Kestävätkö aurinkopaneelit ankaria sääilmiä, kuten rakeita?

Miten aurinkopaneeleita testataan rakeen kestävyyden osalta

Iskunkestävyystestien standardit: IEC- ja ASTM-vaatimukset aurinkopaneelien kestävyydelle

Valmistajat testaavat aurinkopaneeleita perusteellisesti IEC 61215- ja ASTM E1038 -standardeihin nähden tarkistaakseen niiden kestävyyttä rakeen aiheuttamaa vahinkoa vastaan. Testeissä paneeleihin ammutaan 11 jääpalloa, joiden halkaisija on noin tuuma ja nopeus noin 51 mailia tunnissa. Vaikka suurin osa paneeleista läpäisee nämä perustestit, monet asiantuntijat katsovat, että tarvitaan parempia tapoja arvioida tärkeitä osia, kuten busbarreja ja liitäntälaatikoita. Viime vuoden ison Coloradon rakeiskun jälkeen ilmenneet ongelmat osoittivat, että myös standarditestit läpäisevät paneelit voivat epäonnistua todellisissa olosuhteissa. Tämä on saanut merkittävät sertifiointijärjestöt vaatimaan kattavampia testausmenetelmiä, jotka heijastavat todellisia sääolosuhteita.

FM Global -sertifiointi ja sen merkitys äärijästen kestävyydessä

FM Globalin sertifiointi nostaa tolppaa iskunkestävyystesteillä, joissa käytetään 50 mm:n (2 tuuman) rakeita 30 m/s (67 mph) nopeudella. Tämä standardi täydentää perinteisten testien puutteita arvioimalla toistuvien iskujen vaikutusta seuraaviin:

• Lasin murtumismallit
• Mikromurtumien eteneminen PV-kennoissa
• Sähköisen suorituskyvyn heikkeneminen

Valmistajat, jotka saavat tämän sertifioinnin, raportoivat 84 % alhaisemmat vakuutusvaateiden määrät myrskysateilla alttiilla alueilla verrattuna sertifioimattomiin vaihtoehtoihin (Ponemon 2022).

Tyypilliset tuulikaasuiskutestit: 25 mm jääpalloja nopeudella 27 m/s ja olosuhteiden simulointi

Nykyiset testausmenetelmät yhdistävät IEC:n vaatimukset todellisten olosuhteiden muuttujiin:

Miksi laboratoriotestit ovat tärkeitä: Siltti kontrolloitujen olosuhteiden ja kenttäkäytön välillä

Laboratoriotestit eivät koskaan täysin pysty jäljittelemään sitä, mitä tapahtuu aineksille vuosikymmenen mittaisen todellisen säävaikutuksen aikana, mutta ne tarjoavat silti tärkeitä lähtökohtia arvioinnille. Paneleista, jotka läpäisevät 25 mm 23 m/s testistandardin, säilyy tyypillisesti noin 97 % alkuperäisestä lujuudesta viiden vuoden jälkeen Texasin jyskäristen myrskyjen jälkeen, kun taas testaamattomilla paneleilla rakennevahvuus laskee noin 63 prosenttiin. Teollisuuden asiantuntijat huomauttavat kuitenkin, että käytännön kesto riippuu yhtä paljon asennustavasta. Kun asentajat kiristävät kiinnitysjärjestelmät oikealla vääntömomentilla, jyrkkähköjen vaurioiden määrä laskee merkittävästi – viime vuoden National Renewable Energy Labin tutkimusten mukaan ongelmia esiintyy noin 41 % vähemmän.

Aurinkopaneelien kestävyys jyrkän lisäksi: Toiminta ääriolosuhteissa

UV-hajoamista, lämpökytkentää ja kosteuden vaikutusta vastaan kestävyys

Nykyiset aurinkopaneelit kestävät monia vuosia huolimatta jatkuvasta UV-säteilyn altistumisesta parannusten ansiosta, kuten erityisten polymeeristen takakalvojen ja hienojen heijastumattomien pinnoitteiden avulla. Nämä uudemmat suunnitteluratkaisut vähentävät UV-vaurioita noin 58 % verrattuna vanhempiin malleihin tutkimuksen mukaan, jonka NREL teki vuonna 2023. Niiden kestoisuuden testaamiseksi valmistajat testaavat niitä hallituissa ympäristöissä, joissa lämpötila vaihtelee rajusti -40 asteesta Celsius-asteikolla 85 asteeseen samalla kun niitä altistetaan korkealle ilmankosteudelle. Tämä kiihdytetty testaus pystyy simuloimaan 25 vuoden mittaisen käytön vaikutukset ainoastaan kuudessa päivässä IEC 61215 -standardin mukaisesti termistä kiertämistä koskevien ohjeiden mukaan. Paneelien tiiviys varmistetaan myös erityisillä kosteus- ja pakastustesteillä, jotta veden tunkeutuminen sisään estyy – erityisen tärkeää asennuksissa kosteissa ja lämpimissä alueilla, joissa kondensoituminen on jatkuva huolenaihe.

PV-järjestelmien rakenteellinen eheys myrskyjen ja kovien tuulien aikana

Sertifioinnin saaneet fotovolta- (PV-) kiinnitysjärjestelmät kestävät tuulen nopeutta jopa 140 mph — vastaten luokan 4 hurrikaania — dynaamisen kuormitustestin avulla. FM Global -sertifiointi edellyttää, että aurinkopaneeleilla ei esiinny rakenteellisia vikoja jälkeen 120 mph tuulen, ja tämän vaatimuksen täyttää 90 % kaupallisista asennusjärjestelmistä.

Pitkän aikavälin suorituskyvyn heikkeneminen äärimmäisten sääilmiöiden jälkeen

NREL:n kenttätiedot osoittavat, että paneelit jäiden sateen alueilla säilyttävät 92 % tehokkuudestaan 15 vuoden jälkeen, ja vuotuinen suorituskyvyn lasku on vain 0,8 % rannikkoalueilla. Toistuva lämpöstressi erittäin kuumina aikoina voi kuitenkin kiihdyttää liitäntälaatikon kulumista, mikä korostaa vankkojen kapselointimateriaalien tarvetta.

Todellista näyttöä aurinkojärjestelmien hajan kestävyydestä

Tapaus: Vuoden 2017 Coloradon hankoharja ja sen vaikutukset fotovolta- (PV-) järjestelmiin

Vuonna 2017 Coloradon osui massiivinen rakeisku, joka pudotti golfpallon kokoisia, noin 45 mm leveitä jääpalloja, jotka liikkuivat uskomattomalla nopeudella 32 metriä sekunnissa. Tämä nopeus ylitti huomattavasti sen, mitä useimmat aurinkopaneelien testit yleensä ottaa huomioon. Vaikka valmistajat usein mainostavat tuotteitaan rakeenkestäviksi, kansallinen uusiutuvan energian tutkimuslaitos (NREL) havaitsi, että noin 14 % kärsineistä aurinkosähköjärjestelmistä jouduttiin vaihtamaan osia iskun jälkeen. Yhdessä suuressa teollisuuskokoluokan asennuksessa menetettiin jopa 5 % kaikista paneeleista, koska ne eivät kestäneet iskun voimaa, ja toisessa 22 % alkoi tuottaa vähemmän sähköä pienten, välittömästi näkymättömien halkeamien vuoksi. Näiden todellisten olosuhteiden aiheuttaman vahingon jälkeen uusiutuvan energian testauskeskuksen asiantuntijat ehdottivat, että paneelien rakevauriotestausmenetelmiä tulisi muuttaa. He haluavat uusia protokollia, jotka kuvaavat tarkemmin sitä, kuinka rakeet todellisissa myrskyissä kulkevat ennalta arvaamattomilla reiteillä, eikä ainoastaan suoraan paneeliin kohdistuvia osumia.

Sateen vahingoittumistaajuus korkean riskin alueilla ja vakuutusten vahinkoilmoitustrendit

Sateeseen alttiilla alueilla, kuten Texasissa ja Coloradossa, aurinkopaneelien sadevahinkojen vahinkoilmoitukset ovat 3,7-kertaiset rannikkoalueisiin verrattuna (kWh Analytics 2024). Vakuutustilastot osoittavat:

• 73 % säävaurioihin liittyvistä vahinkoilmoituksista liittyy sadevaurioihin
• Keskimääräinen korjauskustannus: 18 200 $ kaupalliseen paneelijärjestelmään
• jälkituotannon sadevarusteiden asennuksissa on ollut 40 %:n kasvu vuodesta 2020 lähtien

Liittovaltion hätätilanteiden hallinta-elimellä (FEMA) on huomautettu paremmista vahinkojen käsittelytuloksista järjestelmissä, joissa käytetään yli 35° kulmassa asennettuja paneeleja, mikä vähentää suoraa iskualuetta 60 %.

Ylittävätkö valmistajat sadekestävyyttä? Tarkastellaan kiistaa

Vaikka 92 % paneeleista läpäisee IEC 61215-laboratoriotestit, kenttätutkimukset osoittavat, että 34 % ei säilytä arvioitua suorituskykyä vakavien sadekuurojen jälkeen (SolarBuilder 2023). Kriitikot väittävät, että nykyiset standardit:

1. Eivät ota huomioon peräkkäisiä iskuja
2. Käyttävät pallomainen jää eikä epäsäännöllisiä sadehelmien muotoja
3. Testaa moduulit eristyksissä pikemminkin kuin sarjamuodoissa

Valmistajat väittävät, että todellisessa käytössä vahingot johtuvat usein virheellisistä asennuskulmista tai jo ennestään olemassa olevista paneelin vioista. Keskustelu jatkuu, kun ilmastomallit ennustavat 17 % voimakkaampia räntäsateita aurinkoalueilla vuoteen 2030 mennessä.

Uudistukset räntäkestävien aurinkopaneelien suunnittelussa

Karkaistut lasit ja vahvistetut kehäratkaisut parantamaan iskunkestävyyttä

Nykyään aurinkopaneeleissa on kovettua lasia, joka on noin kolme kertaa vahvempaa kuin tavallinen fotovoltaalinen lasi. Tämä erityislasia kestää suoria 25 mm:n jyrskeiden osumia yli 23 metrin sekunnissa nopeudella. Kehykset ovat myös vahvistettua alumiinia ja niiden rakenne on suunniteltu siten, että paine leviää paremmin, jolloin pienet halkeamat eivät etene paneelin läpi. Edes useista osumista huolimatta nämä paneelit säilyvät rakenteellisesti ehjinä. Teollisuuden tutkimusten mukaan aurinkoasennuksissa, joissa käytetään tätä teknologiaa, on noin 70–75 % vähemmän vakuutuskorvaushakemuksia alueilla, joissa jyskeet ovat yleisiä, verrattuna vanhempiin paneelimalleihin.

Seuraavan sukupolven kapselointiaineet ja takaseinät, jotka parantavat kestävyyttä

Materiaalitekniikan viimeaikaiset edistysaskeleet ovat tuoneet mukanaan melko vaikuttavia muutoksia aurinkopaneelien valmistuksessa. Hybridikapselointimateriaalit, jotka yhdistävät EVA:n fluoripolymeerikerroksiin, vähentävät kosteuden tunkeutumista noin 40 %:lla ja kestävät törmäyksiä paremmin. Paneelien takalevyosassa valmistajat käyttävät nyt kaksikerroksisia ratkaisuja, joissa on polyamidikalvoja sekä erityisiä UV-suojapäällysteitä, jotka suojaavat rakeen aiheuttamilta vaurioilta ja hidastavat ikääntymisvaikutuksia ajan myötä. Viime vuonna Solar Builder -lehdessä julkaistun tutkimuksen mukaan nämä uudet materiaalit pystyvät pidentämään aurinkopaneelien käyttöikää 8–12 vuotta asennuksissa, joissa sääolosuhteet ovat ankaria, samalla kun ne säilyttävät tehokkaan valonsiirtokyvyn. Tämäntyyppinen kehitys on merkityksellistä kaikille, jotka harkitsevat pitkän tähtäimen investointeja uusiutuviin energiaratkaisuihin.

Aurinkopaneelien valinta ja suojaus rakealttiilla alueilla

Sertifioitujen, korkea-iskunkestävien modulien valinta johtavilta brändeiltä

Ostaessasi aurinkopaneeleita, etsi niitä, jotka täyttävät IEC 61215- ja FM Global -standardit. Nämä sertifioinnit tarkoittavat, että paneelit kestävät 25 mm kokoisten rakeiden aiheuttamia iskuja nopeudella noin 23 metriä sekunnissa, mikä vastaa Category 3 -myrskyissä esiintyviä olosuhteita. Tiukkoja testausmenetelmiä noudattavat yritykset ilmoittavat yleensä noin 98 %:n selviytymisasteesta kontrolloiduissa testiympäristöissä. Näiden paneelien karkaistulla lasilla on ASTM E1038-22 -standardin mukaan luokan 4 arvo, mikä tarkoittaa, että ne kestävät noin 44,7 joulen iskukuorman. Tämä on itse asiassa 35 % kestävämpi kuin tavalliset paneelit, mikä tekee niistä järkevän valinnan alueille, joilla esiintyy ankaria sääilmiöitä.

Hinta-hyötyanalyysi premium-luokan rakeenkestävistä aurinkopaneeleista

Vaikka hauruutta vastaan kestävät mallit maksavat alussa 8–15 % enemmän, vuoden 2023 tutkimus 12 000 asennuksesta osoitti 72 % matalammat vaurioprosentit äärijääolosuhteissa. 25 vuoden aikana nämä paneelit säilyttävät 93 % tuotannollisuudestaan verrattuna perinteisten yksiköiden 78 %:iin, tuottaen yli 3 100 $ lisäarvoa energiana jokaista 6 kW järjestelmää kohden. Vakuutusyhtiöt tarjoavat yleensä 18–22 %:n vakuutusmaksualennuksia sertifioituja hauruutta vastaan kestäviä asennuksia varten.

Suojauksen jälkiasennus: Hauruussuojat, päällysteet ja optimaaliset kallistuskulmastrategiat

Vuoden 2022 NREL-tutkimuksen mukaan polikarbonaattivalmisteiset rakeensuojat voivat vähentää iskunvoimia noin 65 prosenttia, ja ne päästävät silti läpi noin 97 prosenttia saatavilla olevasta valosta. On myös automatisoituja kallistusjärjestelmiä, jotka asettavat paneelit parempaan asentoon juuri ennen myrskyjen saapumista. Näiden järjestelmien on osoitettu vähentävän suoria osumia noin 80 prosentilla Texasissa tehdyissä testeissä. Kun nämä yhdistetään erityisiin pinnoitteisiin, jotka hylkivät vettä ja estävät pienten halkeamien pahenemisen, kaikki nämä parannukset yhdessä voivat tehdä aurinkosysteemeistä 9–12 vuotta kestävämpiä alueilla, joilla rakeet ovat tavallinen ilmiö.

UKK

Mitä standardeja käytetään aurinkopaneelien rakeenkestävyyden testaamiseen?

Aurinkopaneelien rakeenkestävyyttä testataan IEC 61215- ja ASTM E1038 -standardeilla. Testeihin kuuluu paneelien kimppuun ampuminen noin tuuman halkaisuisilla jääpalloilla nopeudella noin 51 mailia tunnissa.

Miten FM Global -sertifioinnit eroavat tavanomaisista aurinkopaneelien testeistä?

FM Global -sertifiointiin kuuluu isompia jääpalleroita (50 mm) ja korkeampia nopeuksia (30 m/s) käyttävät iskusimulaatiot verrattuna perinteisiin testeihin, ja siinä tarkastellaan toistuvien jääpalleroiskujen vaikutuksia sekä rakenteellista eheyttä että sähköisen suorituskyvyn heikkenemistä.

Miksi todellisten olosuhteiden jääpallerotesti on merkityksellinen aurinkopaneeleille?

Todellisten olosuhteiden testaus huomioi muita tekijöitä, kuten iskunopeuden, jääpallojen tiheyden ja satunnaiset kulmaiset iskut, mikä paremmin simuloi vaikeita sääoloja, jotka voivat vaikuttaa paneelin kestävyyteen.

Mitkä teknologiset edistysaskeleet auttavat aurinkopaneeleita kestämään jääpalleroiskeita?

Uusimmat innovaatiot, kuten karkaistu lasi, vahvistetut alumiinikehykset, hybridikapselointiaineet ja takaseinät, parantavat huomattavasti aurinkopaneelien kestävyyttä jääpalleroiskeita vastaan samalla kun varmistetaan tehokas valonsiirto.

Kuinka aurinkopaneelien suojaukseen liittyvät strategiat voivat auttaa jääpalleroiskuilta alttiilla alueilla?

Havaintosuojien asentaminen, pinnoitteiden käyttö ja kallistusjärjestelmien optimointi voivat merkittävästi vähentää sateen vaikutusta ja pidentää aurinkopaneelien käyttöikää sateelta alttiilla alueilla.