Деградация солнечных батарей и надежность СЭС

Аватар пользователя kokunov

В сети набрел на диссертацию Зезина Дениса Анатольевича от 2014 года на тему 

ДЕГРАДАЦИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ В ТОНКОПЛЁНОЧНЫХ СОЛНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТАХ

Вашему вниманию представлена последняя глава, где оценена продолжительность жизненного цикла солнечной электростанции и некоторые выводы.

[...]Далее было проведено моделирование простой солнечной станции. При создании макета станции требовалось получить заданную мощность (от 1 до100МВт) при использовании типового модуля (60 монокристаллических пластин, спаянных в виде двух лент по 30 элементов), мощностью 150 Вт (15 В, 10 А). При этом максимальное напряжение по постоянному току не должно превышать 1кВ (использовались требования правил эксплуатации энергоустановок в Евросоюзе).

Для того чтобы удовлетворить этим требованиям, солнечные модули соединялись последовательно до получения максимально возможного напряжения, недостающая мощность вырабатывалась аналогичными цепочками модулей, соединёнными параллельно, за счёт вырабатываемого тока.

Безотказная работа модулей определяется надёжностью самих солнечные ячеек, а также паяных соединений, обеспечивающих электрический контакт между ячейками. При соединении модулей в цепочки необходимо использовать штекеры, поскольку внешние выводы, в отличие от паяных соединений, находятся в непосредственном контакте с окружающей средой. Кроме того, каждая такая цепочка снабжается инвертором, который необходим для преобразования постоянного тока в переменный. По этим причинам безотказная работа солнечной электростанции также зависит от надёжности штекеров и инверторов.

При расчётах надёжности предполагалось, что все необходимые электротехнические соединения и оборудование (паяные соединения, штекеры и инверторы) подчиняются экспоненциальному закону распределения. То есть, их отказы рассматривались только как внезапные, интенсивность которых не меняется со временем.

Средние время наработки на отказ для каждого элемента модели были выбраны близкими к реальным [60]: паяное соединение - 105 [ч] (~10 лет), штекер и инвертор – 5*104 [ч] (~5 лет).

На рисунках представлены результаты моделирования. На этих графиках можно заметить, что благодаря большому количеству включённых параллельно цепочек модулей, вероятность безотказной работы солнечной электростанции, близкая к 100%, имеет место на более длительном промежутке времени. Затем наблюдается стремительное снижение вероятности безотказной работы, пропорциональное количеству элементов. Подобное поведение системы напоминает интегральные схемы с резервированием.

 

Вероятность безотказной работы стандартного модуля и солнечных электростанций

Вероятность безотказной работы солнечных электростанций разной мощности

Одна из особенностей солнечных электростанций – требование большого количества свободной площади. При этом возможности транспорта ограничивают размер одного фотоэлектрического модуля. Как следствие для постройки электростанции мощностью, например, в 100 МВт из стандартных модулей мощностью, скажем, 100 Вт необходимо сформировать миллион соединений. Кроме того, каждый солнечный модуль также состоит из 20-60 солнечных элементов, которые тоже необходимо соединить. Потребность современных солнечных электростанций в большом количестве соединений напоминает аналогичную потребность электроники при переходе от навесного монтажа к интегральным технологиям.  

В качестве мер для повышения надёжности можно предложить использование «умных модулей» - устройств, которые по своему прямому назначению выполняют ту же функцию, что и солнечные модули, однако они снабжены дополнительной электроникой, которая обеспечивает закорачивание вышедших из строя элементов. Подобная система необходима, поскольку один вышедший из строя элемент отключает всю цепочку модулей. Безусловно, на крупных электростанциях большое количество параллельных соединений позволяет отсрочить момент выхода электростанции, но потери мощности будут накапливаться. Подобные системы сейчас только разрабатываются в разрезе обеспечения работы батареи в условиях частичного затенения (например [61]), поскольку плохо освещённая оказывается фактически не работающей. Подобные разработки могут оказаться полезными и для обеспечения надёжности солнечных батарей.

С развитием солнечной энергетики и ростом мощностей солнечных электростанций, их конструкция должна определяться не только целевыми энергетическими показателями, но и
надёжностью конструкции этой электростанции. Даже элементы, которые сами по себе имеют высокие показатели средней наработки на
отказ, при больших количествах используемых элементов не обеспечивают высокие показатели надёжности. 

Авторство: 
Копия чужих материалов
Комментарий автора: 

Даже не учитывая огромных затрат на производство элементов ВИЭ, общая надежность подобных станций очень не велика, хотя все смотрится внешне прекрасно. Уже к 1000 часам наработки (а это полтора месяца) вероятность отказа станции увеличивается до 90%. И это в идеальных условиях. Это не говорит о том, что вся станция выйдет из строя. Это говорит о том что уже в первый год эксплуатации начнется обширная замена вышедших из строя элементов станции, не только солнечных ячеек и даже не сколько именно солнечных элементов, а их соединений. И это не учитывая деградацию самих солнечных ячеек, которая оценивается на уровне до 5% в год, правда при этом эта деградация останавливается где то на уровне 30-40% от первоначальной, но и это говорит о том, что этот элемент необходимо менять.

Комментарии

Аватар пользователя calvares
calvares(9 лет 10 месяцев)

Штеккер делали немцы, коннектор американцы поручили сделать китайцам. Потому если в спецификации обозвать штекером, то надежность повысится. Шутка.

Аватар пользователя mastak
mastak(11 лет 9 месяцев)

Повысится. Только не надежность а цена. И без шуток.

Аватар пользователя calvares
calvares(9 лет 10 месяцев)

За надежность нужно платить. А то получается канарейка, да чтобы пела и не ела.
Как-то я видел на Шевроле заводские тормозные диски из алюминиевого сплава и как потом владельцы гонялись за старыми немодными чугунными.

Аватар пользователя Evg_Ban
Evg_Ban(12 лет 1 месяц)

Покажите штекеры на ячейке в СБ.

В каждой панели есть паянные соединения,

Аватар пользователя ИЮЛь Майский
ИЮЛь Майский(8 лет 7 месяцев)

Автор что, навсегда завис в 20 веке?

А что в 21-м веке должно быть? Разъёмы, соединители или коннекторы? И что это меняет в смысле статьи?

Аватар пользователя Рукастый
Рукастый(8 лет 4 месяца)

Терминологию меняет. Ковыряйтесь дальше в просроченных кипах.

Комментарий администрации:  
*** Уличен в невменяемом хамстве - рекомендуется банить при рецидивах ***
Аватар пользователя мастер
мастер(8 лет 8 месяцев)

А еще охранять всё это хозяйство нужно. Какие-нибудь шалуны или пьяные: камень, воздушка, ружье и т. д.

Аватар пользователя Спящий медведь

Аватар пользователя Рукастый
Рукастый(8 лет 4 месяца)

Под вашими окнами тоже круглосуточная охрана?

Комментарий администрации:  
*** Уличен в невменяемом хамстве - рекомендуется банить при рецидивах ***
Аватар пользователя Evg_Ban
Evg_Ban(12 лет 1 месяц)

Охрана спасет от града?

Если вверху современные гибкие панели с мет подложкой то внизу обычные с защитой поликарбонатом.

Аватар пользователя Рукастый
Рукастый(8 лет 4 месяца)

От этого панели покрывают сверху специальным стеклом, насколько в курсе.

Комментарий администрации:  
*** Уличен в невменяемом хамстве - рекомендуется банить при рецидивах ***
Аватар пользователя Evg_Ban
Evg_Ban(12 лет 1 месяц)

Горилла Гласс? Бгг, нет поликарбонат в дешевых плексиглас.

Аватар пользователя Nordicx86
Nordicx86(12 лет 8 месяцев)

-10-15 % мощности

или это линзы френеля, но они тоже не  дешевые

Комментарий администрации:  
*** Криптобес ***
Аватар пользователя Рукастый
Рукастый(8 лет 4 месяца)

Вряд ли на СЭС будут лепить дешевый поликарбонат.

Комментарий администрации:  
*** Уличен в невменяемом хамстве - рекомендуется банить при рецидивах ***
Аватар пользователя Evg_Ban
Evg_Ban(12 лет 1 месяц)

Ну будут они выглядеть вот так:

Легче стало?

А зимой вот так:

Потому сами и ставят толстый (6-8 ммм) сотовый поликарбонат, тот прочнее стекла.

или берут тонкопленочные, гибкие, тем град почти не страшен - я про такие:

Но цена...

А град, он разный бывает...

Аватар пользователя Рукастый
Рукастый(8 лет 4 месяца)

Такой крупный град бывает редко и далеко не везде. Но и от него есть противоядие - панели забпаговременно переводятся в вертикальное положение, тогда процент попадания крупного града в панель стремится к нулю.

Комментарий администрации:  
*** Уличен в невменяемом хамстве - рекомендуется банить при рецидивах ***
Аватар пользователя Evg_Ban
Evg_Ban(12 лет 1 месяц)

Да и как их переводят в вертикальное положение?

Мне правда интересно.

Это в том же регионе где выпадает вот такой град:

Алтай, если что.

Хотите мое мнение про эту всю бодягу с СЭС в России?

Типичный кидок на деньги, берем район с нестабильным энергоснабжением и определенными метеоусловиями, берем кредит, под гарантии развития гринпауэр, бла бла бла, ага гадский протокол, государство списывает с себы кубометры СО и продает квоты - одновременно, бггг, далее купляем в Кетае панели, оптом - дешевле, нанимаем шарашку - клеим-красим-приколачиваем, монтируем. страхуем от форсмажора... получаем энергию, фиксируем и ждем.

Аватар пользователя Рукастый
Рукастый(8 лет 4 месяца)

Это в том же регионе где выпадает вот такой град:

Горный Алтай тоже не маленький, если что. Если место окружено горами, ничего там особого опасного не выпадет. Только ветер и дождь со снегом.

Насчет перевода, есть такая практика. Думаю, не очень сложно повернуть плоские панельки на 30 градусов с помощью механизмов 21 века.

Комментарий администрации:  
*** Уличен в невменяемом хамстве - рекомендуется банить при рецидивах ***
Аватар пользователя Сержант Билко

Хватит отучать дибилов продвинутых от новых Green($) технологий. Может это тоже шлак ?  

Это PROэволюция . .цуко, вы хоть  при моей жизни на Луну слетаете (кроме Незнаки Носова)angry

Аватар пользователя Алекс75
Алекс75(9 лет 4 месяца)

Все правильно описал. В статье описана вероятность, а не выход из строя.

Приведу пример. Есть такой дисковый массив Huawei OceanStor (коробки набитые дисками). если посмотреть на этом массиве свойства дисков, то можно увидеть такой пункт Health status- показывает некое число которое характеризует состояние диска  Данное число уменьшается от 100 (то есть диск новый) до нуля. Huawei рекомендует менять диски когда число достигнет 65. Это не значит что диск сдохнет как только он пересечет границу 65% (так же как не значит, что диск сдохнет когда это число достигнет 0%), это значит что с вероятностью в 35% диск выйдет из строя (для одного диска это не критично но для множества). Когда вы покупаете дисковый массив и у вас таких дисков порядка 10,20 и так далее, то есть большая доля вероятности потери данных даже несмотря на RAID.

Так и здесь вероятность выхода панели из строя не означает, что она выйдеит из строя, просто совокупность панелей поставленных в одно и тоже время может привести к тому что при выходе из строя группы панелей вы можете достичить определенного SLA (в красных нижних границах)  по мощности которая уже не сможет удовлетворять потребностям.

Данная вещь всегда закладывается иначе ждать беды. Именно поэтому панелей ставится гораздо больше и ветрянных станция тоже.

 

Комментарий администрации:  
*** отключен (набросы) ***
Аватар пользователя mastak
mastak(11 лет 9 месяцев)

... па­не­лей ста­вит­ся го­раз­до больше и вет­рян­ных стан­ция тоже

можете привести процент запаса/резерва по панелям и/или ветрякам, с пруфами ?

Аватар пользователя Алекс75
Алекс75(9 лет 4 месяца)

Сразу предупрежу вся информация на анлийском и техническая.

Про резерв (это не на случай поломки, а на случай изменение ветра)

https://www.nrel.gov/docs/fy11osti/49019.pdf

Теперь на случай поломки (так сказать redundancy) для ветра

https://core.ac.uk/download/pdf/9655462.pdf

На данный момент, насколько я понял redundancy не закладывается или закладывается но мало, поскольку рядом стоят станции на газу и на угле (ну о кого-то еще АЭС) но кое какие статьи есть. Еще момент, вся инфа об инциндентах в большинстве своем закрыта  (это сказано в документе http://www.caithnesswindfarms.co.uk/accidents.pdf), а также инфа на тех задание тоже закрытая информаци, а так как маркетинг дает полную мощность грида из ветряков то понять сколько в активе а сколько в резерве очень сложно.

https://books.google.ru/books?id=YsxPCgAAQBAJ&pg=PA188&lpg=PA188&dq=perc...

Ну и посмотрите эту ссылку это про инцинденты на ветряках, очень интересно, http://www.caithnesswindfarms.co.uk/accidents.pdf

Вот еще https://www.hindawi.com/archive/2013/437674/

Вообще ту информацию которую предоставляет нам SkySheep или Mordred она правильная но она для рекламы - это маркетинг.

Для того чтобы понять как реально обстоят дела нужно читать инженерную литературу допустим Offshore Wind Farms: Technologies, Design and Operation. Кроме того в поиске надо набирать не про то как круто иметь ветряк а допустим troubleshooting of wind power generators (там иногда цифры проскальзывают но чаще это закрытая инфа) и тогда все становится 

 

Комментарий администрации:  
*** отключен (набросы) ***
Аватар пользователя Алекс75
Алекс75(9 лет 4 месяца)

Вот кстати про технологию redundancy в солнечных панелях https://energy.gov/sites/prod/files/2014/01/f7/pvmrw13_ps1_tenksolar_joh...

Комментарий администрации:  
*** отключен (набросы) ***
Скрытый комментарий Повелитель Ботов (без обсуждения)
Аватар пользователя Повелитель Ботов

Перспективный чат детектед! Сим повелеваю - внести запись в реестр самых обсуждаемых за последние 4 часа.

Комментарий администрации:  
*** Это легальный, годный бот ***
Аватар пользователя борец с идеями
борец с идеями(10 лет 7 месяцев)

вот куда p-n переходы в светодиодных лампах деваются, деградируют спустя 3 года?

Аватар пользователя Сергей Капустин

деградация - это конечная судьба любого перехода. диффузия атомов доноров/акцепторов рано или поздно добьет все что угодно, это вопрос толщины техпроцесса и температуры.

Аватар пользователя борец с идеями

А с солнечными, как-то иначе?

Аватар пользователя Nordicx86
Nordicx86(12 лет 8 месяцев)

там тех процесс куда  толще

Комментарий администрации:  
*** Криптобес ***
Аватар пользователя борец с идеями

И это, как-то отменяет деградацию? Товарищи «зёлёные», завязывайте уже.(((

Аватар пользователя Nordicx86
Nordicx86(12 лет 8 месяцев)

нет - но толщина дает Много времени

Комментарий администрации:  
*** Криптобес ***
Аватар пользователя Обыватель
Обыватель(10 лет 6 месяцев)

За 30.000 часов ни один элемент в солнечных панелях в 33кВт системе не вышел из строя. 

О чем пишет автор, не имею ни малейшего представления.

В сети есть "отзыв"(официальный доклад) о солнечных панелях, прослуживших на спутнике более 20 с лишним лет и специально доставленных на землю для изучения деградации. Выводы более, чем оптимистические. На Земле СБ изнашиваются радикально меньше. Собственно, ломаются в панелях не сами кристаллы, а алюминий, из которого сделана рамка, материалы подложки и герметик.

Аватар пользователя kokunov
kokunov(12 лет 6 месяцев)

За 30.000 часов ни один элемент в солнечных панелях в 33кВт системе не вышел из строя. 

Можно подробней? Вольтаж и ток под нагрузкой в начале эксплуатации и тоже самое  под той же нагрузкой через 30 000 часов (3.5 года).

Аватар пользователя Обыватель
Обыватель(10 лет 6 месяцев)

https://www.forumhouse.ru/threads/244854/

Это моя система. Если интересно, изучай. Отвечу на любые вопросы.

Аватар пользователя kokunov
kokunov(12 лет 6 месяцев)

Я уже задал вопрос.

Аватар пользователя Обыватель
Обыватель(10 лет 6 месяцев)

В этом году проверял несколько панелей по КЗ. Всё в норме, бытовыми приборами деградация не фиксируется.

В теме об этом есть, но тебя, похоже не это интересует. Это понятно, и это нормально.

Аватар пользователя kokunov
kokunov(12 лет 6 месяцев)

Вопрос то был конкретный.

Я все же предлагаю эту информацию здесь разместить, а не отправлять штудировать дебри форумов.

Аватар пользователя Обыватель
Обыватель(10 лет 6 месяцев)

Ответ на "конкретный вопрос" был в первом сообщении. 

Аватар пользователя kokunov
kokunov(12 лет 6 месяцев)

Я ответа на этот вопрос не увидел.

Аватар пользователя Алекс75
Алекс75(9 лет 4 месяца)

Автор пишет об вероятности выхода из строя, это не значит что они выйдут из строя. Если у вас уже отработало 30000 часов без единой поломки - это хорошо, но это не хрена не значит что так у всех.

Комментарий администрации:  
*** отключен (набросы) ***
Аватар пользователя Рукастый
Рукастый(8 лет 4 месяца)

И что это значит? ГЭСы тоже иногда ремонтируют, но это данность, а не признак нерентабельности. Вы свои башмаки ни разу в жизни не подшивали?

Комментарий администрации:  
*** Уличен в невменяемом хамстве - рекомендуется банить при рецидивах ***
Аватар пользователя Herz
Herz(11 лет 10 месяцев)

Автор пишет об вероятности выхода из строя, это не значит что они выйдут из строя

На заборах тоже дохрена написано всякого, вопрос защитил ли автор эту шнягу? :)

Хотя, впрочем, если в комиссии сидели кокуновы вероятно защитил )))

 

 

Комментарий администрации:  
*** Отключен (знакомьтесь - зеленый пиарщик, коронавирусный хайпожор и систематический дезинформатор) ***
Аватар пользователя kokunov
kokunov(12 лет 6 месяцев)

Слова знакомые для вас похоже, но вот смысл этих слов от вас ускользнул...

Аватар пользователя Papakarlo
Papakarlo(7 лет 10 месяцев)

Пару лет назад обсчитал установку СБ на даче. Подведённая мощность от обычной электросети 5кВт, мне хватает.

Оказалось, что площадь южной части крыши не позволит установить СБ более, чем на 5кВт. С учётом пасмурной погоды, периодической запыленности эту цифру можно делить пополам.

В принципе, хватило бы. 

Цена необходимого оборудования без учёта аккумуляторов, переделки кровли и монтажа превысила 550 тыс. Руб. При СБ из среднего ценового сегмента.

Остальные расходы считать не стал, так с учётом реального энергопотребления даже эти затраты окупились бы только за 8 лет при цене 1 кВт в 16 руб. 

В то время киловатт стоил 1.8 руб (теперь 2,15).

Думаю, комментарии излишни. Забыл как плохой сон.

Аватар пользователя Рукастый
Рукастый(8 лет 4 месяца)

Ну это у вас такой киловатт. Вы сравните его с ценой киловатта хотя бы в Европе. Я даже и не думал о баттери, потому что так пока дешевле. Сделают как в Европе ценник, тогда я даже пирамиды включу.)

Комментарий администрации:  
*** Уличен в невменяемом хамстве - рекомендуется банить при рецидивах ***
Аватар пользователя Tuktarov
Tuktarov(12 лет 1 месяц)

Я прикидывал панельки для питания циркуляционных насосовии котла в зимнее время. Прослезился. Купил генрик, инвкртор и пару аккумуляторов по 75 ач и успокоился.

Заряженные акки дают автономку в 12 часов. За это время запущу генрик, и нет проблем.

Ах, да, надо было обеспечить 100 ватт непрерывно. Регион - южный Урал.

Скрытый комментарий Повелитель Ботов (без обсуждения)
Аватар пользователя Повелитель Ботов

Годный срач. Ахтунг - пахнет трольчатиной! Автор, нет ли в обсуждении упырей? Сим повелеваю - внести запись в реестр самых обсуждаемых за день.

Комментарий администрации:  
*** Это легальный, годный бот ***
Аватар пользователя Сержант Билко
Сержант Билко(7 лет 10 месяцев)

Как не покрывай, а куда складировать ? Телефон, смартфон, ноутбук, шуруповерт ... кто смог себе позволил купить ? ВСЕ . И ... Афтор для меня правду матку режет . Ну инфантилы всегда в оппозиции . Для них лишних 3 - 5 часиков у разетки с кофеём Тегуаньиньем и элептроной хнигой  не время , а так приятно потупить ... Пускай лошары пашут, а я на заправке.

Аватар пользователя Электрик
Электрик(8 лет 8 месяцев)

В качестве мер для повышения надёжности можно предложить использование «умных модулей» - устройств, которые по своему прямому назначению выполняют ту же функцию, что и солнечные модули, однако они снабжены дополнительной электроникой, которая обеспечивает закорачивание вышедших из строя элементов. Подобная система необходима, поскольку один вышедший из строя элемент отключает всю цепочку модулей.

Рассуждения абсолютно справедливы и для банок аккумуляторов. И их шпигуют "дополнительной электроникой" (на спутниках реализуется постоянный контроль напряжения на банке и запуск цикла разряда-заряда батареи для "лечения" заболевшей банки)

Надежность - один из базовых показателей "военной электроники". Без расчетов надежности ни одна плата не может быть установлена на борт. Этот забавный параметр в лучшем случае упоминается в экономикс. Значения ему давно никто не придает (гарантия год и означает игнорирование). Следствие - Фукусима и подобные ей катастрофы. В погоне за прибылью цена человека, природы, экосистемы стремительно приближается к нулю.

Безответственность и бессовестность - два столпа секты Золотого Тельца (ростовщической мафии), подминающей по себя Мир. Зеленые бесы лишь на подтанцовке. Любой мелкий паразит  (бес) мечтает стать крупным (демоном). Невежество и агрессивность - отличительные признаки этих обитателей планеты.

ОбывательУкраина (3 года 6 месяцев)
За 30.000 часов ни один элемент в солнечных панелях в 33кВт системе не вышел из строя. 

Обыватель что-нибудь слышал про понятие партия? В сети можно встретить сообщения типа "фирма имярек отозвала с рынка миллион своих поделок"

Есть лампа накаливания, работающая непрерывно больше 100 лет. Этот показатель ничего не говорит о партиях ламп накаливания и их надежности. НИ-ЧЕ-ГО.

У бессмертных богов, к которым причисляют себя самопровозглашенные эльфы, и дерьмо бессмертно. А на производстве продукция выпускается партиями, статистика выхода из строя - закрытая. Чтобы не огорчать эльфов, живущих насквозь (вдоль и поперек) в эксклюзиве.

Аватар пользователя izn
izn(8 лет 7 месяцев)

из спецификации к какой панели такие графики?

Аватар пользователя kokunov
kokunov(12 лет 6 месяцев)

Почитайте в источнике кому кандидатскую, там это было написано. Я так понял, что там не один тип, а почти все , доступные  на рынке.

Страницы