Fenomén „Snail Trails“ / „šnečí cestičky“

O co se jedná? Na povrchu fotovoltaických článků, pod krycím sklem a laminační vrstvou se po několika měsících provozu fotovoltaické elektrárny začínají objevovat změny zabarvení ve tvaru tmavých, rovných či různě zakřivených, případně se větvících linií či „cestiček“ o šířce cca 0,5–1 cm, v některých případech se objevuje tmavěji zbarvené „orámování“ na vnějších okrajích fotovoltaických článků. „Šnečí cestičky“ jsou ohraničeny jednotlivými články, bývá jimi obvykle postiženo více článků v modulu a jevem nejsou postiženy všechny moduly rovnoměrně. K jevu dochází i polykrystalických i monokrystalických modulů. Postiženy jsou panely různých výrobců z Evropy, Asie i USA, včetně velkých mainstreamových značek, naopak, u některých značek panelů se jev vůbec neprojevuje.

Prostou technickou logikou je vzhledem k výše uvedeným charakteristikám možno dedukovat, že tento jev souvisí se samotnými články v panelu (ohraničení hranicemi článku, postižení pouze několika článků v panelu), bude se pravděpodobně jednat o kombinaci chemických a fyzikálních změn (jev se objevuje až po několika měsících provozu pod plným zatížením) a jev bude závislý na použité výrobní technologii či komponentách (omezení pouze na některé značky panelů).

Provozovatelé „šnečími cestičkami“ postižených FVE pochopitelně propadají obavám, zda tento jev neznamená vadu, mající vliv na výkon fotovoltaických panelů a tím i celé fotovoltaické elektrárny. Reakce výrobců panelů, na které se majitelé či generální dodavatelé FVE obracejí, jsou obvykle ve smyslu „nic se neděje, jedná se pouze o optickou vadu bez dopadu na výkon, není to důvod k reklamaci“. Jsou tedy „šnečí cestičky“ důvodem k vážnému znepokojení či ne?

Jev „šnečích cestiček“ není nový, na některých FVE realizovaných v Evropě byl popsán již v roce 2004 a podrobněji dokumentován a zkoumán od roku 2006. V souvislosti s nebývalým boomem instalací v Německu, Itálii, ČR a dalších zemích v letech 2009–2011 se tento jev začal objevovat ve zvýšené míře bělem uplynulých cca 3 let a po úvodní komunikaci majitelů FVE s výrobci a dodavateli panelů začal být zkoumán renomovanými výzkumnými a certifikačními institucemi (Fraunhofer Center for Silicon Photovoltaics, TÜV Rheinland a další). Jaké jsou současné závěry a hypotézy příčin a mechanismu vzniku „šnečích cestiček“ a jejich vztahu k případným defektům fotovoltaických panelů?

Výklad a pochopení tohoto fenoménu mezi odbornou veřejností nejsou prozatím jednoznačné, nejpokročilejší ve výzkumu tohoto jevu jsou pravděpodobně vědci z Fraunhofer Center for Silicon Photovoltaics (CSP), i tak tento jev zatím zůstává technologickým mystériem, jehož příčina a mechanismus vzniku nejsou zatím příliš jasné.

Nejčastěji prezentovanou hypotézou je, že „šnečí cestičky“ vznikají díky kombinaci několika faktorů, z nichž mezi klíčové patří:

• Mikrotrhliny ve fotovoltaických článcích.
• Použitá EVA (etylvinylacetát) fólie jako podkladová vrstva spodní strany článků a specifické chemické komponenty použité při její výrobě.
• Pravděpodobné pronikání vlhkosti do struktury FV panelu.
• Fyzikální a chemické jevy probíhající ve FV panelu při dlouhodobé expozici slunečnímu záření a provozním teplotám ve venkovním prostředí.

Podle nejpokročilejších hypotéz dochází k difúzi některých chemických komponent z EVA fólie přes mikrotrhliny v článcích na jeho lícovou stranu, kde dochází k oxidaci stříbrných kontaktů („fingers“), případně depozici polymerů pocházejících z EVA fólie na lícové straně článku a vytvoření změn zabarvení.

S názory vědců z FraunhoferCSP není konzistentní vysvětlení společnosti Canadian Solar, podle níž jev souvisí s určitými chemickými komponentami použitými při výrobě EVA fólie, kterou od konce roku 2010 již nevyužívá, výrobce ale nebyl schopen upřesnit jakékoliv další podrobnosti. Podle teorií podporovaných jinými výrobci panelů (Schüco International) mohou difúzi komponent z EVA fólie podporovat i změny v elektrickém odporu na mikrotrhlinách (a tedy i rozložení proudů a teplot).

Reakce výrobců FV panelů jsou víceméně identické – jev zkoumají a snaží se eliminovat, tvrdí však, že se jedná pouze o optickou a estetickou vadu, která není důvodem k reklamaci a která nemá vliv na výkonové parametry FV panelů. Jediný výrobce, který „šnečí cestičky“ uznával jako důvod pro reklamace, je společnost Q-CELLS, který však počátkem dubna 2012 vyhlásil bankrot.

Přestože mikrotrhliny ve fotovoltaických článcích jsou uváděny jako jeden z klíčových faktorů pro vznik „šnečích cestiček“, je nutno zdůraznit, že „šnečí cestičky“ nejsou příčinou, ale spíše průvodním jevem, který provází výrobní vady fotovoltaických článků. Mikotrhliny ve fotovoltaických článcích mohou vznikat ve výrobě (od fáze výroby ingotu, přes vafle a samotné články až po sestavení samotného panelu) – obvykle bývají detekovány při výstupní kontrole, kdy řada výrobců používá elektroluminiscenční metody detekce mechanických vad článků. Vzhledem k tomu, že většina výrobců ujišťuje, že panely opustily výrobní závody bez mikrotrhlin (a dokládají to výstupy z kontroly elektroluminiscencí), jsou v podezření i další mechanismy vzniku mikrotrhlin, a to až po opuštění výrobního závodu. Mikrotrhliny mohou vznikat i nešetrným zacházením s panely při dopravě a manipulaci (nárazy, nešetrná manipulace s paletami, „napíchnutí“ vidlicí vysokozdvižného vozíku apod.), instalaci (nošení panelů na hlavě, stoupání na sklo panelů, nárazy konektorů na zadní stranu laminátu), ale i při samotném provozu fotovoltaické elektrárny vlivem klimatických vlivů (prudké změny teplot, zatížení sněhem, krupobití apod.).

Co říci závěrem? Fenomén „šnečích cestiček“ je stále technologickým mystériem, i když v současné době intenzivně probíhají práce na výzkumu jeho příčin, mechanismu vzniku, i jeho dopadu či korelaci s defekty fotovoltaických panelů.

Česká fotovoltaická průmyslová asociace (CZEPHO) v rámci pracovní skupiny „velké instalace“ iniciovala řešení otázky „šnečích cestiček“ mezi svými členy, na jejichž FVE se tento jev projevil, s cílem usnadnit výměnu informací a zkušeností a případného společného postupu při dalším výzkumu tohoto jevu či společného postupu při řešení případných reklamací tam, kde se prokáže, že jev „šnečích cestiček“ doprovází vážnější defekty FV panelů. Cílem je také nalézt a doporučit ukazatele a diagnostické metody pro jednoznačnou a výrobci panelů akceptovatelnou identifikaci vadných FV panelů.

V ČR rovněž probíhá výzkum tohoto fenoménu na některých vysokoškolských pracovištích a v rámci soukromých společností jako např. Solartec Rožnov pod Radhoštěm, který první výsledky a doporučení týkající se problematiky „šnečích cestiček“ prezentoval na 7. České fotovoltaické konferenci v květnu 2012 [3].

V každém případě tímto jevem postižení majitelé fotovoltaických elektráren by měli věnovat zvýšenou pozornost vyhodnocení provozu FVE a diagnostice vad panelů. Jako první krok doporučujeme alespoň rámcové nezávislé vyhodnocení (benchmarking) dosahovaných parametrů fotovoltaické elektrárny, s cílem identifikovat případné jednorázové, ale zejména systematické odchylky od předpokládaných provozních parametrů FVE (například na bázi porovnání měrných výrob s referenčním systémem v blízkosti lokality či s průměrem daného regionu), případně detailní vyhodnocení provozních parametrů FVE nezávislých na slunečním záření (vyhodnocení parametru Performance Ratio či celkové účinnost systému a její porovnání s referenčním modelovým výpočtem). V případě identifikace jednorázově či systematicky nižších provozních parametrů FVE je pak nezbytná detailní identifikace příčin snížení výroby na základě rozboru dat z monitorovacího systému FVE či přímo cílenou diagnostiku dílčích částí systému, zejména fotovoltaických panelů (termovizní snímkování, měření I-V křivek stringů či panelů apod.).

Tématikou benchmarkingu a vyhodnocování parametrů FVE, diagnostiky systémových chyb a vad dílčích komponent FVE a praktickým zjištěním z vyhodnocení provozu FVE, případně i diagnostiky a měření panelů postižených jevem „šnečích cestiček“ se budou zabývat následující články.

Reference

• [1] Rutschmann, I.: Unlocking the secret of snail trails, Photon International, January2012, p. 114–125
• [2] Koentges, M. et al.:Schneckenspuren, Snail Tracks, Worm Marks und Mikrorisse, 8. Workshop Photovoltaik-Modultechnik, 24.–25. 11. 2011, TÜV Rheinland, Köln2 5. 11. 2011
• [3] Bařinka, R.: Snailtrails – technický, nebo jen estetický problém?, Prezentace na 7. ČFVK, Brno, 3. květen 2012

Ing. Jaroslav Jakubes je ředitelem divize OZE v nezávislé konzultační společnosti ENA, s.r.o. a členem představenstva České průmyslové fotovoltaické asociace. Divize OZE společnosti ENA se problematikou fotovoltaiky zabývá od února 2010, zpracovala od té doby energetické audity, technické due-diligence posudky, vyhodnocení provozu a další nezávislé technické analýzy pro více než 450 MW fotovoltaických projektů v ČR, na Slovensku i dalších evropských zemích. V případě zájmu o nezávislý benchmarking či vyhodnocení provozu jsou experti ENA, s.r.o. provozovatelům FVE plně k dispozici.