Ερευνητές από το αλγερινό Κέντρο Ανάπτυξης Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας (CDER) πραγματοποίησαν αξιολόγηση μετά την πάροδο δεκαετιών σε φωτοβολταϊκά πλαίσια της αμερικανικής εταιρείας Arco Solar, τα οποία λειτουργούσαν υπό συνθήκες θερμού και ξηρού κλίματος, και διαπίστωσαν ότι μπορούσαν ακόμη να παρέχουν περίπου το 53% της αρχικής τους ισχύος.
Η ιστορία της Arco
Η Arco Solar υπήρξε πρωτοπόρος στον τομέα των εμπορικών φωτοβολταϊκών. Όπως ανέφερε το pv magazine σε ρεπορτάζ του για το παλαιότερο φωτοβολταϊκό σύστημα της Ευρώπης που συνδέθηκε με το δίκτυο, η αμερικανική εταιρεία συγκαταλεγόταν στους μεγαλύτερους κατασκευαστές πλαισίων παγκοσμίως το 1980, παρά το γεγονός ότι η ετήσια παραγωγική της ικανότητα ανερχόταν μόλις στο 1 MW περίπου – γεγονός που καταδεικνύει τη μικρή κλίμακα του κλάδου εκείνη την εποχή. Τα προϊόντα της χρησιμοποιήθηκαν σε εμβληματικά έργα, όπως η εγκατάσταση TISO ισχύος 10 kW στην Ελβετία, όπου 288 πλαίσια της Arco λειτούργησαν επί δεκαετίες.
Η Arco Solar περιήλθε αργότερα στον έλεγχο της Siemens και οι δραστηριότητες παραγωγής της ενσωματώθηκαν τελικά στη SolarWorld. Πρόσφατα ρεπορτάζ του pv magazine σχετικά με πλαίσια των Arco και Siemens, ηλικίας 30 ετών, εγκατεστημένα σε διάφορα σημεία της Ελβετίας, αποκάλυψαν ασυνήθιστα χαμηλά επίπεδα υποβάθμισης της απόδοσης σε αρκετά συστήματα. Παράλληλα, η έρευνα στην εγκατάσταση TISO έδειξε ότι οι διαφορές στη σύνθεση των υλικών ενθυλάκωσης οδήγησαν σε πολύ διαφορετικά αποτελέσματα, υπογραμμίζοντας τη σημασία των υλικών και των περιβαλλοντικών συνθηκών για τη μακροπρόθεσμη απόδοση των πλαισίων.
«Αν και η πειραματική μας μελέτη διεξήχθη στο θερμό και ξηρό κλίμα της ερήμου της Αλγερίας, τα βασικά της συμπεράσματα δεν περιορίζονται σε περιβάλλοντα ερήμου», δήλωσε στο pv magazine ο επικεφαλής ερευνητής του CDER, Hichem Hafdaoui.
«Οι μηχανισμοί υποβάθμισης που παρατηρήθηκαν, η ολοκληρωμένη διαγνωστική προσέγγιση και οι επιπτώσεις στην αξιολόγηση της αξιοπιστίας, την ηλεκτρική ασφάλεια, την εκτίμηση της διάρκειας ζωής και τη συντήρηση αφορούν και τα φωτοβολταϊκά (Φ/Β) πλαίσια κρυσταλλικού πυριτίου που λειτουργούν σε άλλες απαιτητικές κλιματικές συνθήκες. Ωστόσο, ο μετρούμενος ρυθμός υποβάθμισης και η σοβαρότητα των επιμέρους μορφών αστοχίας εξαρτώνται από το κλίμα και την τοποθεσία.»
Η αξιολόγηση
Ο Hafdaoui δήλωσε ότι τα 64 πλαίσια που αξιολογήθηκαν στη μελέτη κατασκευάστηκαν από την Arco Solar στις αρχές της δεκαετίας του 1980, με το καθένα να περιλαμβάνει 36 ηλιακές κυψέλες μονοκρυσταλλικού πυριτίου. Εξήγησε ότι τα πλαίσια εγκαταστάθηκαν αρχικά στα μέσα της δεκαετίας του 1980 στο Adrar, στη νοτιοδυτική Αλγερία, ως μέρος ενός αυτόνομου φωτοβολταϊκού συστήματος με αποθήκευση ενέργειας σε συσσωρευτές. Λειτούργησαν επί 20 έτη στο θερμό και ξηρό κλίμα της ερήμου της περιοχής.
Στα μέσα της δεκαετίας του 2000, τα πλαίσια απομακρύνθηκαν και μεταφέρθηκαν στο CDER στο Αλγέρι, στη βόρεια Αλγερία. Η παραθαλάσσια αυτή τοποθεσία έχει μεσογειακό κλίμα και βρίσκεται σε υψόμετρο περίπου 400 μέτρων. Στο ερευνητικό κέντρο, τα πλαίσια λειτούργησαν για περίπου πέντε χρόνια σε ένα υβριδικό σύστημα ηλιακής και αιολικής ενέργειας με αποθήκευση σε συσσωρευτές. Μετά την αποσυναρμολόγηση του συστήματος, παρέμειναν σε εξωτερικό χώρο για άλλα πέντε χρόνια υπό συνθήκες τάσης ανοιχτού κυκλώματος.
«Στη συνέχεια αναλύσαμε και τα 64 πλαίσια για να εντοπίσουμε τις μορφές αστοχίας και τους μηχανισμούς υποβάθμισής τους», δήλωσε ο Hafdaoui. «Υπολογίσαμε έναν ετήσιο ρυθμό υποβάθμισης μεταξύ 1% και 2% για τη χρονική περίοδο των 30 ετών. Αν και αυτό υπερβαίνει τα ποσοστά που καλύπτονται συνήθως από τις σύγχρονες εγγυήσεις απόδοσης πλαισίων, τα αποτελέσματα πρέπει να εξετάζονται στο πλαίσιο της παρατεταμένης έκθεσης σε σκληρές συνθήκες ερήμου, συμπεριλαμβανομένων των υψηλών θερμοκρασιών, της έντονης ηλιακής ακτινοβολίας και της άμμου που μεταφέρεται με τον άνεμο. Παρά αυτές τις καταπονήσεις, τα πλαίσια παρέμειναν λειτουργικά μετά από τρεις δεκαετίες.»
Δοκιμή σε εξωτερικό χώρο (Outdoor ST) Διάταξη δοκιμής και φωτοβολταϊκό στοιχείο αναφοράς
Οι δοκιμές έδειξαν σημαντική διακύμανση στην απόδοση των πλαισίων μετά από τρεις δεκαετίες λειτουργίας. Η μέγιστη ισχύς εξόδου κυμάνθηκε από 15,91 W έως 29,75 W, σε σύγκριση με την αρχική ονομαστική ισχύ των 43 W. Συνεπώς, το πλαίσιο με τη χαμηλότερη απόδοση διατήρησε περίπου το 37% της αρχικής ονομαστικής του ισχύος, ενώ το καλύτερο διατήρησε περίπου το 69%.
Στο δείγμα των 64 πλαισίων, η μέση μέγιστη ισχύς διαμορφώθηκε στα 22,77 W, ποσοστό που αντιστοιχεί σε μέση διατήρηση ισχύος περίπου 53% και μέση απώλεια γύρω στο 47%. Η συνολική υποβάθμιση στα επιμέρους πλαίσια κυμάνθηκε από περίπου 31% έως 63%, ποσοστά που αντιστοιχούν σε εκτιμώμενο ετήσιο ρυθμό υποβάθμισης της τάξης του 1% έως 2%.
Το μεγάλο εύρος των μετρηθέντων τιμών ισχύος υποδεικνύει ότι τα πλαίσια δεν παρουσίασαν ομοιόμορφη γήρανση, καθώς διαφορές σε φυσικά ελαττώματα, στη φθορά των υλικών και στις ηλεκτρικές απώλειες πιθανότατα συνέβαλαν στη διαφοροποιημένη απόδοσή τους.
«Θεωρούμε αποδεκτό έναν ετήσιο ρυθμό υποβάθμισης της μέγιστης ισχύος έως 1%, ενώ ρυθμοί άνω του 1% κρίνονται υπερβολικοί», δήλωσε ο Hafdaoui. «Οι παρατηρούμενες απώλειες ισχύος ενδέχεται να συνδέονται άμεσα με σφάλματα των πλαισίων, με τη διάβρωση και τον αποχρωματισμό να εντοπίζονται ως οι κύριες μορφές υποβάθμισης. Η έκθεση σε δυσμενείς περιβαλλοντικές συνθήκες επιταχύνει τη φθορά των υλικών των πλαισίων, επηρεάζοντας τελικά τη συνολική απόδοση».
Τα αποτελέσματα της αξιολόγησης
Τα αποτελέσματα της αξιολόγησης των πλαισίων παρουσιάστηκαν στη μελέτη με τίτλο «Testing and degradation assessment of mono-crystalline silicon PV modules after 30 years of operation in a desert climate» (Δοκιμή και αξιολόγηση υποβάθμισης φωτοβολταϊκών πλαισίων μονοκρυσταλλικού πυριτίου μετά από 30 έτη λειτουργίας σε κλίμα ερήμου), η οποία δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Next Energy.
«Τα πειραματικά ευρήματα παρέχουν πολύτιμα στοιχεία σχετικά με τη συμπεριφορά των φωτοβολταϊκών πλαισίων σε προχωρημένο στάδιο γήρανσης και συμβάλλουν στην καλύτερη κατανόηση της μακροπρόθεσμης υποβάθμισης υπό δυσμενείς κλιματικές συνθήκες», ανέφεραν οι ακαδημαϊκοί. «Τα αποτελέσματα μπορούν να υποστηρίξουν πιο ρεαλιστικές εκτιμήσεις διάρκειας ζωής, τη μοντελοποίηση της αξιοπιστίας και τον προγραμματισμό συντήρησης για φωτοβολταϊκά συστήματα που λειτουργούν σε ερήμους και άλλα απαιτητικά περιβάλλοντα».
www.worldenergynews.gr
