Villanyszerelők Lapja

Környezetvédelem

Mismás II., az okok a napelemekben keresendők?

2014. augusztus 6. | Demjén Zoltán |  2942 | |

Az alábbi tartalom archív, 5 éve frissült utoljára. A cikkben szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).

Előző lapszámunkban megismerkedtünk a „mismás” jelenséggel, amely a napelemes rendszerek egyes komponenseinek (napelem- modulok, inverterek, kábelek, mérő-, vezérlő- és védőberendezések, tartószerkezetek) együttműködéséből származtatható veszteségek összes- ségét jelöli. Cikksorozatunk második és harmadik részében a napelemes rendszerek legjelentősebb szereplőjével, a napelemekkel foglalkozunk, mert ezek lehetnek a „mismás” legfőbb okozói.

Miért pont a napelem?

 

Mert belőlük van a legtöbb a napelemes rendszerben, mert ők maguk a fotovillamos generátorok, azaz az elektromos energia forrásai, mert elektromos érintkezésből bennük van a legtöbb, mert két tökéletesen azonos napelemmodul soha nem készül.

Az okok feltárásához és megértésükhöz foglalkoznunk kell a napelemmodulok gyártásával. Az elkövetkező két cikkben főbb lépésekben bemutatom a mono- és polikristályos, szilíciumbázisú napelemek gyártását, de a szokásostól eltérően nem a folyamat elejétől, hanem a végétől kezdem. Ez lehet, hogy elsőre meglepően hangzik, de a gyakorlati tapasztalataim a napelemek érintésmentes termográfiai vizsgálatának terén ezt teszik indokolttá, mivel a „mismás” okait ezen a logikai úton kell keresnünk.

 

 

Tekintsünk meg a szemünknek mára már megszokott látványt jelentő, felhasználásra kész szilíciumcellás napelemmodulról készített felvételt (1. kép). Egyszerűnek tűnik a felépítése (5. kép), mert a legtöbb esetben egy bekeretezett üvegtáblát látunk, amelynek az előoldalán jól láthatók a napelemcellák és azok elektromos kötései az átlátszó fedő– védő–szigetelő réteg alatt, míg a hátoldalán az elektromos csatlakozódoboz, melyben az elkerülő „bypass” diódák vannak (ha vannak), valamint a napelemmodulon belül kialakított cellafüzérek (string), áramgyűjtő sínek közös elektromos kötései a pozitív és negatív pólusok kábelkivezetéseivel. Az egyszerűnek tűnő felépítés megfelelően időtálló kialakítása, főleg ha figyelembe vesszük, hogy a napelemek üzemeltetési ideje 25 év, kiemelkedően magas műszaki-tudományos hátteret és technológiai fejlettséget igényel. Az elektromosság területén dolgozó szakemberek számára nem kell ecsetelnem, hogy mennyire fontos szempont a napelemmodulok elektromos kivezetéseinek, csatlakozóinak megbízható, tökéletes belső érintkezése, a külső szigetelése (hiszen 600 vagy 1000 V rendszerfeszültségek és nagy áramerősségek lehetnek). A napelemmodulok hátlapján található műanyag csatlakozódobozokat ezért a gyártók (a legtöbb esetben hermetikusan) lezárják, megbontásuk gyakran garanciavesztéssel jár.

Nos, a „mismás” lehetséges okainak egyike a csatlakozódobozokban, a hibás elektromos érintkezésekben (nagy ellenállás), az elkerülő – bypass – diódákban (meghibásodás) vagy azok nem elégséges hűtésében keresendő (3. kép). Itt szeretném megjegyezni, hogy a napelemmodulon belül az áramkörbe kötött napelemcellák áramgyűjtő buszainak lapos fémszalag-kivezetését a csatlakozódobozon belül legtöbb esetben szorítókapcsos kivitelezéssel valósítják meg. Tapasztalataim szerint a gyártás során előfordulnak hibás elektromos kötések (pl. a fémszalag mégsem került megfelelően a szorítókapocs alá), melyek később a túlzott lokális hőtermelésüknek köszönhetően hőkamerával üzem közben felderíthetők. A villamos csatlakozás kivezetéseinek kötését (szolár kábel) nem ritka, hogy csavaros rögzítéssel oldják meg a csatlakozódobozon belül. A szabványmodulok kábelkivezetései szabványos csatlakozódugasszal (papa-mama) vannak ellátva, így a telepítés helyszínén könnyen és gyorsan csatlakoztathatók egymáshoz az azonos napelemmodulok. Meg kell jegyezni, hogy többféle szabványos csatlakozódugasz létezik, de egy adott gyártó a termékeihez általában ugyanazokat a típusokat használja. A különbözőségeknek van egy jó oldala is, így ugyanis majdnem kizárt az olyan napelemes rendszerek kiépítése, melyekbe valamilyen okból kifolyólag más és más gyártótól származó napelemmodulok kerülhetnének (ne feledjük a „leggyengébb láncszem” elvét).

 

 

A csatlakozódobozoknak jellemzően nincs külső hűtőfelületük (ritka megoldásként említhetjük a hűtőbordás kivitelt), anyaguk pedig legtöbb esetben fekete műanyag, ami átlátszatlan a belülről kiinduló hősugárzás számára. Ezért a hőkamerás vizsgálatok során felfedezett túlhevült csatlakozódobozok felületének hőkisugárzása már komolyabb problémákra utal azok belsejében (6. kép). Az elkerülő (bypass) diódákra „sok munka hárul” a napelemek üzemelése során, főleg a gyakran felhős területeken telepítettek esetében, hiszen nagy valószínűséggel gyakran kell „elterelniük” magukon keresztül az árnyékba kerülő celláktól a többi, nem beárnyékolt cella által megtermelt elektromos energiát, aminek következtében termé-szetesen felhevülnek. A túlmelegedett csatlakozódoboz hőmérséklete utalhat komolyabb cellahibákra is, vagy a napelemmodulon belüli áramgyűjtő sínrendszer kontaktushibáira. Ahogy korábbi cikkemben említettem, a cellák elektromos paramétereinek egymástól való jelentős eltérése pedig nem más, mint a cellák „mismásságának” a jele, ami a cellák áramgyűjtő „hálójának” kontaktushibáiból is eredhet, nemcsak a cellák anyagából adódhat, vagy a vékony kristálylapok mikrorepedéseiből.

 

 

A napelemmodulok gyártása során a csatlakozódobozok kialakítása a gyártási folyamat vége felé történik, amikor a napelemmodulok már átesnek egy köztes minőségellenőrzésen, és a cellák, a kontaktusok, valamint az áramgyűjtő sínrendszerük rendben lévőnek mutatkozott. Ezt megelőzően történik a modulok bekeretezése (ami nem minden modellre igaz, hiszen nem ritka a keret nélküli napelemmo-dulok gyártása) a célnak kellően megfelelő elo-xált alumíniumprofilokkal. Az ember azt gondolná, hogy a keret jelenléte egyértelmű: védi a napelemmodulok széleit a sérülésektől, megfelelő földelési elem, valamint felületet biztosít a napelemek tartószerkezeten való rögzítéséhez. Csakhogy ezen túlmenően, a keret bizonyos merevséget is biztosít a napelemmodulok számára, főleg ha azok előoldali felülete nem szolár üveg, hanem valamilyen víztiszta (nagy fényáteresztő képességű) műanyag vagy valamilyen más, jó optikai tulajdonságokkal rendelkező kompozit anyag. Akinek már volt alkalma ilyen külső borítással rendelkező napelemmodulokat kézben tartania, az tudja, hogy ezek kis mértékben deformálhatók (csavarodás, hajlítás) a keret ellenére is. A piacon sok gyártó van, akik ilyen napelemmodulokat kínálnak olcsón (a szolár üveggel fedett modulok drágábbak). Ha ehhez a tulajdonságukhoz hozzáadódik a rendszertelepítő szerelők részéről a telepítés közbeni mechanikai ráhatás, akkor bizony sok-sok vékonyka napelemcella fog szemmel nem látható módon mikro-repedéseket elszenvedni. Az ilyen, szemmel nem látható módon sérült napelemmodulokat csak termográfiás vagy elektrolumineszcenciás vizsgálattal lehet a későbbiekben kiszűrni a rendszerből (2. kép).

Természetesen a gyártók is felfedezték a keretek jelentette hibalehetőséget, és hogy csökkentsék a mechanikai hatásoktól keletkező mikrorepedések számát, újabban már olyan napelemmodulokat gyártanak, melyeknek hátoldalára egy vagy két plusz keresztmerevítő eloxált alumíniumelemet applikálnak a kerethez (4. kép). Kétségkívül, ezek a napelemmodulok már jobban bírják a mechanikai ráhatásokat (pl. hóterhelés), de semmiképpen nem a szerelés közbeni rálépésekre, rátámaszkodásokra, szerszámráejtésekre vagy moduleldőlésre gondolok (7. kép).

Nem szabad elfeledkeznünk a napelem kereteivel szemben támasztott mérettartási követelményekről sem, valamint arról, hogy az anyaguknak ki kell bírniuk az időjárás változásai során előálló hőmérsékletkilengéseket (dilatáció), valamint csapadék- és szélterheléseket. Ennek megfelelően a keret alapanyagaként használt alumíniumötvözet, speciális receptúra szerint készül. Fontos szempont továbbá a keret profiljának a geometriája is.

Túlzott, előre nem látott vetemedésük, zsugorodásuk, tágulásuk könnyen vezethet a napelemmodulokon belüli cellák mikrorepedéseihez, ami még akkor is igaz, ha figyelembe vesszük a keret és a napelemmodul közötti ragasztóréteg csillapító hatását. A fentiek bizonyos mértékben igazak a napelemes rendszerek tartószerkezeteinek egyéb elemeire is, ezért fontos olyan gyártótól beszerezni a megbízható, minőségi termékeket, akinél ezen követelményekre kellően odafigyelnek, ahol terveznek és tesztelnek olyan rendszerelemeket és kész tartórendszereket, melyek valóban időtálló megoldások lesznek (8. kép).

Összegezve a fentieket, nyilvánvalóvá vált, hogy a napelemek egyszerűnek tűnhetnek a küllemük szerint, ám a gondos tervezői munka ellenére is sok apró eltérés lehetséges közöttük. Pláne igaz ez, ha a következő lapszámban rátérünk a napelemeken belül található napelemcellákra és azok elektromos kontaktusaira, kötéseire, a gyártási folyamat sajátosságaira.


Kérjük, szánjon pár pillanatot a cikk értékelésére. Visszajelzése segít a lap és a honlap javításában.

Hasznos volt az ön számára a cikk?

 Igen

 Nem