Περιεχόμενα

1. Εισαγωγή
2. Πώς σχηματίζονται τα θερμικά σημεία στα φωτοβολταϊκά πλαίσια;
3. Ποιοι ρύποι προκαλούν πιο εύκολα θερμικά σημεία στα φωτοβολταϊκά πλαίσια;
4. Πόσο επηρεάζουν τα θερμικά σημεία το φωτοβολταϊκό σύστημα;
5. Πώς να αναγνωρίσετε και να αντιμετωπίσετε τα θερμικά σημεία;
6. Πώς να προλάβετε συστηματικά τα θερμικά σημεία στα φωτοβολταϊκά συστήματα;

Εισαγωγή

Καθώς μπαίνουμε στο φθινόπωρο και τον χειμώνα, τόσο τα επιχειρηματικά όσο και τα οικιακά φωτοβολταϊκά συστήματα εκτίθενται όλο και περισσότερο σε ρύπανση και σκίαση. Η συνηθισμένη συσσώρευση περιττωμάτων πουλιών, φύλλων και σκόνης μπορεί να προκαλέσει απρόβλεπτες συνέπειες. Γιατί μια τοπική σκίαση μπορεί να προκαλέσει υπερθέρμανση ολόκληρου του πλαισίου; Γιατί ένα μικρό λεκέ μπορεί να επηρεάσει την αποδοτικότητα ολόκληρου του σταθμού παραγωγής;

Σε σύγκριση με τη δυνατή βροχή και τις υψηλές θερμοκρασίες, τα θερμικά σημεία που προκαλούνται από ρύπανση και σκίαση είναι πιο ύπουλα και πιο εύκολα να παραβλεφθούν. Μπορεί να μην προκαλέσουν άμεσα βλάβες, αλλά με τη συνεχή λειτουργία συσσωρεύουν θερμικό φορτίο, οδηγώντας σε μείωση της ισχύος, θραύση του γυαλιού και ακόμα και αποτυχία του πλαισίου. Όταν εμφανίζονται ανωμαλίες στην παραγωγή, η αιτία είναι συχνά δύσκολο να ανιχνευθεί.

Το πρόβλημα των θερμικών σημείων λόγω ρύπανσης και σκίασης δεν είναι τυχαίο αλλά αποτελεί μια δομική απειλή. Αν δεν εντοπιστεί και δεν προληφθεί εγκαίρως, θα εμφανίζεται επανειλημμένα στις εποχές υψηλού κινδύνου, επηρεάζοντας την ασφάλεια λειτουργίας και την απόδοση του φωτοβολταϊκού συστήματος.

1. Πώς σχηματίζονται τα θερμικά σημεία στα φωτοβολταϊκά πλαίσια;

Τα θερμικά σημεία είναι τοπικές περιοχές αυξημένης θερμοκρασίας στα φωτοβολταϊκά πλαίσια, που προκύπτουν από την ανώμαλη θέρμανση ορισμένων κυψελών. Η αιτία δεν είναι η θερμοκρασία καθαυτή, αλλά η σκίαση. Όταν ρύποι όπως περιττώματα πουλιών ή φύλλα καλύπτουν μια κυψέλη, αυτή δεν μπορεί να παράγει ρεύμα κανονικά. Το ρεύμα παρεμποδίζεται, και προκαλείται αντίστροφη πόλωση, με αποτέλεσμα η κυψέλη να μετατρέπεται από μονάδα παραγωγής σε μονάδα κατανάλωσης, αυξάνοντας τοπικά τη θερμοκρασία και δημιουργώντας θερμικό σημείο.

Το πρόβλημα δεν περιορίζεται σε μία κυψέλη. Για να αυξηθεί η τάση εξόδου, οι φωτοβολταϊκές μονάδες περιέχουν συχνά 60–100 κυψέλες συνδεδεμένες σε σειρά, και πολλαπλές μονάδες συνδέονται για να σχηματίσουν μια σειρά (string). Ακόμα κι αν μόνο περίπου το 5% της επιφάνειας ενός πλαισίου σκιάζεται, η παραγωγή μπορεί να μειωθεί κατά πάνω από 30%. Όσο πιο συγκεντρωμένη είναι η σκίαση και όσο μεγαλύτερο είναι το ρεύμα, τόσο πιο γρήγορα δημιουργείται το θερμικό σημείο και τόσο μεγαλύτερη είναι η άνοδος της θερμοκρασίας.

Οι διόδοι bypass ενεργοποιούνται όταν η σκίαση αυξάνεται, απομονώνοντας την προβληματική περιοχή από το κύκλωμα. Ωστόσο, απαιτείται αντίστροφη τάση περίπου 0,5–0,7V για να ξεκινήσει η λειτουργία τους. Σε περιπτώσεις όπως τα περιττώματα πουλιών με πολύ τοπική σκίαση, το θερμικό σημείο εμφανίζεται συχνά πριν την ενεργοποίηση της διόδου. Αν η δομή του πλαισίου ή οι συνθήκες λειτουργίας δεν ελέγχονται κατάλληλα, τα θερμικά σημεία θα εμφανίζονται επανειλημμένα και μπορεί να προκαλέσουν μακροχρόνιες βλάβες όπως φθορά της επικάλυψης, καύση των ενώσεων και ραγίσματα στο γυαλί.

2. Ποιοι ρύποι προκαλούν πιο εύκολα θερμικά σημεία στα φωτοβολταϊκά πλαίσια;

Ρύπανση από περιττώματα πουλιών

Τα περιττώματα πουλιών αποτελούν την πιο τυπική και υψηλού κινδύνου αιτία για τη δημιουργία θερμικών σημείων στα φωτοβολταϊκά συστήματα. Το βασικό πρόβλημα δεν είναι η έκταση της σκίασης, αλλά η συγκέντρωση και η πλήρης αδιαφάνεια της σκίασης. Μια μικρή ποσότητα περιττωμάτων που καλύπτει πλήρως μια κυψέλη προκαλεί σοβαρή διακοπή ρεύματος στο κύκλωμα σειράς.

Στα φωτοβολταϊκά πλαίσια, όλες οι κυψέλες είναι συνδεδεμένες σε σειρά και το ρεύμα πρέπει να είναι ομοιόμορφο. Η σκίαση από περιττώματα εμποδίζει τη φωτογενή παραγωγή ρεύματος στην καλυμμένη κυψέλη, αλλά το ρεύμα της σειράς εξακολουθεί να διέρχεται αναγκαστικά. Αυτό προκαλεί την αδυναμία της κυψέλης να παρέχει ρεύμα, εισερχόμενη σε κατάσταση αντίστροφης πόλωσης, δημιουργώντας έτσι το θερμικό σημείο.

Επιπλέον, τα περιττώματα έχουν χαμηλή θερμική αγωγιμότητα και, όταν το νερό εξατμίζεται, αφήνουν ένα στερεό οργανικό υπόλειμμα που δυσκολεύεται να διαχέσει τη θερμότητα, συγκεντρώνοντας έτσι μεγάλη ποσότητα θερμότητας τοπικά. Σύμφωνα με δεδομένα επιθεώρησης από την DNV, η τοπική αύξηση θερμοκρασίας λόγω σκίασης από περιττώματα πουλιών κυμαίνεται συνήθως μεταξύ 35°C και 70°C, πολύ υψηλότερα από άλλους τύπους ρύπανσης.

Ακόμα και μια μόνο κυψέλη (περίπου το 2% της επιφάνειας του πλαισίου) που καλύπτεται πλήρως μπορεί να μειώσει την ισχύ ολόκληρου του πλαισίου κατά 25% έως 30%, προκαλώντας γρήγορα εμφανή θερμικά σημεία.

Ρύπανση από φύλλα

Ο κίνδυνος δημιουργίας θερμικών σημείων λόγω φύλλων διαφέρει από αυτόν των περιττωμάτων πουλιών και εξαρτάται από το σχήμα της κάλυψης και τη διάρκεια παραμονής. Ένα μόνο φύλλο έχει συνήθως διαφάνεια περίπου 20%–40%, και όταν τα φύλλα είναι διασκορπισμένα, η μείωση της ηλιακής ακτινοβολίας οδηγεί σε πτώση της απόδοσης, αλλά το ρεύμα μέσα στο πλαίσιο παραμένει ισορροπημένο, με αποτέλεσμα να μη δημιουργούνται εύκολα θερμικά σημεία.

Όταν όμως συσσωρεύονται πολλά φύλλα, ειδικά σε υγρή κατάσταση, η διαφάνεια πέφτει γρήγορα κάτω από 10%. Σε αυτήν την περίπτωση, πολλές κυψέλες μέσα στην περιοχή συσσώρευσης παρουσιάζουν μειωμένη ή μηδενική παραγωγή, και το τοπικό ρεύμα δεν μπορεί να περάσει, προκαλώντας αντίστροφη πόλωση. Η Διεθνής Υπηρεσία Ενέργειας (IEA) αναφέρει στο PVPS Task 13 report ότι ειδικά στο κέντρο των πλαισίων υπάρχει υστέρηση στην ενεργοποίηση της διόδου bypass, με τοπική άνοδο θερμοκρασίας που μπορεί να φτάσει τους 20°C έως 40°C.

Αυτός ο κίνδυνος έχει έντονη εποχικότητα και αν δεν καθαριστεί εγκαίρως, τα συσσωρευμένα φύλλα μπορούν να δημιουργήσουν πολλαπλά διασκορπισμένα θερμικά σημεία, θέτοντας σε κίνδυνο την ασφάλεια λειτουργίας ολόκληρης της σειράς.

Ρύπανση από σκόνη

Ο κύριος κίνδυνος από τη ρύπανση με σκόνη δεν είναι τα θερμικά σημεία, αλλά η σταδιακή μείωση της συνολικής αποδοτικότητας του συστήματος. Σε αντίθεση με τα περιττώματα πουλιών και τα φύλλα, η σκόνη καλύπτει ομοιόμορφα την επιφάνεια, μειώνοντας την ένταση του φωτός που προσπίπτει συνολικά.

Σε συνθήκες ομοιόμορφης χαμηλής φωτεινότητας, η φωτογενής παραγωγή όλων των κυψελών μειώνεται ταυτόχρονα, διατηρώντας το ρεύμα ομοιόμορφο, με αποτέλεσμα να μη δημιουργούνται τοπικά σημεία αντίστροφης πόλωσης. Αυτό σημαίνει ότι ακόμα και αν η σκόνη καλύπτει το 80%–90% της επιφάνειας, δεν προκαλεί άμεσα θερμικά σημεία. Η θερμική απεικόνιση συνήθως δείχνει διαφορές θερμοκρασίας κάτω από 5°C λόγω της σκόνης.

Η Εθνική Ανανεώσιμη Ενεργειακή Εργαστηριακή Υπηρεσία των ΗΠΑ (NREL) αναφέρει στη μελέτη της για τις απώλειες από τη σκόνη ότι η ρύπανση από σκόνη οδηγεί γενικά σε μείωση της παραγωγής κατά 3%–7%. Αν η σκόνη συνυπάρχει με περιττώματα πουλιών ή βρύα στην ίδια θέση, μπορούν να σχηματιστούν τοπικά θερμικά σημεία, με μακροχρόνιο αρνητικό αντίκτυπο στην απόδοση.

Ρύπανση από βρύα

Ο κίνδυνος από τα βρύα πηγάζει από το σταθερό σημείο κάλυψης, τη μεγάλη διάρκεια παραμονής και την υψηλή θερμική κατακράτηση. Τα βρύα συνήθως αναπτύσσονται σε περιοχές συγκέντρωσης νερού στο πλαίσιο, όπου παραμένουν για μεγάλα χρονικά διαστήματα, δημιουργώντας ημι-μόνιμη τοπική σκίαση χωρίς εμφανή εποχικότητα.

Ο ηλεκτρικός μηχανισμός αντίδρασης είναι παρόμοιος με αυτόν των περιττωμάτων πουλιών: η φωτογενής παραγωγή των κυψελών στην περιοχή σκίασης από τα βρύα μειώνεται συνεχώς, ενώ το ρεύμα της σειράς διατηρείται αναγκαστικά. Η υψηλή περιεκτικότητα σε υγρασία των βρύων και η χαμηλή θερμική αγωγιμότητά τους προκαλούν συσσώρευση θερμότητας στην τοπική περιοχή.

Η θερμική απεικόνιση από το TÜV Rheinland δείχνει ότι η αύξηση θερμοκρασίας των κυψελών κάτω από σκίαση βρύων κυμαίνεται συνήθως μεταξύ 25°C και 35°C. Αυτά τα χρόνια θερμικά σημεία μειώνουν την παραγωγή, επιταχύνουν το γήρας της επικάλυψης, προκαλούν διάβρωση στις ενώσεις και μπορεί να οδηγήσουν ακόμα και σε μικρορωγμές στο γυαλί.

3. Πόσο επηρεάζουν τα θερμικά σημεία το φωτοβολταϊκό σύστημα;

Μείωση ισχύος: Συνεχής πτώση της παραγωγής

Τα θερμικά σημεία αποτελούν τον κύριο κίνδυνο για τη σταδιακή μείωση της ισχύος εξόδου των φωτοβολταϊκών πλαισίων. Όταν μια τοπική κυψέλη εισέρχεται σε κατάσταση αντίστροφης πόλωσης, σταματά να παράγει ρεύμα και αντίθετα γίνεται μονάδα κατανάλωσης ενέργειας. Αυτό δεν προκαλεί μόνο τοπική βλάβη, αλλά μέσω της σύνδεσης σε σειρά επεκτείνει γρήγορα την επίδραση σε ολόκληρο το string. Η μείωση ρεύματος σε μία κυψέλη αναγκάζει το ρεύμα όλης της σειράς να μειωθεί συγχρονισμένα, με συνέπεια την αισθητή πτώση της ισχύος του πλαισίου.

Ακόμη και αν μόνο το 2% έως 5% της επιφάνειας του πλαισίου καλύπτεται από σκίαση, η μείωση της ισχύος κυμαίνεται συνήθως μεταξύ 20% και 35%. Όταν υπάρχουν πολλαπλά θερμικά σημεία, η συνολική ικανότητα παραγωγής της σειράς μπορεί να μειωθεί πάνω από 40%. Αυτή η μείωση δεν είναι τυχαία, αλλά επαναλαμβάνεται και συσσωρεύεται με την περιοδική επανεμφάνιση της ρύπανσης και της σκίασης, διαβρώνοντας σταδιακά τη μακροχρόνια απόδοση του συστήματος.

Το σημαντικότερο είναι ότι υπό την επαναλαμβανόμενη δράση των θερμικών σημείων, η ετήσια μείωση της παραγωγής ενέργειας των φωτοβολταϊκών συστημάτων κυμαίνεται συνήθως μεταξύ 5% και 10%. Ένα τοπικό μικρό πρόβλημα μπορεί να εξελιχθεί σε συνεχή απώλεια παραγωγής σε επίπεδο string ή ακόμα και συστήματος, προκαλώντας δευτερογενείς ηλεκτρικές ανωμαλίες.

Θερμική φθορά της επικάλυψης: Επιτάχυνση γήρανσης των υλικών

Η συνεχής υψηλή θερμοκρασία που προκαλείται από τα θερμικά σημεία αποτελεί τον βασικό παράγοντα που επιταχύνει τη γήρανση της επικάλυψης των φωτοβολταϊκών πλαισίων. Η τοπική θερμοκρασία που παραμένει πάνω από 60°C για μεγάλα χρονικά διαστήματα ενεργοποιεί άμεσα τη διαδικασία θερμικής γήρανσης των υλικών επικάλυψης. Η επικάλυψη αρχίζει να κιτρινίζει και εμφανίζει ανεξέλεγκτες δικτυώσεις, που εξελίσσονται σε φουσκώματα και αποκόλληση, δημιουργώντας μια μη αναστρέψιμη αλυσίδα φθοράς των υλικών.

Η αποκόλληση της επικάλυψης οδηγεί σε απώλεια της προστατευτικής δομικής λειτουργίας, συνοδευόμενη από συνεχή μείωση της διαπερατότητας φωτός. Οι κοιλότητες στην περιοχή του θερμικού σημείου μεγαλώνουν σταδιακά, σχηματίζοντας κανάλια διείσδυσης υδρατμών. Η εισχώρηση υδρατμών προκαλεί διάβρωση που επιδεινώνει την κόπωση των ενώσεων συγκόλλησης, τη ρήξη των αγωγών και οδηγεί σε γήρανση των υλικών και ηλεκτρικές βλάβες.

Δοκιμές γήρανσης θερμικών σημείων από το TÜV Rheinland και το NREL δείχνουν ότι ο χρόνος εμφάνισης φουσκωμάτων και αποκολλήσεων στην επικάλυψη υπό την επίδραση θερμικών σημείων είναι συνήθως μεταξύ 12 και 24 μηνών, πολύ νωρίτερα σε σχέση με την φυσική γήρανση των κανονικών πλαισίων (8–10 χρόνια).

Το πιο ύπουλο είναι ότι η αστοχία της επικάλυψης που προκαλείται από θερμικά σημεία ξεκινά συνήθως εσωτερικά και δεν είναι ορατή εξωτερικά, επηρεάζοντας τελικά την οπτική απόδοση, τη δομική σταθερότητα και τη μακροχρόνια παραγωγική ικανότητα του πλαισίου.

Ηλεκτρικές βλάβες: Ερύθρωση των ενώσεων και διακοπές κυκλώματος

Τα θερμικά σημεία προκαλούν όχι μόνο φθορά υλικών, αλλά επηρεάζουν και τις ηλεκτρικές συνδέσεις των πλαισίων. Η τοπική υψηλή θερμοκρασία επιδρά συνεχώς στις ενώσεις συγκόλλησης, τα αγώγιμα πλέγματα (busbars) και τους συλλέκτες, προκαλώντας θερμική κόπωση των μεταλλικών υλικών. Ιδιαίτερα υπό μακροχρόνια θερμική φόρτιση μεταξύ 90°C και 120°C, ο κόκκος της κόλλησης αρχίζει να ανακρυσταλλώνεται, να σχηματίζονται μικρορωγμές και να συμβαίνει ερύθρωση, μειώνοντας σημαντικά την αξιοπιστία των ενώσεων.

Καθώς οι ενώσεις φθείρονται, οι μεταλλικοί αγωγοί και οι συλλέκτες υποβάλλονται σε ρήξη λόγω θερμικών καταπονήσεων και ρεύματος φόρτισης. Όταν διακοπεί η ροή του ρεύματος, οι δίοδοι bypass ενεργοποιούνται συχνά για να παρακάμψουν την ελαττωματική περιοχή, προκαλώντας μερική απώλεια παραγωγής. Η διακοπή του κυκλώματος οδηγεί σε αποσύνδεση των πλαισίων, ανισορροπία τάσης στα strings και ακόμη και γειωτικά σφάλματα.

Επιθεωρήσεις από τους κλάδους της DNV και PVEL δείχνουν ότι πάνω από το 18% των πλαισίων με αποτυχία λόγω θερμικών σημείων παρουσιάζουν ηλεκτρικές βλάβες όπως ερύθρωση ενώσεων, ρήξη αγωγών ή διακοπή συλλεκτών. Σε σύγκριση με τη φυσική γήρανση, η ηλεκτρική φθορά από θερμικά σημεία εμφανίζεται γρηγορότερα και έχει έντονη τάση διάδοσης, εξελισσόμενη γρήγορα από μεμονωμένα σφάλματα σε ηλεκτρικές ανωμαλίες σε επίπεδο string.

Δομικές βλάβες: Από μικρορωγμές μέχρι θραύση

Η τοπική υψηλή θερμοκρασία που προκαλείται από θερμικά σημεία δεν επηρεάζει μόνο τις ηλεκτρικές συνδέσεις και την επικάλυψη, αλλά απειλεί και τη δομή του πλαισίου. Οι συνεχείς θερμικές καταπονήσεις που υφίστανται το γυαλί, οι κυψέλες και οι ενώσεις προκαλούν κύκλους διαστολής και συστολής, δημιουργώντας συγκεντρώσεις τάσης. Σε περιοχές με μεγάλες διαφορές θερμοκρασίας μεταξύ ημέρας και νύχτας ή σε ακραία κλιματικά περιβάλλοντα, οι περιοχές των θερμικών σημείων γίνονται δομικά ευάλωτες.

Υπό αυτές τις θερμομηχανικές καταπονήσεις, εμφανίζονται μικρορωγμές στις κυψέλες, που επεκτείνονται κατά μήκος των διαδρομών συγκέντρωσης τάσης. Καθώς οι ρωγμές αναπτύσσονται, η στρώση της επικάλυψης σχίζεται, το πλαίσιο παραμορφώνεται, και η επιφάνεια του γυαλιού εμφανίζει ρωγμές στις γωνίες ή ακόμη και διαμπερείς ρωγμές στο κέντρο. Οι τοπικές μικρορωγμές εξελίσσονται σε θραύση του γυαλιού και ρήξη της επικάλυψης, προκαλώντας δομική αστάθεια του πλαισίου.

Σύμφωνα με δεδομένα επιθεώρησης από την DNV και την PVEL, η πιθανότητα μικρορωγμών στο γυαλί για πλαίσια με θερμικά σημεία είναι πάνω από 2,5 φορές μεγαλύτερη από ό,τι για κανονικά πλαίσια, και περίπου το 12% αυτών εξελίσσονται σε ορατές ρωγμές ή πλήρη θραύση.

Αυτές οι δομικές βλάβες μειώνουν τη διαπερατότητα του φωτός και επιτρέπουν τη συνεχή διείσδυση υδρατμών, συχνά σε συνδυασμό με την αποτυχία της επικάλυψης και την ηλεκτρική φθορά, επιταχύνοντας σημαντικά τη μείωση του χρόνου ζωής του πλαισίου.

4. Πώς να αναγνωρίσετε και να αντιμετωπίσετε τα θερμικά σημεία;

Ανίχνευση θερμικών σημείων μέσω δεδομένων και επιτόπιων ενδείξεων

Τα θερμικά σημεία συνήθως εντοπίζονται από ανωμαλίες στην απόδοση παραγωγής και φυσικές βλάβες. Η μείωση ισχύος είναι το πιο άμεσο σήμα, εκδηλώνοντας εμφανή πτώση της παραγωγής ενός string σε σύγκριση με άλλα ίδιας ομάδας. Η ανισορροπία ρεύματος αποτελεί επίσης τυπικό δείκτη, με ανώμαλα χαμηλή ένδειξη ρεύματος στη πλευρά συνεχούς ρεύματος, που δεν ερμηνεύεται από τη διεύθυνση, τη σκίαση ή τη ρύθμιση του συστήματος. Οι μετατροπείς συχνά εμφανίζουν σφάλματα όπως "αστάθεια ισχύος string" και "ανωμαλίες DC".

Η ανάλυση της καμπύλης IV αποκαλύπτει χαρακτηριστικά βλάβης της ηλεκτρικής απόδοσης, όπως κάμψη ώμου ρεύματος, αντίστροφη πτώση και ενεργοποίηση διόδου bypass.

Επιτόπιες ενδείξεις περιλαμβάνουν τοπική ρύπανση (περιττώματα πουλιών, φύλλα, βρύα), φουσκώματα ή αποκόλληση της επικάλυψης, εισχώρηση υδρατμών, μικρορωγμές στο γυαλί και παραμόρφωση των πλαισίων. Η ρύπανση μαζί με ανωμαλίες στην ισχύ συχνά υποδεικνύουν θερμικά σημεία λόγω ρύπανσης, ενώ η συνεχιζόμενη ανωμαλία ρεύματος μαζί με ελαττώματα στην επικάλυψη υποδηλώνουν θερμικά σημεία δομικής ή ηλεκτρικής φύσης. Η ομοιόμορφη σκόνη μειώνει μόνο τη συνολική παραγωγή χωρίς να προκαλεί θερμικά σημεία. Με την διασταύρωση των διακυμάνσεων δεδομένων και των φυσικών ανωμαλιών, μπορεί να εντοπιστούν γρήγορα ύποπτα πλαίσια με θερμικά σημεία.

Χρήση εργαλείων ανίχνευσης για τον προσδιορισμό θέσης και αιτίας θερμικών σημείων

Η θερμική απεικόνιση είναι η πιο άμεση μέθοδος επιβεβαίωσης θερμικών σημείων. Η διαφορά θερμοκρασίας στην επιφάνεια του πλαισίου ≥10°C θεωρείται ύποπτο θερμικό σημείο, ενώ διαφορές κάτω των 5°C συνήθως οφείλονται σε διαφορές απαγωγής θερμότητας. Οι μετρήσεις πρέπει να γίνονται σε ηλιόλουστες μέρες με υψηλό φορτίο, για να αποφευχθούν λανθασμένοι εντοπισμοί λόγω χαμηλού φωτισμού.

• Η ανίχνευση EL χρησιμοποιείται για τον εντοπισμό μικρορωγμών, ρηγμάτων στα πλέγματα και αποκολλήσεων της επικάλυψης που δεν είναι ορατές, κατάλληλη για τα αρχικά στάδια θερμικών σημείων ή δομτικές αστοχίες.
• Η ανάλυση της καμπύλης IV εστιάζει στις ηλεκτρικές ανωμαλίες· η κάμψη ώμου ρεύματος, η αντίστροφη πτώση και η ενεργοποίηση της διόδου bypass είναι τυπικά χαρακτηριστικά. Δεν εντοπίζει τη θέση, αλλά επιβεβαιώνει την ύπαρξη ασυμφωνίας ρεύματος ή βλάβης bypass.
• Οι επιθεωρήσεις με υπέρυθρες κάμερες από drone χρησιμοποιούνται κυρίως σε μεγάλα πάρκα, για γρήγορο εντοπισμό θερμών σημείων. Τα κατανεμημένα σε στέγες έργα ελέγχονται με φορητές θερμικές κάμερες, σε συνδυασμό με EL για την επιβεβαίωση δομικών προβλημάτων και ανάλυση IV για την υποστήριξη διάγνωσης ηλεκτρικών βλαβών.

Με τη συνολική αξιολόγηση της θερμοκρασιακής διαφοράς, της ηλεκτρικής καμπύλης και των δομικών απεικονίσεων, τα θερμικά σημεία μπορούν να αποδοθούν με ακρίβεια σε ρύπανση και σκίαση, δομικά ελαττώματα ή ηλεκτρικές βλάβες, παρέχοντας σαφείς βάσεις για τη μετέπειτα αντιμετώπιση.

Επιλογή κατάλληλης αντιμετώπισης ανάλογα με την αιτία των θερμικών σημείων

Ανεξάρτητα από την αιτία των θερμικών σημείων, ο βασικός κανόνας είναι ότι τα θερμικά σημεία λόγω ρύπανσης μπορούν να διορθωθούν, ενώ τα δομικά και ηλεκτρικά πρέπει να αντικατασταθούν.

• Τα θερμικά σημεία ρύπανσης αποτελούν αναστρέψιμο κίνδυνο και η αποκατάστασή τους βασίζεται σε συχνό καθαρισμό επιτόπου και στοχευμένη συντήρηση. Σε περιπτώσεις επαναλαμβανόμενης ρύπανσης, ειδικά σε ράχες, προεξοχές ή υγρά σημεία με λιμνάζοντα νερά, συνιστάται η εγκατάσταση συστημάτων αποτροπής πτηνών ή βελτίωση της αποστράγγισης.
• Τα δομικά θερμικά σημεία, όπως φουσκώματα στην επικάλυψη, αποκόλληση ή μικρορωγμές, αποτελούν μη αναστρέψιμες βλάβες. Μόλις εντοπιστούν, πρέπει να γίνει άμεση αντικατάσταση, καθώς η συνέχιση της λειτουργίας επιταχύνει τη φθορά των υλικών και τις ηλεκτρικές βλάβες.
• Τα ηλεκτρικά θερμικά σημεία εμφανίζονται συχνά σε περιπτώσεις ερύθρωσης ενώσεων, ρήξης συλλεκτών ή βλάβης διόδων bypass. Οι βλάβες bypass μπορούν να απομονωθούν προσωρινά για να διατηρηθεί η λειτουργία, αλλά όλες οι ηλεκτρικές βλάβες με υψηλές θερμοκρασίες απαιτούν άμεση αντικατάσταση.

Καθιέρωση μηχανισμών πρόληψης και διαχείρισης κινδύνου θερμικών σημείων

Το κλειδί για την πρόληψη των θερμικών σημείων είναι η εξάλειψη των αιτίων και η διατήρηση ενός κλειστού συστήματος παρακολούθησης κινδύνου. Η ολοκληρωμένη διαχείριση κινδύνου βασίζεται σε δύο στρώματα: πρώτον, την προστασία του περιβάλλοντος και της δομής και, δεύτερον, την έγκαιρη ανίχνευση βλαβών και την έγκαιρη απόσυρση, δημιουργώντας έναν συνεχή κύκλο από την πρόληψη έως την αντιμετώπιση.
Η πρόληψη των θερμικών σημείων ρύπανσης εξαρτάται από τακτικό καθαρισμό, βελτιωμένη αποστράγγιση και μέτρα αποτροπής πτηνών. Η πρόληψη των δομικών και ηλεκτρικών θερμικών σημείων απαιτεί έλεγχο ποιότητας των πλαισίων και τήρηση προδιαγραφών εγκατάστασης. Κατά το στάδιο κατασκευής, η αποφυγή συγκέντρωσης τάσεων και ελαττωμάτων συγκόλλησης είναι κρίσιμη.
Η λειτουργία και συντήρηση βασίζεται σε καθημερινό έλεγχο με θερμική απεικόνιση και ετήσιες λεπτομερείς επιθεωρήσεις, διασφαλίζοντας τη διαρκή παρακολούθηση.

5. Πώς να προλάβετε συστηματικά τα θερμικά σημεία στα φωτοβολταϊκά συστήματα;

(1) Πρόληψη θερμικών σημείων μέσω της δομής των πλαισίων

Η δομή του πλαισίου καθορίζει αν η σκίαση θα προκαλέσει θερμικά σημεία. Τα πλαίσια με σχεδιασμό διαχωρισμένων κυψελών, πολλαπλών συλλεκτών ή πλήρους οπίσθιας επαφής μπορούν να διασκορπίσουν αποτελεσματικά τη τοπική ασυμφωνία ρεύματος, μειώνοντας τον κίνδυνο θερμικών σημείων.
Τα τρίπλευρα πλαίσια (τριπλή κοπή) περιορίζουν την επίδραση της σκίασης σε μικρότερη περιοχή μέσω της επιπλέον διαίρεσης της ηλεκτρικής ζώνης. Τα πλαίσια με πολλαπλούς συλλέκτες παρέχουν περισσότερες διαδρομές συλλογής ρεύματος, αποφεύγοντας τη συγκέντρωση ρεύματος. Τα ημί-κύτταρα μειώνουν την πυκνότητα ρεύματος ανά κλάδο μέσω παράλληλης διακλάδωσης. Τα IBC με πλήρη οπίσθια επαφή, βασίζονται σε εξαιρετικά σύντομες διαδρομές ρεύματος και την έλλειψη εμπρόσθιας σκίασης, προσφέροντας την ισχυρότερη αντίσταση στη σκίαση.
Τα διπλά γυάλινα πλαίσια, αν και δεν διαθέτουν ηλεκτρική δομή για την πρόληψη θερμικών σημείων, σε περιβάλλον με υψηλή ανακλαστικότητα παρέχουν κάποια αντιστάθμιση απωλειών από σκίαση στο εμπρόσθιο μέρος μέσω παραγωγής ρεύματος στο πίσω μέρος.

(2) Μείωση του κινδύνου θερμικών σημείων μέσω εγκατάστασης και διάταξης

Η εγκατάσταση και η διάταξη αποτελούν κρίσιμους παράγοντες για την πρόληψη των θερμικών σημείων. Οι πηγές σκίασης προέρχονται κυρίως από τη δομή της στέγης, το περιβάλλον γύρω, καθώς και από τη συσσώρευση ρύπανσης που σχηματίζεται κατά τη μακροχρόνια λειτουργία. Με ορθή διάταξη του πίνακα και επιτόπια προστασία, μπορεί να μειωθεί σημαντικά η πιθανότητα εμφάνισης θερμικών σημείων.

Κατά το στάδιο της εγκατάστασης, ο κίνδυνος θερμικών σημείων προέρχεται κυρίως από τη σκίαση και τη ρύπανση. Συνηθισμένα εμπόδια είναι οι κορυφές, τα παραπέτα, οι σωλήνες αερισμού, οι καμινάδες εξαερισμού, καθώς και τα γειτονικά κτίρια ή σκιά δέντρων. Η σκίαση μεταβάλλεται δυναμικά με τις εποχές, το ύψος του ήλιου και την πυκνότητα της βλάστησης. Οι πίνακες πρέπει να αποφεύγουν αυτές τις περιοχές υψηλού κινδύνου, ειδικά τις σκιές στις κορυφές, τις προεξοχές και τις περιοχές αποστράγγισης. Συνιστάται η τήρηση ασφαλούς απόστασης 30–50 εκ. μεταξύ των πλαισίων και αντικειμένων με υψομετρική διαφορά, για να εξασφαλιστεί ομοιόμορφος φωτισμός στο εσωτερικό των string και να αποφευχθεί η ασυμφωνία ρεύματος λόγω τοπικής σκίασης. Σε στέγες με σταθερά εμπόδια, η βελτιστοποίηση του σχεδιασμού επιτυγχάνεται με προσαρμογή της διάταξης ή εξάλειψη της περιοχής σκίασης.

Κατά τη λειτουργία, δεν πρέπει να αγνοείται ο κίνδυνος θερμικών σημείων από ρύπανση. Η εγκατάσταση αντι-πουλιακών αγκαθιών, συστημάτων αποτροπής πτώσης φύλλων, η διατήρηση ομαλής αποστράγγισης και η μείωση υγρών περιοχών συμβάλλουν σημαντικά στη μείωση της συσσώρευσης ρύπων που προκαλούν θερμικά σημεία. Οι βόρειες ή σκιερές στέγες πρέπει να ελέγχονται τακτικά για ανάπτυξη βρύων. Σε περιπτώσεις όπου η σκίαση δεν μπορεί να αποφευχθεί πλήρως, μπορεί να χρησιμοποιηθούν μετατροπείς πολλαπλών MPPT, μικρομετατροπείς ή βελτιστοποιητές για να μετριαστεί η απώλεια παραγωγής λόγω σκίασης. Ωστόσο, η ηλεκτρική βελτιστοποίηση βελτιώνει μόνο την απόδοση και δεν εξαλείφει τα θερμικά σημεία.

(3) Μακροχρόνιος έλεγχος κινδύνου μέσω μηχανισμών λειτουργίας και συντήρησης

Σύμφωνα με στατιστικά στοιχεία λειτουργίας και συντήρησης της DNV και της IEA, ο τακτικός καθαρισμός μπορεί να μειώσει την εμφάνιση θερμικών σημείων λόγω ρύπανσης κατά περίπου 70%, ανακουφίζοντας αποτελεσματικά την τοπική αύξηση θερμοκρασίας και την απώλεια παραγωγής που προκαλείται από τη σκίαση με φύλλα και περιττώματα πουλιών κατά τους φθινοπωρινούς και χειμερινούς μήνες.

Ωστόσο, η ρύπανση αποτελεί μόνο ένα από τα αίτια. Τα θερμικά σημεία δεν είναι απλά τυχαία φαινόμενα, αλλά μια δομική απειλή που προκαλείται από συνδυασμό περιβαλλοντικών αλλαγών, γήρανσης πλαισίων, φθοράς υλικών και ηλεκτρικών τάσεων, και διατρέχει ολόκληρο τον κύκλο ζωής του φωτοβολταϊκού συστήματος. Σε αντίθεση με τη στατική βελτιστοποίηση του σχεδιασμού, οι μηχανισμοί λειτουργίας και συντήρησης διαχειρίζονται δυναμικά αυτούς τους μακροχρόνιους κινδύνους.

Κατά την πραγματική λειτουργία, τα θερμικά σημεία που οφείλονται σε ρύπανση εμφανίζουν εντελώς διαφορετικά χαρακτηριστικά κινδύνου σε σύγκριση με τα δομικά και ηλεκτρικά θερμικά σημεία:

• Τα πρώτα εξαρτώνται από εποχιακούς και περιβαλλοντικούς παράγοντες και απαιτούν υψηλή συχνότητα επιτόπιων ελέγχων και άμεσης καθαριότητας για συνεχή μείωση.
• Τα δεύτερα προκαλούνται από κόπωση υλικών, ηλεκτρική ασυμφωνία ή κατασκευαστικές ατέλειες και ελέγχονται μέσω τακτικών, βαθιών επιθεωρήσεων και έγκαιρης παρέμβασης.

Η απουσία αποτελεσματικής διαχείρισης οδηγεί σε εξέλιξη των θερμικών σημείων από τοπικές ανωμαλίες θερμότητας σε φθορά επικάλυψης, ερύθρωση ενώσεων, ασυμφωνία ρεύματος, με τελικό αποτέλεσμα την αποσύνδεση string και μακροχρόνια δομική μείωση της απόδοσης του συστήματος.

Ένας αποτελεσματικός μηχανισμός λειτουργίας και συντήρησης αποτελεί τον κεντρικό κλειστό κύκλο διαχείρισης κινδύνου θερμικών σημείων. Η λειτουργία του δεν περιορίζεται στην επιφανειακή αφαίρεση ρύπων ή επισκευή βλαβών, αλλά περιλαμβάνει πολυδιάστατη παρακολούθηση με θερμική απεικόνιση, ανίχνευση EL, ανάλυση καμπύλης IV και άλλες μεθόδους, ώστε να ποσοτικοποιούνται συνεχώς οι ανωμαλίες, να εντοπίζονται τάσεις εξέλιξης κινδύνου και να προσαρμόζεται δυναμικά η συχνότητα επιθεωρήσεων, οι στρατηγικές ανίχνευσης και οι διαδικασίες ανταπόκρισης σε βλάβες. Αυτό διασφαλίζει τη θερμική σταθερότητα και ηλεκτρική ακεραιότητα της λειτουργίας.

Στα υπάρχοντα πρότυπα διαχείρισης φωτοβολταϊκών περιουσιακών στοιχείων, ο κίνδυνος θερμικών σημείων αναγνωρίζεται σαφώς ως κρίσιμος δομικός παράγοντας που επηρεάζει την απόδοση, επιταχύνει τη φθορά των πλαισίων, αυξάνει το κόστος λειτουργίας και μειώνει την αξία των περιουσιακών στοιχείων. Η έλλειψη κλειστού κύκλου διαχείρισης οδηγεί σε μη αναστρέψιμη εξάπλωση του κινδύνου κατά μήκος της καμπύλης φθοράς απόδοσης και της αυξανόμενης καμπύλης κόστους.

Η αντιμετώπιση των θερμικών σημείων δεν ανήκει πλέον σε μία μεμονωμένη στρατηγική συντήρησης, αλλά αποτελεί βασική ικανότητα στο πλαίσιο ολιστικής διαχείρισης υγείας συστήματος. Μέσω βελτιστοποίησης της δομής των πλαισίων, βελτίωσης της διάταξης του συστήματος και ολοκληρωμένης συνεργασίας στρατηγικών λειτουργίας και συντήρησης, ο κίνδυνος θερμικών σημείων μετατρέπεται από παράγοντα αστοχίας σε ένα ελεγχόμενο, παρακολουθήσιμο όριο λειτουργίας, εξασφαλίζοντας σταθερότητα στην παραγωγή και αξία του φωτοβολταϊκού συστήματος σε όλο τον κύκλο ζωής του.

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.

Αναφορές

DNV. (2021). PV Module Reliability Scorecard 2021. DNV Energy Systems. https://www.dnv.com/services/pv-module-reliability-scorecard-2021-200178
PVEL. (2023). PV Module Reliability Scorecard 2023. PV Evolution Labs (PVEL). https://www.pvel.com/pv-module-reliability-scorecard/
NREL. (2022). Impact of Soiling on PV System Performance: Review and Analysis. National Renewable Energy Laboratory. https://www.nrel.gov/docs/fy22osti/82015.pdf
IEA PVPS Task 13. (2020). Soiling of Photovoltaic Panels: Literature Review, Measurement, and Modeling. International Energy Agency. https://iea-pvps.org/research-tasks/task-13/
TÜV Rheinland. (2021). Quality Monitor: Global PV Module Reliability Testing. TÜV Rheinland Group.https://www.tuv.com/media/corporate/products_1/renewables_1/solar/solar_quality_monitor.pdf
Μπορεί επίσης να σας αρέσει：