προσέγγιση, που καλύπτει από την επιλογή των πάνελ και τον σχεδιασμό του συστήματος έως τη συντήρηση. Ειδικά σε ευρωπαϊκά έργα που χαρακτηρίζονται από υψηλές θερμοκρασίες, υγρασία ή σκιάσεις, είναι κρίσιμο να εντοπίζονται οι παράγοντες κινδύνου από την αρχή.
1. Βελτιστοποίηση της επιλογής πάνελ και υλικών εγκιβωτισμού
Η ανθεκτικότητα των πάνελ στις εξωτερικές συνθήκες, η ηλεκτρική ομοιομορφία και η ποιότητα της κατασκευής είναι καθοριστικά για την αποφυγή PID και hot-spot. Στο στάδιο της επιλογής, είναι σημαντικό να περιορίζονται οι πιθανές πηγές κινδύνου:
- Προτείνεται η χρήση πάνελ με πιστοποίηση PID-Free, που περιλαμβάνουν υλικά υψηλής μόνωσης και χαμηλής διαπερατότητας υγρασίας (EVA, backsheet, γυαλί). Σε υγρές και θερμές περιοχές, συνιστώνται πάνελ διπλού υαλοπίνακα ή κυψελών τύπου N.
- Η είσοδος κυψελών με μικρορωγμές ή ασυνεπή ηλεκτρικά χαρακτηριστικά στη γραμμή παραγωγής πρέπει να αποφεύγεται, με χρήση επιλογής (binning) και ελέγχου μέσω EL.
- Σε έργα με έντονες σκιάσεις ή πολύπλοκες εγκαταστάσεις (όπως επικλινείς στέγες ή καμπύλα τοιχώματα), μπορούν να χρησιμοποιηθούν πάνελ με αρχιτεκτονική τύπου IBC. Για παράδειγμα, τα πάνελ IBC χωρίς εμπρόσθιο πλέγμα της Maysun Solar προσφέρουν εξαιρετική συμπεριφορά σε συνθήκες σκίασης και χαμηλού φωτισμού, κατάλληλα για οικιακές και εμπορικές εφαρμογές.
2. Βελτιστοποίηση της γείωσης και της κατασκευής της εγκατάστασης
- Με τη βοήθεια λογισμικού σχεδιασμού όπως το PVsyst, μπορούν να προσομοιωθούν σκιές και να βελτιστοποιηθεί η απόσταση μεταξύ των σειρών και η κλίση εγκατάστασης, ώστε να μειωθεί ο κίνδυνος δημιουργίας hot-spot από σταθερές ή εποχιακές σκιές.
- Ο σχεδιασμός της γείωσης πρέπει να είναι σωστός: για πάνελ τύπου P προτείνεται αρνητική γείωση και για πάνελ τύπου N θετική, ώστε να μειωθεί η διαφορά δυναμικού μεταξύ πλαισίου και κυψελών και να προληφθεί η εμφάνιση PID.
3. Ενίσχυση της συντήρησης και των τακτικών επιθεωρήσεων
- Η επιφάνεια των πάνελ πρέπει να καθαρίζεται τακτικά από σκόνη, περιττώματα πουλιών και άλλους ρύπους. Σε περιοχές με άμμο συνιστάται καθαρισμός κάθε μήνα· σε υγρές παράκτιες περιοχές, τουλάχιστον ανά τρίμηνο, σε συνδυασμό με έλεγχο για νέα εμπόδια σκίασης.
- Η χρήση θερμογραφίας επιτρέπει τον γρήγορο εντοπισμό hot-spot, ενώ οι εικόνες EL βοηθούν στην πρόβλεψη σημείων με πιθανές μικρορωγμές, hot-spot ή PID. Συνιστάται ετήσια επιθεώρηση όλου του σταθμού και δημιουργία αρχείου βασικής συντήρησης.
4. Εκπαίδευση χρηστών και ενίσχυση της ευαισθητοποίησης
Η κατανόηση των φαινομένων hot-spot και PID από τους χρήστες πρέπει να ενισχυθεί μέσω τακτικών διαδικτυακών εκπαιδεύσεων και τεχνικών σεμιναρίων. Η παρουσίαση πραγματικών περιπτώσεων και μεθόδων παρέμβασης ενισχύει την ικανότητα των ομάδων συντήρησης να εντοπίζουν και να προλαμβάνουν έγκαιρα τους σχετικούς κινδύνους.
Για έργα που προγραμματίζονται σε παράκτιες ή υγρές-θερμές περιοχές, η επιλογή πάνελ με σχεδιασμό ανθεκτικό στο PID είναι κρίσιμη. Τα προϊόντα IBC της Maysun Solar έχουν ήδη αποδείξει την αξιοπιστία τους, με σταθερή απόδοση σε διάφορα έργα ανά την Ευρώπη.
Συμπεράσματα
Στα ευρωπαϊκά φωτοβολταϊκά συστήματα, τα φαινόμενα hot-spot και PID δεν είναι συνήθως αιφνίδιες βλάβες, αλλά “χρόνια προβλήματα” που συσσωρεύονται σιωπηλά από τα αρχικά στάδια ενός έργου, επηρεάζοντας τελικά ουσιαστικά τις αποδόσεις παραγωγής.
Οι αιτίες τους ποικίλλουν, αλλά στην ουσία συγκλίνουν σε έναν κοινό πυρήνα: ανισορροπία στον αρχικό σχεδιασμό του συστήματος και στην προληπτική διασφάλιση της ποιότητας.
Για να ελαχιστοποιηθούν πραγματικά οι απώλειες, δεν αρκεί η προσεκτική επιλογή εξοπλισμού και διαμόρφωσης του συστήματος — είναι εξίσου σημαντικό να υπάρχει ένας μηχανισμός πρώιμης αναγνώρισης και ανταπόκρισης σε όλο τον κύκλο συντήρησης.
Στο μέλλον, η εξάπλωση υλικών ανθεκτικών στο PID, η ανάπτυξη τεχνολογιών χωρίς εμπρόσθια πλέγματα και η εφαρμογή έξυπνων διαγνωστικών εργαλείων θα προσφέρουν μεγαλύτερη σταθερότητα και υψηλότερες αποδόσεις επένδυσης στα φωτοβολταϊκά συστήματα.
Από το 2008, η Maysun Solar αφιερώνεται στην παραγωγή υψηλής ποιότητας φωτοβολταϊκών μονάδων. Η γκάμα μας από ηλιακούς συλλέκτες, συμπεριλαμβανομένων των IBC, HJT, TOPCon και των ηλιακών σταθμών για μπαλκόνια, κατασκευάζεται με προηγμένη τεχνολογία, προσφέροντας εξαιρετική απόδοση και εγγυημένη ποιότητα. Η Maysun Solar έχει επιτυχώς δημιουργήσει γραφεία και αποθήκες σε πολλές χώρες και έχει αναπτύξει μακροχρόνιες συνεργασίες με κορυφαίους εγκαταστάτες! Για τις πιο πρόσφατες προσφορές σε ηλιακά πάνελ ή για οποιοδήποτε ερώτημα σχετικά με τα φωτοβολταϊκά, επικοινώνησε μαζί μας. Δεσμευόμαστε να σε εξυπηρετήσουμε και τα προϊόντα μας παρέχουν αξιόπιστη εγγύηση.
Βιβλιογραφία
MDPI Sensors – L. Wang, H. Li, Y. Zhao et al., « Ολοκληρωμένη αξιολόγηση της υποβάθμισης λόγω σημείων υπερθέρμανσης και PID σε φωτοβολταϊκά πάνελ πυριτίου με χρήση θερμογραφίας υπερύθρων και ηλεκτροφωταύγειας », Sensors 23(21), 8780 (2023)
https://www.mdpi.com/1424-8220/23/21/8780
OFweek Solar – « Ανάλυση της υποβάθμισης των φωτοβολταϊκών πάνελ: σημεία υπερθέρμανσης, PID και μηχανισμοί γήρανσης » (06-01-2022)
http://www.ofweek.com/solar/article-2022-01/ART-310079
ASTM International – ASTM E2481-12 « Πρότυπη μέθοδος δοκιμής για τον έλεγχο προστασίας από σημεία υπερθέρμανσης σε φωτοβολταϊκά πάνελ »
https://www.astm.org/e2481-12r18.html
PVsyst SA – « Οδηγός χρήσης του PVsyst » (τελευταία έκδοση)
https://www.pvsyst.com/
Μπορεί επίσης να σας αρέσει：