Каков режим отказа солнечной панели?

Я понял, что солнечные батареи не вечны. Гарантия обычно составляет пару десятков лет, и вы можете ожидать, что ваша панель прослужит, возможно, в два раза дольше гарантийного срока.

Но что именно происходит, когда панель выходит из строя? Внезапно ли он выходит из строя, как жесткие диски компьютера, или его производительность снижается, как емкость батарей? Каковы физические принципы отказа солнечной панели? Ошибка как-то связана с нагревом?

Солнечные элементы, сделанные известным брендом, служат дольше, чем дешевые китайские элементы?

Возможно ли сделать солнечную панель, которая будет работать практически вечно, учитывая достаточно высокую цену? Такая панель может оказаться полезной, если выяснится, что условия низких процентных ставок сохранятся.

Конечно, существует множество типов солнечных элементов, поэтому ответ можно ограничить наиболее распространенными типами, т. е. поликристаллическими и монокристаллическими кремниевыми элементами.

Мне любопытно, производят ли солнечные панели больше энергии, чем требуется для производства новой солнечной панели. В противном случае вы просто сжигаете ископаемое топливо для производства солнечных батарей.
@Chloe Это хороший вопрос, но, возможно, не для этого сайта. Насколько я понимаю, в конечном итоге они окупят вложенную энергию. Это, очевидно, зависит от срока службы, поэтому этот вопрос. Согласно Википедии окупаемость составляет от 1 до 4 лет: en.wikipedia.org/wiki/…
@Chloe Вы можете оценить это, подсчитав, требуется ли больше денег для производства новой солнечной панели, чем вы сэкономите в энергии сети за ее срок службы.
Кто-то может пойти срубить дерево, ошибиться и уронить дерево на солнечные батареи . Это приведет к провалу прямо там.
@Chloe, это просто ложь (пропаганда), разжигаемая конкурентами и государственными деятелями, заинтересованными в нашей (отсутствии) энергетической независимости, нацеленная на восприимчивую аудиторию (неоконов). Не стесняйтесь спрашивать на skeptics.stackexchange или Snopes. Конечно, все они куплены и оплачены Элом Гором ;)
дешевые китайские соты - да и вообще дешевые соты из любой страны.
@NickGammon AFAIK Мексика и Корея прекратили массовое производство дешевой низкокачественной электроники около 15 лет назад. Китай практически единственный, кто все еще в игре.
@Chloe Аналогичный вопрос был задан здесь: skeptics.stackexchange.com/questions/5101/…
@DmitryGrigoryev Массовое производство - проверить - очень дешево - проверить - но я бы не стал считать китайский электронный продукт низким качеством в каком-либо общем утверждении.
Китайским электролитическим конденсаторам я бы не доверял. японские? Да, я им доверяю, но все же предпочел бы устройство вообще без электролитических конденсаторов.
@Chloe Что, если вся энергия, используемая для производства солнечной панели, производится из солнечных панелей?
Есть много политических и экономических проблем, связанных с частной солнечной энергией. Что будет с коммунальщиками? Что происходит с их инвесторами? В будущем вы можете увидеть правила, налагаемые на солнечную энергетику, вероятно, во имя защиты окружающей среды. Разве они не сделаны частично из мышьяка?
@ Richard1941 На самом деле легирующая примесь n-типа, используемая в солнечных элементах, — это фосфор, а не мышьяк. И даже если бы использовался мышьяк, примеси использовались в чрезвычайно низких концентрациях, так что это не было бы проблемой. В некоторых ячейках, используемых в космических приложениях, используется арсенид галлия, но опять же, такие ячейки вообще не часто используются в наземных установках, потому что ячейки GaAs более дороги (но многопереходные ячейки обеспечивают более высокую эффективность, что более чем компенсируется их высокая стоимость).
@richard1941 ... и пик потребления электроэнергии довольно хорошо следует за пиком производства солнечной энергии из-за того, что люди используют электричество в дневное, а не в ночное время. Таким образом, коммунальные службы могут увидеть более стабильный спрос благодаря солнечной энергии. В целом, солнечная энергия хороша для системы электроснабжения. Это особенно хорошо, потому что часто используется кондиционер: пик выработки солнечной энергии равен пику спроса на кондиционирование воздуха.
Солнечные батареи питают спутники в течение пятидесяти лет и до сих пор работают. Я не знаю никакой физики, которая могла бы вызвать их износ, кроме возможного повреждения космическими лучами. Тем не менее, погода будет атаковать вашу проводку и электронику. Я бы посмотрел, как НАСА и Минобороны квалифицируют солнечные элементы.
Представление о том, что производство солнечных панелей обходится дороже, чем они когда-либо будут производить электроэнергии, легко опровергнуть. Давайте предположим наихудший сценарий, при котором ВСЯ стоимость солнечной панели уходит на энергию, необходимую для ее производства. Возьмите стоимость солнечной панели и посчитайте, сколько кВт/ч можно купить на эти деньги. Теперь возьмите энергию, произведенную панелью, и амортизируйте, чтобы определить, сколько времени потребуется, чтобы окупить панель. Пока срок службы панели превышает точку безубыточности, ячейка будет производить избыточную энергию. Скорее всего, вы обнаружите, что это многократно окупается.
@ByronJones, стоимость производства солнечной панели в долларах по определению не пропорциональна стоимости энергии. Например, какая-то компания может заплатить 1500 долларов за производство панели стоимостью 3000 долларов, потому что они получают 1500 долларов субсидий от государства (в какой бы стране они ни находились, это гипотетический сценарий). И конечный пользователь (покупатель) также может заработать 4000 долларов за 20 лет за счет экономии затрат на электроэнергию, но это может быть связано с повышением цен на энергию в будущем. Но эта цена в долларах не пропорциональна (теоретически) стоимости энергии, которая может составлять 1 МВтч для производства панели, которая будет производить 800 кВтч.
@richard1941, насколько я понял, в Испании вы платите специальный налог за каждый киловатт-час солнечной энергии, которую производит ваша частная солнечная панель. Так что да, ваш "гипотетический" сценарий не так уж надуман. :) Похоже, в Испании солнце не бесплатное.
В инженерной школе мы узнали, что будущая энергия, производимая системой солнечных батарей, имеет чистую текущую стоимость, которая зависит от будущей стоимости энергии и будущих процентных ставок. Как вы думаете, вы можете это предсказать? Это немного сложнее, чем просто сравнить текущую стоимость с энергией, произведенной по нынешним ценам. Все это не имеет ничего общего с вопросом надежности, но об этом следует подумать. Я поддерживаю Horta за устранение режимов отказа.
@SorinPostelnicu - вот ссылка на реальное научное исследование. Это показывает, что с современными солнечными панелями срок окупаемости колеблется от чуть меньше до чуть более 1 года. Учитывая, что срок службы современных солнечных панелей измеряется десятилетиями, они на самом деле многократно окупаются. природа.com/articles/ncomms13728

Ответы (2)

Читаю здесьи пара других мест звучит так, будто деградация солнечных панелей сильно различается. Происхождение производства, по-видимому, не коррелирует с долговечностью, а если и коррелирует, то может быть противоположно тому, что мы ожидаем (у Китая, похоже, дела идут хорошо). Общий смысл в том, что вы будете терять в среднем доли процента каждый год. Вероятно, это связано с тем, что фотоны высокой энергии слегка меняют структуру с течением времени. Выветривание также вызывает беспокойство. Переносимый ветром песок, царапающий поверхность, и пыль, блокирующая свет, — это два других способа деградации клеток. Большинство солнечных установок, по-видимому, могут без проблем работать 20-40 лет, но некоторые из них, по-видимому, плохо справляются с термоциклированием. В этом случае может произойти катастрофический отказ одной или нескольких ячеек, что приведет к разрыву плохих связей припоя, расслаиванию или растрескиванию целых ячеек.

Я думаю, что более серьезной проблемой, чем деградация элементов, является умирание вспомогательной электроники (инвертора). Стоимость установки солнечной установки в наши дни в значительной степени определяется периферийными устройствами, а не самими панелями. Силовая электроника для поддержки системы и режим ее отказа — это действительно то, что я бы исследовал, если бы я был на вашем месте, поскольку я считаю, что вероятность катастрофического отказа гораздо выше в гораздо более короткие сроки.

Это выглядит как краткое изложение многих производителей и сроков их службы. Я включил схему оттуда ниже:введите описание изображения здесь

+1 за силовую электронику для поддержки системы, и их режим отказа - это действительно то, что я бы исследовал . Я бы гораздо больше беспокоился о сбое системы накопления энергии.
@DanEsparza Хороший вопрос, но это не обязательно часть солнечной установки. Большинство крупных установок не хотят тратить на это деньги, когда можно просто подключиться к сети.
Сетевое подключение намного удобнее и экономичнее, чем хранение, когда стимулы не используются в пользу энергетической компании.
Я не согласен с тем, что силовая электроника (предположительно, находящаяся в хорошем сухом ящике вдали от прямых солнечных лучей) должна выйти из строя раньше, чем солнечные панели. Энергетическое оборудование промышленного класса зачастую рассчитано на 20-40 лет службы.
@DmitryGrigoryev Хорошие моменты, например, лифты. Требуют ли они частого обслуживания помимо проверок? Кроме того, Toyota Prius с большим количеством силовой электроники оказался чрезвычайно прочным автомобилем.
Лифты @juhist критически важны для безопасности, поэтому их регулярно проверяют. Я видел инвертор мощностью 500 кВт, рассчитанный на срок службы 40 лет с однократным обслуживанием через 20 лет. Техническое обслуживание в основном заключалось в открытии крышки и проверке того, что ни один из винтов не ослабился из-за вибрации. Хотя, возможно, такая электроника слишком дорога для солнечной энергии...
@DmitryGrigoryev Возможно, мое желание исследовать режим отказа силовой электроники связано с отсутствием у меня опыта работы с их промышленными версиями. Приятно знать, что они в целом известны своей надежностью.
Из того, что я понял, «катастрофический отказ» ячеек, который вы описываете, приведет к нулевой выходной мощности, правильно (или уменьшенной на коэффициент, пропорциональный количеству отказавших ячеек)? Возможен ли катастрофический отказ панели таким образом, что это приведет к каскадному отказу или возгоранию (например, короткое замыкание неисправной ячейки и другие проблемы для связанных с ней исправных ячеек)?
@DoktorJ Катастрофический отказ ячейки, скорее всего, приведет к разомкнутой цепи. Последние установки оснащены обходными диодами, так что любая неисправная ячейка просто снижает выходной ток. Этот обходной диод практически короткий, поэтому короткое замыкание не является проблемой. Схема инвертора вполне может выйти из строя и привести к пожару, но, по словам Дмитрия, это маловероятно. В кремниевых элементах также нечего сжигать, поскольку они плавятся при температуре 2500 градусов по Фаренгейту.
@horta спасибо за информацию. Конечно, если ячейка достаточно перегреется, даже ниже этой отметки в 2500˚, она может быть прикреплена к вещам, которые воспламеняются при более низких температурах...
@ДокторJ Верно. Я думаю, что алюминий или какой-то другой металл будет стандартным оборудованием. У пластмасс были бы проблемы с теплом солнечной батареи.

Просто чтобы обратиться к части «последней, по сути, навсегда». В отличие от некоторых полупроводниковых устройств, которые могут работать полвека и более, солнечные панели не могут использоваться в помещении. Это означает, что они будут страдать от ультрафиолета и коррозии и будут иметь ограниченный срок службы.

Также следует отметить, что серийно выпускаемые солнечные панели относительно новы, а это означает, что показатели их срока службы (обычно около 20-30 лет) являются лишь экстраполяцией результатов испытаний на ускоренное старение и ограниченных статистических данных по панелям, установленным 30 лет назад. Это важно понимать, если вы собираетесь принимать инвестиционное решение на основе этих данных. Я бы крайне осторожно относился к инвестициям в солнечные панели, если бы моя прибыль была ставкой на то, хватит ли их на 20 лет.

Каков режим отказа солнечной панели?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v