Ar saulės baterijos atsparios sunkiam orui, pvz., krušai?

Kaip testuojamas saulės baterijų atsparumas krušai

Smūgio bandymų standartai: IEC ir ASTM reikalavimai saulės baterijų ilgaamžiškumui

Gamintojai išsamiai testuoja saulės elementus pagal IEC 61215 ir ASTM E1038 standartus, kad patikrintų jų atsparumą krušos pažeidimams. Testavimas apima 11 apie colį skersmens ledo rutulių mėtymą į panelę greičiu apie 51 mylią per valandą. Nors dauguma plokščių išlaiko šiuos pagrindinius testus, daugelis ekspertų mano, kad reikia geresnių būdų vertinti svarbias dalis, tokius kaip magistralės ir jungiamosios dėžutės. Paskutiniai praėjusiais metais aptikti problemų po didelės krušos Kolorade parodė, kad net plokštės, išlaikiusios standartinius testus, gali sugesti susidūrus su realiomis sąlygomis. Dėl to pagrindinės sertifikavimo organizacijos skatina taikyti išsamesnes bandymų metodes, atitinkančias faktines oro sąlygas.

FM Global sertifikavimas ir jo reikšmė sunkiomis oro sąlygomis

FM Global sertifikavimas keliamas aukštesnis naudojant smūgio simuliacijas su 50 mm (2 colių) krušos gabalais 30 m/s (67 mylios per valandą) greičiu. Šis standartas užpildo spragas tradiciniame testavime, vertindamas, kaip pakartotiniai smūgiai veikia:

• Stiklo lūžimo modeliai
• Mikroįtrūkimų plitimas fotovoltiniuose elementuose
• Elektrinės našos mažėjimas

Gamintojai, gaunantys šį sertifikatą, rodo 84 % žemesnį draudimo prašymų skaičių kritulių linksmose vietovėse lyginant su nesertifikuotomis alternatyvomis (Ponemon, 2022).

Tipiniai krušos smūgio bandymai: 25 mm ledo rutuliai 27 m/s greičiu ir realios aplinkos imitacija

Šiuolaikiniai bandymai sujungia IEC reikalavimus su realios aplinkos kintamaisiais:

Kodėl svarbūs laboratorijos tyrimai: tarpininkavimas tarp kontroliuojamų aplinkų ir realaus naudojimo efektyvumo

Laboratorijos tyrimai niekada tiksliai neatspindės to, kas vyksta per dešimtmečius trukusį tikrojo oro poveikį medžiagoms, tačiau jie vis tiek suteikia svarbius pradinius vertinimo punktus. Paimkime skydelius, kurie atitinka 25 mm esant 23 m/s bandymo standartą – šie po penkerių metų, praleistų Tekaso krušo audrose, paprastai išlaiko apie 97 % savo pradinės stiprybės, tuo tarpu skydeliai, neatitinkantys bandymų, sumažėja iki maždaug 63 % konstrukcinio vientisumo. Tačiau pramonės ekspertai nurodo, kad faktinė tarnavimo trukmė realybėje taip pat priklauso nuo montavimo būdo. Kai montuotojai tinkamai įverčia tuos tvirtinimo rėmus, pastebimas gana reikšmingas krušos pažeidimų mažėjimas – pagal praėjusiais metais paskelbtus Nacionalinių atsinaujinančios energijos laboratorijos duomenis, problemų sumažėja apie 41 %.

Saules baterijų ilgaamžiškumas už krušos ribų: veikimas ekstremaliomis orų sąlygomis

Atsparumas UV senėjimui, termokaitai ir drėgmei

Dėka patobulintų technologijų, tokių kaip specialūs polimeriniai apatiniai sluoksniai ir modernios atspindžio mažinančios dangos, šiandienos saulės baterijos gali tarnauti daugelį metų nepaisant nuolatinės UV spindulių poveikio. Naujesni konstrukciniai sprendimai sumažina UV pažeidimus apie 58 % lyginant su senesniais modeliais, tai parodė 2023 m. Nacionalinės atkūriamosios energijos laboratorijos (NREL) tyrimai. Norėdami išbandyti jų ilgaamžiškumą, gamintojai saulės baterijas testuoja kontroliuojamoje aplinkoje, kur temperatūra smarkiai kinta tarp -40 laipsnių Celsijaus ir 85 laipsnių Celsijaus, taip pat veikiant dideliam drėgnumui. Šis pagreitintas testavimas per tik penkias dienas imituoją tai, kas įprastai vyksta per 25 realaus naudojimo metus, remiantis IEC 61215 protokolu dėl terminio ciklų testavimo. Taip pat atliekami specifiniai drėgmės ir užšalimo bandymai, siekiant užtikrinti, kad skydelių sandaros tinkamai veiktų ir neleistų vandens vidun – tai ypač svarbu diegimams karštuose, drėgnųse regionuose, kur kondensacija visada kelia susirūpinimą.

Fotovoltinių sistemų konstrukcinis vientisumas per audras ir stiprius vėjus

Sertifikuotos fotovoltinės (PV) tvirtinimo sistemos išlaiko vėjo greitį iki 140 mylių per valandą – atitinkantį 4 kategorijos uraganus – dėka dinaminio apkrovos testavimo. FM Global sertifikavimas reikalauja, kad saulės masyvai parodytų nulinį konstrukcinių gedimų lygį po ilgalaikio 120 mylių per valandą vėjo poveikio, šį standartą atitinka 90 % komercinių rėmelių sistemų.

Ilgalaikis našumo prastėjimas po ekstremalių oro sąlygų įvykių

NREL lauko duomenys rodo, kad saulės baterijos regionuose, kur dažnai krenta kruša, po 15 metų išlaiko 92 % efektyvumo, o pakrantės zonose metinis našumo sumažėjimas sudaro tik 0,8 %. Tačiau kartotinis terminis stresas dėl ekstremalių karščių gali pagreitinti jungtuvų dėžutės nusidėvėjimą, todėl reikalingos patvarios hermetizacijos medžiagos.

Praktiniai duomenys apie saulės baterijų atsparumą krušai

Atvejo analizė: 2017 m. Kolorado kruša ir jos poveikis fotovoltinėms sistemoms

2017 metais į Koloradą pataikė milžiniškas krušos audra, kurios metu žemėn krito apie 45 mm skersmens ledo gabalai, judantys neįtikėtinu 32 metrų per sekundę greičiu. Šis greitis gerokai viršijo tai, ką dažniausiai numato saulės baterijų bandymai. Nors gamintojai dažnai teigia, kad jų produktai atsparūs krušai, Nacionalinė atsinaujinančios energijos laboratorija nustatė, kad po audros apie 14 % paveiktų saulės elektrinių turėjo keisti kai kurias dalis. Viena didelė naudotojų masto instaliacija neteko 5 % visų savo plokščių, nes šios negalėjo išlaikyti tokio smūgio, o kitos 22 % pradėjo gaminti mažiau elektros dėl mikroskopinių įtrūkimų, kurių iš karto nepastebėjo niekas. Po to, kai buvo matyti, kaip rimtai realios sąlygos pažeidė instaliacijas, Atsinaujinančios energijos bandomajame centre dirbantys ekspertai pasiūlė pakeisti saulės plokščių bandymo krušai būdus. Jie nori naujų protokolų, kurie tikroviškiau atspindėtų krušos judėjimo trajektorijas per tikras audras, o ne tiesioginį plokščių smūgį.

Krušos žalos dažnis aukšto rizikos regionuose ir draudimo prašymų tendencijos

Į krušą linkusiuose regionuose, tokiuose kaip Teksasas ir Koloradas, saulės energijos sistemų žalos prašymai yra 3,7 karto didesni lyginant su pakrantės zonomis (kWh Analytics 2024). Draudimo duomenys rodo:

• 73 % orų sąlygų susijusių prašymų apima krušos padarytą žalą
• Vidutinė remonto kaina: 18 200 USD vienam komerciniam masyvui
• nuo 2020 m. 40 % padidėjo įrenginių, apsaugančių nuo krušos, montavimas antriniam naudojimui

Federalinė nepakankamumo valdymo agentūra nurodo geresnius prašymų rezultatus sistemoms, kurios naudoja pasvirimo kampą virš 35°, sumažinant tiesioginį poveikį 60 %.

Ar gamintojai pervertina atsparumą krušai? Apžvelgiant kontroversiją

Nors 92 % plokščių išlaiko IEC 61215 laboratorinius bandymus, lauko tyrimai parodo, kad 34 % nepalaiko deklaruotų charakteristik po stiprių krušos įvykių (SolarBuilder 2023). Kritikai teigia, kad esami standartai:

1. Neatsižvelgia į kelis iš eilės einančius smūgius
2. Naudoja sferinį ledą, o ne netaisyklingos formos krušą
3. Testuokite modulius izoliuotai, o ne masyvo konfigūracijose

Gamintojai teigia, kad realioje aplinkoje žalą dažnai sukelia netinkami montavimo kampai arba iš anksto esami skydelių defektai. Diskusijos tęsiasi, nes klimato modeliai prognozuoja 17 % stipresnius krušos audrų intensyvumą saulės energijos turtingose regionuose iki 2030 m.

Inovacijos saulės baterijų dizaine, atspariame krušai

Kietinamas stiklas ir sustiprinti rėmų technologijos aukštesniam smūgiui atlaikyti

Šių dienų saulės baterijos aprūpintos kietinamu stiklu, kuris apie tris kartus atsparesnis už įprastą fotovoltinį stiklą. Šis specialus stiklas gali išlaikyti tiesioginį smūgį ledo gabalų, kurių dydis siekia 25 mm ir kurie juda greičiu daugiau nei 23 metrai per sekundę. Rėmai taip pat pagaminti iš stiprinto aliuminio, kuris geriau skirtas slėgiui tolygiai paskirstyti, kad mikroskopinės įtrūkimų linijos nesiplėstų per visą plokštę. Net esant daugkartiniam smūgiui, šios plokštės išlieka konstrukciškai tvirtos. Remiantis pramonės tyrimais, saulės energijos įrenginiai, naudojantys šią technologiją, regionuose, kur dažnai lyja kruša, turi apie 70–75 % mažiau pretenzijų draudimo kompanijoms, palyginti su senesnių modelių plokštėmis.

Kitos kartos inkapsuliavimo medžiagos ir galinės dangos, kurios padidina ilgaamžiškumą

Medžiagų technologijose pasiekti naujausi pasiekimai sukelia gana įspūdingus pokyčius saulės baterijų konstrukcijoje. Hibridiniai hermetikai, kuriuose EVA mišinys derinamas su fluoropolimerų sluoksniais, sumažina drėgmės patekimą vidun apie 40 %, be to, jie taip pat geriau atlaiko smūgius. Gamindami saulės baterijų galinius sluoksnius, gamintojai dabar naudoja dviglius dizainus su poliamido plėvelėmis ir specialiomis UV danga, kurios padeda apsaugoti nuo krušos pažeidimų ir sulėtina senėjimo efektus ilgainiui. Pagal prieš metus paskelbtą tyrimą žurnale „Solar Builder Magazine“, šios naujos medžiagos išties pratęsia saulės baterijų tarnavimo laiką nuo 8 iki 12 metų ilgiau, ypač diegiant jas vietovėse, kuriose dažnai pasitaiko sunkios oro sąlygos, visiškai išlaikant jų gebėjimą efektyviai perduoti šviesą. Toks progresas yra svarbus visiems, kurie vertina ilgalaikius investicijų į atsinaujinančios energijos sistemas aspektus.

Saulės baterijų parinkimas ir apsauga krušai lankstose vietovėse

Aukštos smūgio atsparos modulių parinkimas iš pirmaujančių prekių ženklų

Pirkdami saulės baterijas, ieškokite tokių, kurios atitinka IEC 61215 ir FM Global standartus. Šie sertifikatai reiškia, kad plokštės gali išlaikyti smūgius nuo 25 mm krušos, judančios apie 23 metrus per sekundę, panašiai kaip matoma 3 kategorijos uraganuose. Įmonės, laikantis griežtų bandymų procedūrų, paprastai praneša apie apie 98 % išlikimo rodiklį, kai testavimas atliekamas kontroliuojamoje aplinkoje. Šių plokščių kietintas stiklas pagal ASTM E1038-22 standartus gauna 4 klasės reitingą, kas reiškia, kad jis gali sugerti apytiksliai 44,7 Džaulių smūginės jėgos. Iš tikrųjų tai 35 % patvaresnis nei įprastos plokštės, todėl tai protingas pasirinkimas vietovėms, kuriose dažnai pasitaiko sunkios oro sąlygos.

Aukštos kokybės nuo krušos apsaugančių saulės baterijų sąnaudų ir naudos analizė

Nors nuo krušos atsparūs modeliai iš pradžių kainuoja 8–15 % daugiau, 2023 m. metų tyrimas, apimantis 12 000 įrenginių, parodė 72 % žemesnį pažeidimų lygį stiprių oro sąlygų zonose. Per 25 metus šie skydeliai išlaiko 93 % našumą palyginti su 78 % konvencinių vienetų, pagamindami daugiau kaip 3 100 JAV dolerių papildomos energijos vertės kiekvienai 6 kW sistemai. Draudimo teikėjai paprastai siūlo 18–22 % premijų nuolaidas sertifikuotiems nuo krušos atspariems įrenginiams.

Apsaugos modernizavimas: krušos apsauga, denginiai ir optimalios montavimo pakreipimo strategijos

Pagal NREL 2022 metų tyrimus, grandininio karbonato pagamintos krušos apsaugos gali sumažinti smūgio jėgą maždaug 65 procentų ir vis tiek praleidžia apie 97 % esamos šviesos. Taip pat yra automatinės pakreipimo sistemos, kurios prieš pat audrą nustato plokštes į geresnę padėtį. Remiantis Teksase atliktomis bandymų, šios sistemos sumažina tiesioginius poveikius maždaug 80 %. Kai šios naujovės derinamos su specialiais danga, atstumiančia vandenį ir neleidžiančia mažoms įtrūkimams pablogėti, visos šios patobulinimai kartu leidžia saulės energijos sistemoms tarnauti 9–12 metų ilgiau vietose, kur dažnai krenta kruša.

Dažniausiai užduodami klausimai

Kokie standartai naudojami saulės baterijų atsparumui krušai testuoti?

Saulės baterijų atsparumas krušai testuojamas remiantis IEC 61215 ir ASTM E1038 standartais. Šiuose testuose plokštes smuginama apie colio skersmens lediniais rutuliais greičiu apie 51 mylią per valandą.

Kaip FM Global sertifikatai skiriasi nuo įprastų saulės baterijų testų?

FM Global sertifikavimas apima smūgio simuliacijas su didesniais krušos gabalėliais (50 mm) didesniu greičiu (30 m/s) lyginant su įprastiniais testais, taip pat nagrinėja pakartotinių krušos smūgių poveikį bei konstrukcijos vientisumą ir elektros našumą.

Kodėl tikrojo pasaulio krušos bandymai yra svarbūs saulės baterijoms?

Tikrojo pasaulio bandymai atsižvelgia į papildomus veiksnius, tokius kaip smūgio greitis, ledo rutulio tankis ir atsitiktiniai kampiniai smūgiai, kurie geriau imituoja sunkias oro sąlygas, galinčias paveikti plokštės ilgaamžiškumą.

Kokie technologiniai naujovės padeda saulės baterijoms atlaikyti krušą?

Naujausios inovacijos, tokios kaip grūdintas stiklas, stiprinti aliuminio rėmai, hibridiniai hermetikai ir apatinės dangos, žymiai padidina saulės baterijų atsparumą krušai, tuo pačiu užtikrindamos efektyvią šviesos perdavimą.

Kaip saulės baterijų apsaugos strategijos gali padėti krušai būdingose vietovėse?

Taktikos, tokios kaip krušos apsaugos įrengimas, dangų naudojimas ir pasvirimo sistemų optimizavimas, gali žymiai sumažinti krušos poveikio jėgas ir pailginti saulės baterijų tarnavimo laiką regionuose, kur dažnai krenta kruša.