ما المدة التي تدوم فيها الألواح الشمسية السكنية؟

غالبًا ما تُباع الألواح الشمسية السكنية بقروض أو عقود إيجار طويلة الأجل، حيث يُبرم أصحاب المنازل عقودًا مدتها 20 عامًا أو أكثر. ولكن إلى متى تدوم الألواح، وما مدى مرونتها؟

يعتمد عمر اللوحة على عدة عوامل، بما في ذلك المناخ ونوع الوحدة ونظام الأرفف المستخدم، من بين عوامل أخرى. على الرغم من عدم وجود "تاريخ انتهاء" محدد للوحة في حد ذاتها، إلا أن فقدان الإنتاج بمرور الوقت غالبًا ما يؤدي إلى تقاعد المعدات.

عند تحديد ما إذا كنت تريد إبقاء اللوحة الخاصة بك قيد التشغيل لمدة 20 إلى 30 عامًا في المستقبل، أو البحث عن ترقية في ذلك الوقت، فإن مراقبة مستويات الإخراج هي أفضل طريقة لاتخاذ قرار مستنير.

التدهور

عادة ما يصل فقدان الإنتاج بمرور الوقت، والذي يسمى التدهور، إلى حوالي 0.5٪ كل عام، وفقًا للمختبر الوطني للطاقة المتجددة (NREL).

عادةً ما يعتبر المصنعون ما بين 25 إلى 30 عامًا هي النقطة التي حدث فيها تدهور كافٍ حيث قد يكون الوقت قد حان للتفكير في استبدال اللوحة. وقال NREL إن معيار الصناعة لضمانات التصنيع هو 25 عامًا على وحدة الطاقة الشمسية.

ونظرًا لمعدل التدهور السنوي القياسي البالغ 0.5%، فإن لوحة عمرها 20 عامًا قادرة على إنتاج حوالي 90% من قدرتها الأصلية.

يمكن أن يكون لجودة اللوحة بعض التأثير على معدلات التدهور. تشير تقارير NREL إلى أن الشركات المصنعة المتميزة مثل Panasonic وLG لديها معدلات تبلغ حوالي 0.3% سنويًا، في حين أن بعض العلامات التجارية تتحلل بمعدلات تصل إلى 0.80%. وبعد 25 عامًا، لا يزال بإمكان هذه الألواح المتميزة إنتاج 93% من إنتاجها الأصلي، ويمكن للمثال عالي التحلل أن ينتج 82.5%.

(يقرأ: "يقوم الباحثون بتقييم التدهور في الأنظمة الكهروضوئية التي يزيد عمرها عن 15 عامًا")

يُعزى جزء كبير من التدهور إلى ظاهرة تسمى التدهور المستحث المحتمل (PID)، وهي مشكلة تعاني منها بعض اللوحات، ولكن ليس كلها. يحدث PID عندما يحرك الجهد الكهربي للوحة وتيار التسرب حركة الأيونات داخل الوحدة بين مادة أشباه الموصلات والعناصر الأخرى للوحدة، مثل الزجاج أو التركيب أو الإطار. يؤدي هذا إلى انخفاض قدرة إخراج الطاقة للوحدة، بشكل ملحوظ في بعض الحالات.

تقوم بعض الشركات المصنعة ببناء ألواحها بمواد مقاومة PID في حواجز الزجاج والتغليف والانتشار الخاصة بها.

تعاني جميع الألواح أيضًا مما يسمى التدهور الناجم عن الضوء (LID)، حيث تفقد الألواح كفاءتها خلال الساعات الأولى من تعرضها لأشعة الشمس. يختلف LID من لوحة إلى أخرى بناءً على جودة رقائق السيليكون البلورية، ولكنه يؤدي عادةً إلى فقدان الكفاءة لمرة واحدة بنسبة 1-3٪، حسبما قال مختبر الاختبار PVEL، PV Evolution Labs.

التجوية

يعد التعرض للظروف الجوية هو المحرك الرئيسي لتدهور اللوحة. تعد الحرارة عاملاً رئيسياً في أداء اللوحة في الوقت الفعلي وتدهورها بمرور الوقت. تؤثر الحرارة المحيطة سلبًا على أداء وكفاءة المكونات الكهربائية،بحسب NREL.

من خلال التحقق من ورقة بيانات الشركة المصنعة، يمكن العثور على معامل درجة حرارة اللوحة، والذي سيوضح قدرة اللوحة على الأداء في درجات حرارة أعلى.

ويوضح المعامل مقدار الكفاءة في الوقت الحقيقي التي يتم فقدها لكل درجة مئوية تزيد عن درجة الحرارة القياسية البالغة 25 درجة مئوية. على سبيل المثال، يعني معامل درجة الحرارة -0.353% أنه مقابل كل درجة مئوية فوق 25، يتم فقدان 0.353% من إجمالي القدرة الإنتاجية.

يؤدي التبادل الحراري إلى تدهور اللوحة من خلال عملية تسمى التدوير الحراري. عندما يكون الجو دافئًا، تتمدد المواد، وعندما تنخفض درجة الحرارة، تنكمش. تؤدي هذه الحركة ببطء إلى ظهور شقوق صغيرة في اللوحة بمرور الوقت، مما يؤدي إلى انخفاض الإخراج.

في دورتها السنويةدراسة بطاقة نقاط الوحدةقامت شركة PVEL بتحليل 36 مشروعًا تشغيليًا للطاقة الشمسية في الهند، ووجدت تأثيرات كبيرة نتيجة لتدهور الحرارة. وصل متوسط ​​التدهور السنوي للمشاريع إلى 1.47%، لكن المصفوفات الموجودة في المناطق الجبلية الباردة تدهورت بنحو نصف هذا المعدل، أي 0.7%.

يمكن أن يساعد التثبيت الصحيح في التعامل مع المشكلات المتعلقة بالحرارة. يجب تركيب الألواح على ارتفاع بضع بوصات فوق السطح، بحيث يمكن للهواء الحملي أن يتدفق أسفل المعدات ويبردها. يمكن استخدام المواد ذات الألوان الفاتحة في بناء الألواح للحد من امتصاص الحرارة. والمكونات مثل العاكسات والمجمعات، التي يكون أداؤها حساسًا بشكل خاص للحرارة، يجب أن تكون موجودة في مناطق مظللة،اقترح CED Greentech.

الرياح هي حالة مناخية أخرى يمكن أن تسبب بعض الضرر للألواح الشمسية. يمكن أن تتسبب الرياح القوية في ثني الألواح، وهو ما يسمى بالحمل الميكانيكي الديناميكي. ويتسبب هذا أيضًا في حدوث تشققات صغيرة في الألواح، مما يؤدي إلى انخفاض الإنتاج. تم تحسين بعض حلول الأرفف للمناطق شديدة الرياح، مما يحمي الألواح من قوى الرفع القوية ويحد من التشققات الدقيقة. عادةً، ستوفر ورقة بيانات الشركة المصنعة معلومات عن الحد الأقصى للرياح التي تستطيع اللوحة تحملها.

وينطبق الشيء نفسه على الثلوج، التي يمكن أن تغطي الألواح أثناء العواصف الشديدة، مما يحد من الإنتاج. يمكن أن يسبب الثلج أيضًا حملًا ميكانيكيًا ديناميكيًا، مما يؤدي إلى تدهور الألواح. عادة، ينزلق الثلج من الألواح، لأنها ناعمة ودافئة، ولكن في بعض الحالات قد يقرر صاحب المنزل إزالة الثلج من الألواح. يجب أن يتم ذلك بعناية، حيث أن خدش السطح الزجاجي للوحة سيكون له تأثير سلبي على الإخراج.

(يقرأ: "نصائح للحفاظ على النظام الشمسي الموجود على سطح منزلك يعمل على المدى الطويل")

يعد التدهور جزءًا طبيعيًا لا مفر منه من حياة اللوحة. يمكن أن يساعد التثبيت المناسب، وإزالة الثلوج بعناية، والتنظيف الدقيق للوحة في تحقيق الإخراج، ولكن في النهاية، تعد اللوحة الشمسية عبارة عن تقنية لا تحتوي على أجزاء متحركة، وتتطلب القليل جدًا من الصيانة.

المعايير

لضمان أن تعيش لوحة معينة عمرًا طويلًا وتعمل كما هو مخطط لها، يجب أن تخضع لاختبار المعايير للحصول على الشهادة. تخضع اللوحات لاختبارات اللجنة الكهروتقنية الدولية (IEC)، والتي تنطبق على كل من الألواح الأحادية والمتعددة البلورات.

قال إنيرجي سيجيتم اختبار الألواح التي تحقق معيار IEC 61215 للخصائص الكهربائية مثل تيارات التسرب الرطب ومقاومة العزل. يخضعون لاختبار الحمل الميكانيكي لكل من الرياح والثلوج، واختبارات المناخ التي تتحقق من نقاط الضعف في النقاط الساخنة، والتعرض للأشعة فوق البنفسجية، والرطوبة المتجمدة، والحرارة الرطبة، وتأثير البرد، وغيرها من التعرضات الخارجية.

تحدد المواصفة IEC 61215 أيضًا مقاييس أداء اللوحة في ظروف الاختبار القياسية، بما في ذلك معامل درجة الحرارة، وجهد الدائرة المفتوحة، والحد الأقصى لخرج الطاقة.

ومن الشائع أيضًا رؤية ختم شركة Underwriters Laboratories (UL) على ورقة مواصفات اللوحة، والذي يوفر أيضًا المعايير والاختبارات. تجري شركة UL اختبارات المناخ والشيخوخة، بالإضافة إلى سلسلة كاملة من اختبارات السلامة.

الفشل

يحدث فشل الألواح الشمسية بمعدل منخفض. المختبر الوطنيأجرت دراسةمن بين أكثر من 50000 نظام تم تركيبها في الولايات المتحدة و4500 نظام على مستوى العالم بين عامي 2000 و2015. وجدت الدراسة متوسط ​​معدل فشل 5 لوحات من أصل 10000 سنويًا.

لقد تحسن فشل اللوحات بشكل ملحوظ مع مرور الوقت، حيث وجد أن الأنظمة التي تم تركيبها بين عامي 1980 و2000 أظهرت معدل فشل يتضاعف مقارنة بمجموعة ما بعد عام 2000.

(يقرأ: "أفضل العلامات التجارية للألواح الشمسية من حيث الأداء والموثوقية والجودة")

نادرًا ما يُعزى توقف النظام إلى فشل اللوحة. في الواقع، وجدت دراسة أجرتها شركة kWh Analytics أن 80% من إجمالي أوقات توقف محطات الطاقة الشمسية هو نتيجة لفشل المحولات، وهو الجهاز الذي يحول التيار المستمر للوحة إلى تيار متردد قابل للاستخدام. ستقوم مجلة pv بتحليل أداء العاكس في الدفعة التالية من هذه السلسلة.