Moduł fotowoltaiczny jest to zestaw mechanicznie i elektrycznie połączonych ogniw fotowoltaicznych – jest to jedna z podstawowych definicji urządzenia, które przekształca energię słoneczną na energię elektryczną.

Zasada działania fotowoltaiki opiera się na jak największym dostępie do promieni słonecznych, dlatego ogniwa montuje się na dachu lub gruncie od strony południowej. Zasada jej funkcjonowania zakłada, że minimalna jednostka światła, określana mianem fotonu, pada na panel fotowoltaiczny zbudowany z krzemu. Krzem, pochłaniając foton, wprawia w ruch elektron, który powoduje wytworzenie energii elektrycznej. Za pomocą specjalnego systemu połączeń elektrony te łączą się wytwarzając energię elektryczną.

Instalacja PV oraz sposób jej funkcjonowania są stosunkowo proste. Produkowanie energii elektrycznej przez instalacje fotowoltaiczne jest możliwe dzięki zjawisku nazywanemu efektem fotowoltaicznym. Zjawisko to polega na tym, że poprzez konduktywność półprzewodników powstaje siła elektromotoryczna. Co to oznacza? Najprościej rzecz ujmując, w jego wyniku energia słoneczna zostaje zamieniona na prąd stały, a dochodzi do tego w ogniwach fotowoltaicznych, z których składają się moduły słoneczne.

Podstawowym elementem, który składa się na systemy fotowoltaiczne są moduły fotowoltaiczne.

Moduł fotowoltaiczny tworzy się, stosując wiele nowoczesnych, innowacyjnych technologii powstających w zapleczach badawczych liderów branży. Dzisiejsze technologie rozwijają się w niesamowitym tempie, znacznie szybciej niż kiedykolwiek w historii.

Szybki rozwój energetyki odnawialnej w Polsce wynika zarówno z ogólnoświatowych trendów jak również z konieczności osiągnięcia wymaganego udziału energii ze źródeł odnawialnych w końcowym krajowym zużyciu energii brutto.

Aby nadążyć za globalnym popytem, zdobywać nowe rynki, konkurować ceną oraz parametrami, producenci działają pod presją.Nowe technologie wprowadza się bardzo szybko do masowej produkcji.  Nie ma tutaj mowy o sezonowaniu – sprawdzaniu produktów w warunkach naturalnych. Na taki scenariusz pozwala technologia symulacji – odtwarzania reakcji urządzeń na bodźce i czynniki występujące w czasie realnego cyklu życia produktu.

 Karta niezawodności modułów

 Karta prezentuje wyniki najważniejszych programów testowych modułów fotowoltaicznych wykonywanych przez PV EVOLUTION LABS (PVEL) z Kalifornii – wiodące laboratorium testujące niezawodność, trwałość i wydajność modułów fotowoltaicznych. Niezależne raporty przedstawiające kondycję urządzeń fotowoltaicznych (także falowników PV oraz akumulatorów) są podstawowym kryterium warunkującym wybór najlepszych produktów przez finansistów, banki, inwestorów oraz projektantów systemów PV. Tylko wysokiej jakości moduł fotowoltaiczny, o udowodnionej niezawodności i wydajności, ogranicza ryzyko braku trwałości i zapewnia rentowność projektu w całym okresie jego trwania. Misją PVEL jest wspieranie inwestorów na całym świecie poprzez generowanie danych o produktach fotowoltaicznych zaawansowanych technologicznie. PVEL współpracuje z wszystkimi głównymi producentami modułów PV (ponad 400 podmiotów na całym świecie) oraz reprezentuje ponad 30 GW rocznej siły nabywczej.

W ciągu zaledwie kilku lat krajobraz produkcji modułów fotowoltaicznych zmienił się diametralnie. Od szybkiego zdobywania rynku przez technologię PERC, następnie HJT, moduły bifacjalne, poprzez coraz większe ogniwa, cięcie HC, nowe metody połączeń oraz inne wysokowydajne technologie, po cieńsze ramy i szkło, nowe hermetyzatory – trwa innowacyjny wyścig. Nabywcy modułów fotowoltaicznych stoją przed coraz trudniejszymi wyborami. Wobec powyższego, rzetelna, niezależna i wiarygodna kontrola jakości staje się kluczowym aspektem klasyfikującym wartość urządzenia.

Wyniki badań

Niepokojącym zjawiskiem zaobserwowanym w ostatnim roku, wykrytym przez PVEL podczas diagnostyki modułów, jest problem degradacji indukowanym napięciem (PID – ang. potential induced degradation). PID jest problemem, który wielu w branży fotowoltaicznej uważa za rozwiązany, tymczasem mediana degradacji PID była najwyższa od czasu opublikowania pierwszego raportu przez laboratorium.

W pośpiesznym trybie wprowadzania nowych technologii do masowej produkcji PVEL dostrzega wystąpienie nieznanych do tej pory trybów degradacji oraz innych problemów. Przyjęcie na dużą skalę ogniw typu PERC (ogniwo ze spodnią pasywacją emitera), które zastąpiły dominujące niegdyś Al-BSF, przyniosło wymierne korzyści w postaci lepszej wydajności, lepszej pracy w słabszym oświetleniu oraz niższych kosztów produkcji modułów. Jednak niektóre ogniwa PERC są podatne na degradację spowodowaną światłem i podwyższoną temperaturą (LeTID – ang. light- and elevated temperature-induced degradation). Mogą one zmniejszyć wydajność nawet o 10% w określonych warunkach środowiskowych.

W związku z wprowadzaniem nowych konstrukcji ogniw i ich połączeń, niektóre rozwiązania powodują zwiększoną podatność na mikropęknięcia. Niewątpliwie, nowe ogniwa zwiększają wydajność, podnoszą bezpieczeństwo pracy modułów PV oraz przyczyniają się do zmniejszenia kosztów produkcji.

Dla ułatwień w transporcie i budowie instalacji PV producenci konkurują także wprowadzaniem modułów lżejszych, zbudowanych z cieńszego szkła i cieńszych ram oraz fizycznie większych, co prowadzi niejednokrotnie do obniżenia odporności na uszkodzenia oraz brakiem kompatybilności z istniejącymi systemami montażowymi.

Sposób przeprowadzania badań

PV EVOLUTION LABS posiada unikalny program testowy oparty na metodycznej sekwencji badawczej zarówno dla poszczególnych komponentów, jak i przede wszystkim gotowych wyrobów. Znormalizowane, transparentne procesy testowe wykonywane na urządzeniach w kalibracji ciągłej oraz w spójnych warunkach środowiskowych stanowią o jakości informacji o badanym obiekcie – module fotowoltaicznym.

Jednym z ważniejszych testów z całej serii jest powszechnie znany test cyklu termicznego. Wraz ze zmianą temperatury otoczenia komponenty w modułach fotowoltaicznych rozszerzają się i kurczą. Komponenty mają różne współczynniki rozszerzalności cieplnej, co skutkuje działaniem termomechanicznym pomiędzy poszczególnymi warstwami modułu fotowoltaicznego. Konsekwencją takiej zmiany naprężeń może być zmęczenie wiązki lutowania, które prowadzi do zwiększenia rezystancji, a w konsekwencji spadku mocy modułu. Dalsze możliwe konsekwencje to rozwarstwienia, uszkodzenia mechaniczne, mikropęknięcia prowadzące do zmniejszenia wydajności systemu lub jego awarii. W ciągu ponad 25-letniego okresu eksploatacji elektrowni słonecznej komponenty materiałowe będą się rozszerzać i kurczyć tysiące razy, nawet w umiarkowanym klimacie.

W procedurze cyklu termicznego moduły są poddawane ekstremalnym wahaniom temperaturowym. Umieszcza się je w komorze środowiskowej, w której naprzemiennie schładza się je do temperatury –40 °C i podgrzewa do 85 °C. Gdy temperatura wzrasta, moduły pracują z maksymalną mocą pod maksymalnym obciążeniem. Cykl powtarza się 600 razy. Procedura jest znacznie bardziej rygorystyczna niż zakładana w IEC 61215, która wymaga 200 cykli. Wyniki obnażają wszelkie niedoskonałości procesu produkcji lub słabą jakość zastosowanych komponentów. W tym teście najlepiej wypadają moduły typu szyba-szyba.

Jak widać elementy instalacji są w ciągłej rozbudowie, pojawiąją się następne innowacje mechaniczne oraz poprawiające parametryzację, które pomagają uzyskać jak najlepsze wyniki.