02.03.2022

Էժան և անորակ արևային վահանակների բացասական հետևանքները ֆոտովոլտային համակարգերում

Մարդկանց զգալի մեծամասնությունն արևային էներգիային անցում կատարելիս բախվում է դրա գնի ձևավորման հարցին։ Հաճախ, տեղադրողների առաջարկները գրեթե նույնանման են լինում և սպառողների համար անհասկանալի է դառնում, թե ինչ սկզբունքներով են տարբերվում տեղադրող ընկերությունների առաջարկների մեջ նշված գները։

Արևային էներգիայի գնի ձևավորման կարևոր բաղադրիչ տարրերից մեկը շատերիս հայտնի արևային վահանակներն են։ Դրանց ընտրությունն էական նշանակություն ունի արևային կայանի ընդհանուր արժեքի մեջ, և հետևաբար այս հարցին պետք է մոտենալ շատ ուշադիր։ Եթե դիտարկելու լինենք արևային վահանակ արտադրող երկու տարբեր ընկերությունների առաջարկներ, ապա առաջին հայացքից կնկատենք, որ այդ վահանակները արտաքնապես գրեթե նույնն են, սակայն տարբեր են դրանց գները։

Չնայած տարբեր արտադրողների առաջարկների նմանությանը, իրականում դրանք զգալիորեն տարբերվում են իրարից պատրաստման եղանակներով և օգտագործվող նյութերի որակական առանձնահատկություններով։ Փոփոխվող բնակլիմայական պայմանները լուրջ խնդիրներ են առաջացնում արևային վահանակների համար նրանց շահագործման ընթացքում, և ավելի պակաս դիմադրողականություն ունեցող նյութերով պատրաստված արևային վահանակները դեգրադացվում են ավելի արագ, քան որակապես ավելի բարձր նյութերով պատրաստված արևային վահանակները։

Նյութերի դեգրադացիան կարող է հանգեցնել վահանակերի վաղաժամ քայքայման, ինչի արդյունքում կարող են առաջանալ էլեկտրական անվտանգության խնդիրներ, էներգիայի զգալի կորուստներ, ինչպես նաև արևային համակարգերի աղետալի խափանումներ։

Հարցի լրջությունը փաստարկելու համար վերականգնվող էներգետիկայի ոլորտում գործունեություն ծավալող կանադական ընկերություններից մեկը իրականացրել է համապարփակ ուսումնասիրություն, որը ընդգրկել է շուրջ 1 ԳՎտ հզորությամբ արդեն իսկ գործող ավելի քան 275 արևային կայաններ։ Ուսումնասիրության նպատակն էր հասկանալ, թե ինչ խնդիրներ են առաջացնում շահագործվող արևային կայաններում տեղադրված մոտ 4 միլիոն արևային վահանակները տարիների ընթացքում։

Հանգամանորեն իրականացված հետազոտական աշխատանքների արդյունքում հայտնաբերվել են մի շարք խնդիրներ։ Այսպես, հետազոտված արևային վահանակների 22 %-ի մոտ հայտնաբերվել են տեսանելի վնասվածքներ մեկ կամ մի քանի բաղադրիչների մոտ։ Այդ վնասվածքների զգալի մասը եղել է արևային վահանակի բջջի շրջանում, ինչը նկատվել է հետազոտության ենթարկված վահանակների 12%-ի մոտ։ Հաջորդ տարածված խափանման տեսակն արևային վահանակի հետևի շերտի վնասվածքներն են՝ կազմելով 9,5%։ Որոշ խնդիրներ են հայտաբերվել ապակու և միակցման տուփերի մոտ, իսկ վահանակի շերտերի (ապակի, թաղանթ, բջիջ, ետնամաս) միակցման գործընթքացում առաջացած խնդիրները մոտ 1,3 %-ի են հասնում։ Այսպիսով, ուսումնասիրելով վնասվածքների խմբերը՝ դրանք կարել է բաժանել հետևյալ տեսակների՝

  1. Խխունջի հետքեր (Snail tracks)
  2. Հաղորդադողի (BusBar) կոռոզիա
  3. Դեղնացում
  4. Շերտազատում
  5. Հետևի շերտի ճեղքվածք
  6. Քայքայում

Խխունջի հետքեր (Snail tracks)

Արևային վահնականների վրա նկատվող «խխունջի հետքեր» (Նկ․1) կոչվող երևույթի ուսումնասիրության ակունքները գալիս են դեռևս 2012 թվականի սկզբից։ Դրանք արևային վահանակների բջիջներում նկատվող այն միկրոճաքերն են, որի արդյունքում տեղի է ունենում բջջի արտաքին թաղանթի գունաթափում։ Գործընթացը կատարվում է ջերմության, ուլտրամանուշակագույն ճառագայթման և խոնավության առկայության պայմաններում: Երևույթի բացասական հետևանքները կարող են հանգեցնել արտադրվող էներգիայի զգալի կորուստների, ինչպես նաև վահանակների դեգրադացման գործընթացի արագացմանը։ Համաձայն ուսումնասիության` խնդրի ի հայտ գալու հիմնական պատճառները հանդիսանում են արևային վահանակի պատրաստման ժամանակ օգտագործված ցածր որակի նյութերը, ինչպես նաև գործարանային այլ խնդիրներ։

խխունջի հետք

(Նկ․1) Խխունջի հետքեր կոչվող երևույթի առկայությունը արևային վահանակի վրա

Հաղորդադողի կոռոզիա

Արևային վահանակների պատրաստման ժամանակ օգտագործվող «BusBar»-ները ցածր դիմադրություն ունեցող հաղորդադողերն են։ Դրանք կատարում են արտադրված էլեկտրաէներգիայի «տեղափոխման» ֆունկցիան և արտաքնապես նման են արծաթագույն բարակ թելի։ Հաղորդադողի կոռոզիան (Նկ․ 2) ի հայտ է գալիս գունաթափման տեսքով։ Այս թերությունը կարող է հանգեցնել դիմադրողականության բարձրացմանը, իսկ ծայրահեղ դեպքերում՝ հաղորդադողի կոտրման և արևային վահանակի էներգիայի կորստի:

(Նկ․2) Հաղորդադողի կոռոզիա

Դեղնացում

Արևային վահանակների արտադրության ժամանակ Ֆոտովոլտային բջիջները և ապակյա շերտը իրար միացնելու ընթացքում օգտագործվում է ներկապակցող նյութ: Ներկապակցող նյութը պետք է կայուն լինի բարձր ջերմաստիճանի և ուլտրամանուշակագույն ճառագայթման ազդեցության տակ: Այն պետք է նաև օպտիկապես թափանցիկ լինի, ունենա ցածր ջերմային դիմադրություն: EVA-ն (էթիլ վինիլացետատ) ամենից հաճախ օգտագործվող ներկապակցող նյութն է, սակայն, ուսումնասիրության ժամանակ առավելապես երկար շահագործման մեջ գտնվող վահանակների մոտ նկատվել է դրանց դեղնացումը (Նկ․3)։ Այս թերությունը կարող է նվազեցնել ճառագայթի փոխակերպման գործընթացը մինչև 6%-ով՝ ուղղակիորեն ազդեցություն ունենալով էներգիայի արտադրողականության վրա։

(Նկ․3) Շահագործված արևային վահանակի ներկապակցող նյութի (EVA) դեղնացման օրինակ

Շերտազատում

Ներկապակցման հետ կապված մեկ այլ խնդիր է բջջի շերտազատումը առջևի ապակուց, ինչպես ցույց է տրված նկարում (Նկ․ 4)։ Այս խնդրի ի հայտ գալու հիմնական պատճառը հանդիսանում է օգտագործվող նյութի անորակությունը կամ արտադրության մեջ շերտավորման գործընթացի ոչ պատշաճ կազմակերպումը: Այստեղ շատ կարևոր է նաև վահանակների արտադրության հոսքագծերի ավտոմատացված տեխնոլոգիաների կիրառումը՝ նվազեցնելով մարդկային գործոնի ազդեցությունը։

(Նկ․4) Արևային վահանակի բջջի և ապակու շերտազատման օրինակ

Հետևի շերտի ճեղքվածք

Արևային վահանակների հետևի շերտում նկատված հիմնական թերությունները երկուսն են՝ ներքին և արտաքին վնասվածքներ։ Ներքին շերտին վերաբերում են ճեղքումը և դեղնացումը, իսկ արտաքին շերտի մոտ այս ամենից բացի նկատվում է նաև որոշակի շերտազատման և քայքայման երևույթներ, ինչպես պատկերված է ստորև (Նկ․5)։ Դեղնացումը պոլիմերների քայքայման նախանշան է և կարող է հանգեցնել թիթեղի փխրունությանը և ճեղքմանը:

Ճեղքը սովորաբար կապված է մեխանիկական հատկությունների կորստի և բաղադրիչ տարրերի փխրունության ավելացման հետ՝ ուլտրամանուշակագույն ճառագայթման, ջերմության և խոնավության ազդեցության պատճառով: Փխրուն նյութը ի վերջո ճաքում է ջերմային սթրեսի պատճառով, որն առաջանում է ջերմաստիճանի գիշեր-ցերեկային փոփոխություններից:

Շատ դեպքերում, ետնաշերտի ներքին/արտաքին հատվածի ճեղքը հանգեցնում է էներգիայի զգալի արտահոսքի, որը, հանդիսանալով նաև անվտանգության խնդիր, կարող է բերել վահանակի ելքային արտադրողականության զրոյական արժեքի, և նույնիսկ ինվերտորի ամբողջական անջատմանը։

(Նկ․5) Արևային վահանակի հետևի շերտում նկատված վնասվածքներ

Քայքայում

Քայքայման երևույթը ևս ուղղակիորեն կապված է արևային վահանակի հետևի շերտին առընչվող բացասական երևույթների հետ։ Հետևի շերտի արտաքին մասի քայքայումը պայմանավորված է դրա պոլիմերային հատվածի էրոզիայով։ Քայքայման գործընթաց կարող է տեղի ունենալ նաև օդային մասնիկների ազդեցության պատճառով, որոնք մղվում են քամու միջոցով, ծայրահեղ դեպքում՝ բարձր արագությամբ ավազային փոթորիկներով: Արտաքին շերտի քայքայումը կարող է ժամանակի ընթացքում հանգեցնել դրա հաստության զգալի նվազմանը:

Հետևի շերտի վերը նշված խափանումները կարող են ազդեցություն ունենալ էլեկտրական բաղադրիչների վրա և նպաստել արտադրվող էներգիայի նվազեցմանը, և ստեղծել էլեկտրական անվտանգության խնդիրներ:

Ամփոփում

Ամփոփելով իրականացված դաշտային ուսումնասիրությունները՝ կարելի է ասել, որ դրա արդյունքները հստակ ցույց են տալիս տարբեր նյութերով պատրաստված արևային վահանակների տարբերությունները շահագործման ընթացքում: Ցածր որակի նյութերը արագորեն քայքայվում են, երբ ենթարկվում են շրջակա միջավայրի ազդեցություններին, ինչը բացասաբար է ազդում արևային վահանակի արտադրողականության և անվտանգության վրա:

Այս ամենից բացի պետք է նշել, որ ցածր որակ ունեցող նյութերի օգտագործումը հանգեցնում է արևային վահանակների թիթեղների ճաքելուն: Արևային համակարգեր տեղադրող ընկերությունները, իմանալով այս ամենը, ավելի մեծ նշանակություն են տալիս արևային վահանակների պատրաստման ժամանակ օգտագործված նյութերին։ Բարձր որակավորում ունեցող տեղադրող ընկերություններն արևային վահանակների ընտրության ժամանակ իրենց ուշադրության կենտրոնում են պահում պատրաստման գործընթացում օգտագործվող նյութերի որակական առանձնահատկությունները, հետևելով դրանց բարձր որակի ապահովմանը, ինչը կարևոր նախապայման է ապագայում կանխատեսվող ռիսկերի ապահովագրման համար։

Այսպիսով, կարելի է պնդել, որ առաջին հայացքից երկու միանման արևային վահանակների հիմքում ընկած են արմատական տարբերություններ, և բարձր արդյունավետություն ու երաշխավորություն ունեցող արևային վահանակները համեմատաբար ավելի բարձր արժեք են ունենում իրենց պատրաստման ժամանակ օգտագործվող նյութերի որակի պատճառով։