Слънчевите панели все по-често биват инсталирани на частни домове с обещанието за дълъг живот и евтин ток. Снимка: Anders J, Unsplash
Във време, в което в Европа новите ядрени реактори, газови и нефтени находища се броят на пръсти, всички усилия отиват за развитието на Зелената сделка. Това означава загробване на декари земеделска земя под слънчеви панели – включително и в България.
Но на критиките, че тези практики са изключително вредни, други хора отговарят – е, да, но слънчевите панели не трябва да са на земята, но по къщите си работят чудесно. Въпреки многото доказателства за икономическата им неефективност, техните фенове продължават да ги харесват и да настояват да получават пълна подкрепа от държавата и държавно финансиране.
Ново изследване от юли 2023 г. на чешки учени показва, че животът на слънчевите панели всъщност е двойно по-кратък от очакваното.
Чешките учени Мартин Либра, Давид Мразек, Игор Тюхов са изследвали произведени в Германия, не в Китай, слънчеви панели, инсталирани на различни места из Чехия, и са стигнали до следните изводи:
- Животът на фотоволтаичните електроцентрали не достига очакваните 20-25 години.
- Използвани са данни от мониторинг на 85 фотоволтаични електроцентрали в Централна Европа.
- Реалният живот на фотоволтаичните електроцентрали е около половината от планирания. След 10 години експлоатация честотата на сериозните повреди рязко се увеличава.
- Демонстрирани са примери за разслояване, образуване на проводящ канал между електрода и заземената рамка на фотоволтаичните панели, анализиран е броят на повредените инвертори.
- За изчисляване на икономическата ефективност на инвестициите във фотоволтаични електроцентрали са използвани методите: период на изплащане (ПП), нетна настояща стойност (ННС) и вътрешна норма на възвръщаемост (ВНВ).
Резюме
Поддръжката и анализът на повредите на фотоволтаичните системи и инсталации стават все по-важни въпроси. Нашите данни от дългосрочната експлоатация на 85 фотоволтаични електроцентрали в Централна Европа показват, че действителният им живот е около половината от първоначално планирания. След около 10 години сериозните повреди на фотоволтаичните панели от първо ниво (подлежащи на финансиране) се появяват с нарастваща скорост.
Тази статия представя избрани типични данни и описва най-сериозните повреди. Освен това са направени икономически изчисления на възвръщаемостта на инвестициите във връзка с цената на електроенергията, която в момента се променя с бързи темпове. Тя показва, че намаляването на живота на фотоволтаичните панели от 20 до 30 години, обявени в търговските брошури, до реален живот от около 10-12 години, може да намали значително печалбата на фотоволтаичните електроцентрали, но инвестицията все още си струва. Причината е, че след 10-12 години разходите за подмяна на повредени фотоволтаични панели и инвертори нарастват много бързо. Новата информация може да бъде полезна за собствениците на фотоволтаични електроцентрали, за да получат по-реалистична оценка на печалбата.
Въведение
След откриването на фотоволтаичния ефект, разбирането на физичните принципи, разработването на практическа технология, намаляването на цената на производството на слънчеви клетки и модули, създаването на огромни количества фотоволтаични системи и огромни фотоволтаични централи – поддръжката и анализът на отказите на фотоволтаичните системи и централи стават все по-важни въпроси.
Днес възобновяемите енергийни източници заемат важно място в енергийния микс. Електричеството от възобновяеми източници нараства бързо, като през последните десет години слънчевата електроенергия нараства относително по-бързо от всеки друг източник на гориво източници.
Тъй като светът ускорява прехода си към зелена енергия, е полезно да се проследява темпът на растеж, но данните се проследяват по различни начини. Включването на слънчевите енергийни източници в разпределителната мрежа по отношение на усъвършенстваното управление на разпределението и максималното повишаване на енергийната ефективност и надеждност е важен въпрос.
В това изследване е направен преглед на фотоволтаичните системи, където проектирането, експлоатацията и поддръжката са ключови моменти на фотоволтаичните системи, включително техните характеристики, термография и електролуминесценция, замърсяване, рискове и начини на отказ.
Някои статии дават данни за дългосрочната надеждност на фотоволтаични системи за производство на електроенергия на различни места (южна Бразилия, Испания) и предоставят основните признаци на деградация на фотоволтаични модули от кристален силиций, причинени от излагане на външни условия, с анализ на най-значимите дефекти като силно покафеняване, млечен рисунък и окисляване на метализационната мрежа.
Тази статия разглежда икономиката на търговията със слънчева енергия от гледна точка на пазарните цени, а тази статия – икономиката и паричните потоци на малки покривни интегрирани фотоволтаични системи в Полша. Това е и сходната тема на настоящата статия. Някои автори, които анализират специфични географски условия, например, изследват степента на увреждане, както и пътя на деградация на фотоволтаичните гръбни панели след ерозия от пясъчни частици, произхождащи от пустиня А и пустиня Б.
Енергийният баланс на една фотоволтаична система се влияе от много фактори.
Например в цитираната работа се анализира влиянието на промените в ъгъла на наклона и азимута върху производството на електроенергия в една фотоволтаична система. Температурата на фотоволтаичните панели също оказва значително влияние върху ефективността на фотоволтаичното преобразуване на енергия. Повишаването на температурата на фотоволтаичните панели означава намаляване на ефективността на преобразуване на енергията и в цитираните трудове, това е обяснено подробно от гледна точка на физичната теория на полупроводниците.
В цитираните трудове на сходна тема се разглежда иновативна методология, базирана на регресия, за оценка на технико-икономическите показатели на фотоволтаични инсталации в градски райони. Домакинствата в градовете имат значителен принос в потреблението на енергия, а фотоволтаиците (ФВ) се превърнаха в икономически целесъобразна технология, която може да играе важна роля за намаляване на това потребление и свързаните с него въглеродни емисии.
Използването на проследяващи стойки на фотоволтаичните панели може да увеличи количеството произведена електроенергия, като в цитирания труд се разглеждат ефективността и икономическото сравнение на фиксирани и проследяващи фотоволтаични системи. Покривните фотоволтаични зарядни устройства за електромобили са важни от гледна точка на намаляване на въглеродния отпечатък. Хоризонталните покриви са добри места за инсталиране на фотоволтаични системи.
В цитирания труд се разглеждат механизмите на взаимодействие между икономическото развитие и стратегиите за субсидиране на разпределени фотоволтаични системи в Китай.
Резултатите от симулационния анализ и емпиричния анализ показват, че ефектът от реакцията на разпределените фотоволтаични системи е ограничен от регионалното икономическо развитие. Въз основа на местното икономическо развитие правителството избира стратегия за високи субсидии или стратегия за ниски субсидии, която ще управлява разумно развитието на разпределените фотоволтаични системи.
Намаляващите цени на фотоволтаичните панели могат да увеличат търсенето на инвестиции в разпределени фотоволтаични системи дори в случай на по-малки субсидии. Ето защо правителствата намаляват субсидиите. Въпреки това стратегията за субсидиране остава важен инструмент, който координира местните икономики с изграждането на разпределени фотоволтаични системи.
В цитирания труд се оценява въздействието на субсидиите и политическата несигурност върху инсталирането на фотоволтаични системи в жилищни сгради. Проучването показва, че поддържането на ниска степен на възприеманата политическа несигурност е по-важно за инвеститорите в жилищни соларни инсталации, отколкото пълното хеджиране на пазара на електроенергия.
Като се има предвид гореспоменатото, настоящата работа има за цел да анализира данни от дългосрочната експлоатация на 85 фотоволтаични електроцентрали в Централна Европа (Чешката република) и техния действителен живот с икономически изчисления на възвръщаемостта на инвестициите.
Фотоволтаични електроцентрали в Чешката република
Повечето фотоволтаични (PV) електроцентрали, работещи в момента в Чешката република, са инсталирани по време на соларния бум през 2009-2010 г. По това време соларният бум беше подкрепен от политика на субсидиране и в края на 2010 г. общата инсталирана номинална мощност на всички фотоволтаични електроцентрали в Чешката република беше приблизително 2000 MWp.
Политиката на субсидиране обаче се промени от 2011 г. насам и оттогава тази инсталирана мощност се е увеличила съвсем леко до около 2200 MWp. В цитирания труд се говори за подобни последици от политиката на субсидиране в Испания върху инсталирането на фотоволтаични електроцентрали. Въпреки това инсталирането на фотоволтаични електроцентрали бележи експоненциален ръст в световен мащаб и това е свързано с необходимостта от рециклиране на старите фотоволтаични панели. Този въпрос е разгледан подробно, например в цитираните трудове.
В периода 2009-2010 г. очакваният живот на фотоволтаичните електроцентрали в Чешката република е бил 20-25 години. Днес, след около 12 години, се оказва, че тази оценка е била твърде оптимистична и реалният срок на експлоатация е около половината. Електроцентралите, построени през 2009-2010 г., днес са достигнали края на своя жизнен цикъл.
В цитирания труд се говори за системата за мониторинг Solarmon-2.0 за фотоволтаични електроцентрали. Някои от авторите на тази статия са участвали в разработването на тази система. Днес нашата система за мониторинг е инсталирана в 85 фотоволтаични електроцентрали с фотоволтаични панели от банковия клас (1-во ниво) в Чешката република и в чужбина и разполагаме с подробни данни от тези електроцентрали.
Оказва се, че реалният живот на слънчевите панели е около 12 години.
Данните от всички фотоволтаични електроцентрали показват много сходни резултати, които ще обсъдим в тази статия.
Фотоволтаичните панели на базата на кристален силиций са най-често използваните панели. Фотоволтаичните клетки са капсулирани в EVA (етилвинилацетат). Фотоволтаичните панели са с ламинатна конструкция от стъкло/EVA/TPT. Естественият спад в производителността е около 1% годишно, но след около 10 години вероятността за сериозни повреди бързо нараства.
Най-големият проблем е разслояването на капсулирането на фотоволтаичните клетки във фотоволтаичния панел и последващото проникване на влага. Контактите корозират и се образуват проводящи канали към заземената рамка. Прекъснатите контакти и токовете на късо съединение към заземената рамка причиняват сериозни повреди на фотоволтаичните електроцентрали, за които вече споменахме в цитираните трудове.
Пазарната цена на електроенергията в момента нараства с бързи, но стабилни темпове. На 1 януари 2021 г. тя е била 0,04 EUR за kWh, на 1 септември 2021 г. – 0,07 EUR за kWh, а на 1 октомври 2021 г. – 0,11 EUR за kWh. Най-високата субсидирана покупна цена е била 0,52 EUR за kWh.
Материали и методи
Благодарение на споменатата система за мониторинг разполагаме с подробни данни от 85 фотоволтаични електроцентрали, разположени в Централна Европа, най-вече в Чешката република. В тази статия оценяваме типични данни от пет избрани фотоволтаични електроцентрали. Тези електроцентрали са инсталирани по време на соларния бум в Чешката република през 2010 г., т.е. те работят повече от 10 години.
Всички избрани електроцентрали са оборудвани с фотоволтаични панели на базата на кристален силиций. Фотоволтаичните панели са монтирани на неподвижни стойки, обърнати на юг, с наклон 35°.
По време на експлоатацията на електроцентралите наблюдавахме постепенната деградация на фотоволтаичните панели от 1-во ниво.
На фиг. 2 е показан пример за разслояване на фотоволтаични панели и канали за проникване на влага от преден и заден изглед.
На фиг. 3 е показано образуването на проводящ канал между електрода и заземената рамка на фотоволтаичния панел, в който има голяма вероятност да възникнат токове на късо съединение, които могат да разрушат не само фотоволтаичния панел, но и друго оборудване на електроцентралата, например инвертора.
Фиг. 4 показва как броят на повредените инвертори рязко нараства след около 10 години експлоатация. За по-добро сравнение броят на инверторите е даден като процент от общия брой инвертори в електроцентралата.
На фиг. 5 са показани разходите за подмяна на повредените инвертори, които също рязко нарастват след около 10 години експлоатация.
Цялото изследване на английски език е достъпно тук, както и пълната библиография:
Reduced real lifetime of PV panels – Economic consequences, Martin Libra, David Mrázek, Igor Tyukhov, Lucie Severová, Vladislav Poulek, Jiří Mach, Tomáš Šubrt, Václav Beránek, Roman Svoboda, Jan Sedláček, Solar Energy, Volume 259, 15 July 2023, Pages 229-234, https://doi.org/10.1016/j.solener.2023.04.063
