W panelach słonecznych najłatwiej zachwycać się ich sprawnością. Perowskity, tandemowe układy i kolejne rekordy laboratoryjne, to coś, co bardzo napędza rynek do przodu. Rzeczywiście zresztą przyszłość fotowoltaiki robi się ciekawa, co dobrze widać przy perowskitowych panelach i nowych rekordach sprawności albo przy fotowoltaicznych dachówkach. Tylko że w tej branży coraz częściej wraca proste pytanie – czy taki panel, który wygląda świetnie na etapie montażu, faktycznie przetrwa trzy dekady pracy w słońcu, mrozie i wietrze?
Panele słoneczne zaczęły pękać bez oczywistego powodu
Panele słoneczne są opisywane jako technologia niemal bezobsługowa. Montujesz, podpinasz i masz darmowy prąd, No, może w tym wszystkim raz na jakiś czas martwisz się brudem, zacienieniem albo hot-spotami, o których pisałem przy panelach słonecznych z powłoką hydrożelową. Teraz jednak dochodzi do tego coś znacznie gorszego – szkło w modułach fotowoltaicznych, które coraz częściej pęka bez widocznej przyczyny. Nie od gradu wielkości piłek, złego montażu czy od uderzeń byle czego.
Czytaj też: Chiny chcą prądu z kosmosu. Energetyka przyszłości, czy wstęp do filmu katastroficznego?
Prawda jest taka, że od około 2021 roku laboratoria, operatorzy farm i naukowcy obserwują przypadki pękania szkła w modułach fotowoltaicznych glass-glass bez jasnego powiązania z uderzeniem albo ekstremalną pogodą. Ma to być zresztą aktualnie jeden z najważniejszych problemów niezawodnościowych obecnej fotowoltaiki, który występuje w wielu krajach, przy różnych modelach modułów i na różnych systemach montażowych. Dlaczego więc pęka akurat teraz?
Kiedy 3,2 mm zmienia się w milimetry dwa, to fizyka wcale nie znika
Problem leży w tym, że panele urosły, a szkło stało się cieńsze. Starsze generacje modułów często korzystały ze szkła o grubości 3,2 mm, podczas gdy w nowszych konstrukcjach glass-glass standardem stało się około 2 mm. Nie bierze się to wyłącznie z oszczędności, bo akurat szkło po obu stronach modułu odpowiada za znaczącą część jego masy. Przy gigantycznej skali produkcji nawet taka pozornie mała redukcja daje oszczędności materiału, masy i kosztów transportu. Cieńsze szkło naturalnie nie musi być jednak totalną porażką. Może być hartowane i może spełniać określone progi wytrzymałości. Problem polega na tym, że mniejsza grubość zawęża przestrzeń na błędy.
NREL w raporcie z 2024 roku zwracał uwagę, że dzisiejsze moduły dwuszybowe zwykle korzystają ze szkła cieńszego niż 3,2 mm, najczęściej właśnie 2,0 mm, a jednocześnie w ostatnich latach zaszło też w panelach kilka zmian konstrukcyjnych zwiększających ryzyko pęknięć. W praktyce oznacza to, że mikroskopijna wada na krawędzi, zbyt mocny punktowy nacisk, kontakt szkła z ramą, drobiny piasku uwięzione między elementami, nieidealne wypełnienie uszczelniaczem albo naprężenia po laminacji mogą nagle stać się problemem, który wcześniej zostałby “przykryty” przez większy zapas materiałowy.
Czytaj też: Aż trudno mi uwierzyć w tę historię. Elektrownie węglowe ewidentnie zwalczają fotowoltaikę
Druga część tej niepokojącej układanki to rozmiar. Nowe moduły w farmach fotowoltaicznych są większe niż starsze konstrukcje, a przeskok obejmuje osiągnięcie powierzchni około 3 metrów kwadratowych z niegdysiejszych 2 metrów kwadratowych. Większy panel przy obciążeniu wiatrem lub śniegiem przenosi większą siłę całkowitą, a jeśli punkty podparcia, rama i konstrukcja montażowa nie zmieniają się proporcjonalnie do gabarytów, to z automatu szkło zaczyna pracować w trudniejszych warunkach. Nie jest to wcale przesada, bo w sekwencji badań naprężeń mechanicznych szkło pękło w około jednej trzeciej badanych modułów.
Cienkie szkło o grubości 2 mm może więc być formalnie w pełni hartowane, a jednocześnie mieć niższe naprężenie ściskające na powierzchni niż tradycyjne szkło 3,2 mm. Do tego cieńsza tafla ma cieńszą warstwę ochronną. Mam tu skojarzenie z perowskitami, o których pisałem przy nowych rekordach i problemie stabilności. W obu przypadkach sama liczba nie zamyka bowiem całego tematu. Wysoka sprawność albo mniejsza masa są świetne, ale dopiero odporność na długą eksploatację decyduje, czy technologia nadaje się do masowego użycia. Czego więc brakuje w sektorze fotowoltaiki?
Standardów.
Standardów tego, jak powinny być projektowane i produkowane panele słoneczne, bo obecne w nich szkło nie jest zwykłą szybą w oknie ani klasyczną szybą samochodową. Pracuje w laminowanym module, bywa częścią konstrukcji glass-glass, styka się z ramą, silikonem, zaciskami, ogniwami i połączeniami elektrycznymi. Do tego jest narażone na obciążenia środowiskowe oraz montażowe przez bardzo długi czas. Jeśli zaś nie ma jasnego, powszechnie przyjętego standardu opisywania właściwości tegoż szkła, to z automatu trudno porównywać produkty w sposób, który pomaga inwestorom, laboratoriom i projektantom instalacji.
Źródła: pv magazine, NREL
