Warme plekken op zonnepanelen: oorzaken, voorkoming en fabriekstesten

Hoe een warme plek op een zonnepaneel ontstaat

De cellen in een module zijn opgesteld in serie, waardoor dezelfde stroom door alle cellen stroomt. Als één cel wordt bedekt met bladeren, vogeluitwerpselen of stof, stoppt die cel met het produceren van energie. De cel werkt dan niet meer optimaal; deze wordt in feite een ‘belasting’ op het systeem. De overgebleven cellen moeten de stroom door de bedekte cel leiden, waardoor de energie lokaal als warmte wordt verbruikt. De lokale temperatuur kan oplopen tot 80 °C of zelfs hoger. Op deze temperatuur vererstert zich de schade: de beschermende laag (meestal EVA-film) begint te decomponeren, de solderverbindingen loslaten en de cel zelf begint te degenereren.

Er zijn twee belangrijke factoren die even belangrijk zijn als de bedekking van de cel zelf:

• Kwaliteit van de cel: Cellen met onevenmatig materiaal of slechte soldering hebben een hogere interne weerstand en overhitten onder normale verlichting. Volgens de industriële regel van het handvat ontwikkelen defecte cellen ongeveer 3–5 keer vaker hotspots dan gezonde cellen.
• Ontwerp van de module: Het mengen van modules uit verschillende batches of specificaties, of het gebruiken van een te grote module, zorgt voor een ongelijke verdeling van de stroom, waardoor één cel de zwakste schakel in het systeem kan worden.

Waarom halvecellen en bifaciale panelen beter bestand zijn tegen bedekking

Halvecellen en bifaciale panelen zijn beter bestand tegen bedekking van de cellen, omdat ze de stroom op een gelijkmatiger manier kunnen verdelen over alle cellen. Hierdoor wordt de schade minder ernstig en kan de panel nog steeds optimaal werken, zelfs als één of meerdere cellen niet meer werken.

Niet alle panelen verliezen even veel energieopbrengst wanneer een hoek in de schaduw komt te staan.

• Half-cell-modules : Hier wordt elke zonnecel in twee delen gesneden en vervolgens in parallelle paren samengevoegd. Hierdoor neemt de serieweerstand af, waardoor de negatieve invloed van de schaduw beperkt blijft tot een kleiner deel van het geheel. Voor situaties waarbij deelbare schaduwing onvermijdelijk is (bijvoorbeeld een paal naast een groeiend boom of een zonnepanelenarray die naar het zuiden is gericht in een stoffige omgeving), worden half-cell-modules gebruikt in plaats van volledige zonnecellen.
• Double-glass-bifaciale modules : Deze modules kunnen energie opnemen uit het reflecterende licht van de achterkant, waardoor de schade die wordt veroorzaakt door schaduwing aan de voorkant wordt gedeeld. Een tweede voordeel is het structurele: de twee glasplaten versterken het paneel en verminderen de hotspots (plekken met hoge temperaturen) die voorkomen in goedkope constructies.

Geen van deze opties kan schaduwing volledig voorkomen; ze verminderen alleen de negatieve gevolgen van schaduwing, niet de schaduwing zelf.

De fout die we steeds opnieuw zien in off-grid-solarontwerpen

De originele versie van deze pagina adviseerde lezers om de spanning van de zonnepanelen af te stemmen op ‘het MPPT-spanningsbereik van de inverter’. Een off-grid-verlichtingssysteem beschikt echter over geen inverter. In een DC-gekoppelde systeem moet de spanning van de zonnepanelen zich bevinden binnen het maximum power point tracking (MPPT)-bereik van de laddingscontroller: het apparaat dat de opname van energie van de panelen naar de batterij reguleert. Als dit bereik niet wordt gehaald, werkt het paneel de hele dag niet op zijn maximale vermogen; dit zie je precies terug op de uitgangsspanningssignalen.

Deze correctie is in de praktijk van belang: wanneer een klant meldt dat het paneel onvoldoende presteert, controleren we eerst de maximale vermogensspanning (Vmp) van het paneel in vergelijking met het MPPT-bereik van de controller, en niet de weersomstandigheden. Onze controller-sizing-calculator voert deze vergelijking in één minuut uit, waardoor we ongepast afgestemde zonnepanelen al op tijd kunnen ontdekken, voordat ze tot klachten van de klanten leidden.

Wat onze controles opzoeken:

De goedkoopste manier om problemen met de modules te voorkomen, is nog voordat ze aan de bevestigingsconstructie worden gemonteerd. Tijdens onze controles worden alle batches onderworpen aan een elektroluminescentietest (EL-test): een test in een donkere ruimte waarbij elke cel onder een voorwaartse stroom wordt bekeken. Hierdoor kunnen scheuren, beschadigde onderdelen en niet-functionerende delen worden ontdekt, die met een zaklamp niet zichtbaar zijn. Modules met defecten op celniveau komen nooit in de assemblageproces terecht. We vergelijken de modules ook op de gemeten stroomverbruik binnen een bepaald groepje modules, en niet alleen op de aangegeven informatie op de plaatjes; de toleranties op deze plaatjes kunnen namelijk tot stroomverschillen leidden.

De onderhoudsplanning die echt werkt

Voor de al geïnstalleerde bevestigingsconstructies is de onderhoudsplanning kort en niet erg spectaculair…

1. Vernietig de array op een vastgestelde frequentie: Maandelijks in stoffige omgevingen, trimestraal in normale omgevingen. Let op de ruimtes tussen de cellen – daar kunnen uitwerpsresten en stof zich ophopen, waardoor de cellen beschadigd raken.
2. Herstel de bevestigingen van het frame na de eerste stormseizoen en daarna jaarlijks. Losse bevestigingen kunnen de hoek van de array veranderen en de randen van de cellen beschadigen.
3. Controleer de array na hagel of zware regen: Hagel kan leiden tot scheuren in de cellen; controleer de bevestigingen van het frame en de verbindingen in de aansluitkasten. Een kleine scheur vandaag kan de oorzaak zijn van problemen volgende zomer.

Een belangrijk punt: de frequentie van het schoonmaken moet worden bepaald op basis van de lokale omstandigheden (stof en het aantal vogels). Er is geen standaardafweging van de fabrikant die kan worden gebruikt in het eerste jaar van gebruik. Logeer de hoeveelheid uitwerpsresten die daadwerkelijk worden gemeten, en stel de schoonmaakcyclus hierop in.

Wat deze pagina niet behandelt:

Deze pagina gaat over de preventie van problemen bij DC-gecoupeerde modules die worden gebruikt in zonnepalen en soortgelijke off-grid-verlichtingssystemen. Het gaat hier niet om PV-installaties van megawatt-schaal, volgsystemen of string-inverters die zijn verbonden aan het elektriciteitsnetwerk – deze hebben een andere architectuur en andere manieren van fouten vertonen. Als u vanaf nul de panelen en batterijen van een lichtarmatuur gaat uitwegen, kunt u beginnen met onze controller-sizing-calculator; als u hardware koopt, worden de all-in-one-zonnepalen standaard geleverd met half-cell-modules en in de fabriek samengestelde stringen.