Was ist die Ausfallart eines Solarmoduls?

Ich habe verstanden, dass Sonnenkollektoren nicht ewig halten. Die Garantien betragen in der Regel ein paar Dutzend Jahre, und Sie können davon ausgehen, dass Ihr Panel vielleicht die doppelte Garantiezeit hält.

Aber was passiert genau, wenn das Panel ausfällt? Fällt es plötzlich aus wie Computerfestplatten oder lässt seine Leistung nach wie die Kapazität von Batterien? Was sind die physikalischen Prinzipien hinter dem versagenden Solarmodul? Hängt der Fehler in irgendeiner Weise mit der Hitze zusammen?

Halten Solarzellen einer renommierten Marke länger als billige chinesische Zellen?

Ist es möglich, ein Solarpanel herzustellen, das bei einem ausreichend hohen Preis im Wesentlichen ewig hält? Ein solches Panel könnte sich als nützlich erweisen, wenn sich herausstellt, dass das Niedrigzinsumfeld anhält.

Natürlich gibt es viele Typen von Solarzellen, daher kann sich die Antwort auf die gängigsten Typen beschränken, nämlich polykristalline und monokristalline Siliziumzellen.

Ich bin neugierig, ob Solarmodule mehr Energie produzieren, als für die Herstellung eines neuen Solarmoduls benötigt wird. Andernfalls verbrennen Sie nur fossile Brennstoffe, um Sonnenkollektoren herzustellen.
@Chloe Das ist eine gute Frage, aber vielleicht nicht für diese Seite. Mein Verständnis ist, dass sie schließlich die investierte Energie zurückzahlen werden. Das hängt natürlich von der Lebensdauer ab, daher diese Frage. Laut Wikipedia beträgt die Amortisation 1 bis 4 Jahre: en.wikipedia.org/wiki/…
@Chloe Sie können das abschätzen , indem Sie berechnen, ob die Herstellung eines neuen Solarmoduls mehr Geld kostet, als Sie während seiner Lebensdauer an Netzenergie sparen.
Jemand kann einen Baum fällen, einen Fehler machen und den Baum auf einige Sonnenkollektoren fallen lassen . Das wird genau dort einen Fehler verursachen.
@Chloe, das sind nur Lügen (Propaganda), die von Konkurrenten und staatlichen Akteuren mit einem begründeten Interesse an unserer (mangelnden) Energieunabhängigkeit geschürt und auf ein empfängliches Publikum (Neocons) ausgerichtet sind. Fühlen Sie sich frei, auf skeptics.stackexchange oder Snopes zu fragen. Natürlich werden sie alle von Al Gore gekauft und bezahlt ;)
billige chinesische Zellen - oder tatsächlich billige Zellen aus irgendeinem Land.
@NickGammon AFAIK Mexiko und Korea haben vor etwa 15 Jahren die Massenproduktion spottbilliger, minderwertiger Elektronik eingestellt. China ist praktisch das Einzige, das noch im Spiel ist.
@Chloe Eine ähnliche Frage wurde hier gestellt: skeptics.stackexchange.com/questions/5101/…
@DmitryGrigoryev Massenproduktion - prüfen - spottbillig - prüfen - aber ich würde chinesisches elektronisches Produkt in keiner allgemeinen Aussage als von geringer Qualität betrachten.
Ich würde chinesischen Elektrolytkondensatoren nicht vertrauen. Japanische? Ja, denen vertraue ich, würde aber trotzdem ein Gerät ohne Elkos bevorzugen.
@Chloe Was ist, wenn die gesamte Energie, die zur Herstellung eines Solarmoduls verwendet wird, aus Solarmodulen gewonnen wird?
Solarstrom in Privatbesitz ist mit vielen politischen und wirtschaftlichen Fragen verbunden. Was passiert mit den Versorgungsunternehmen? Was passiert mit ihren Investoren? In Zukunft werden Sie möglicherweise Vorschriften sehen, die der Solarenergiebranche auferlegt werden, wahrscheinlich im Namen des Umweltschutzes. Sind sie nicht teilweise aus Arsen?
@ richard1941 Tatsächlich ist der in Solarzellen verwendete n-Typ-Dotierstoff Phosphor, nicht Arsen. Und selbst wenn Arsen verwendet wurde, werden Dotierstoffe in extrem niedrigen Konzentrationen verwendet, so dass dies kein Problem wäre. Einige Zellen, die in Weltraumanwendungen verwendet werden, verwenden Galliumarsenid, aber solche Zellen werden überhaupt nicht oft in terrestrischen Installationen verwendet, weil GaAs-Zellen teurer sind (aber die Mehrfachübergangszellen bieten höhere Wirkungsgrade, die durch ihre hohen Kosten mehr als ausgeglichen werden).
@ richard1941 ... und der Spitzenwert des Stromverbrauchs folgt ziemlich gut dem Spitzenwert der Solarstromerzeugung, da die Menschen tagsüber Strom verbrauchen, nicht nachts. Die Energieversorger können also tatsächlich eine stabilere Nachfrage aufgrund von Solarenergie sehen. Insgesamt ist Solar gut für das Stromsystem. Dies ist besonders gut, da häufig Klimaanlagen verwendet werden: Die Spitze der Solarproduktion entspricht der Spitze der Nachfrage nach der Klimaanlage.
Seit fünfzig Jahren versorgen Solarzellen Satelliten mit Energie und sind immer noch erfolgreich. Mir ist keine Physik bekannt, die dazu führen würde, dass sie sich abnutzen, außer eventuellen Schäden durch kosmische Strahlung. Das Wetter wird jedoch Ihre Verkabelung und Elektronik angreifen. Ich würde mir ansehen, wie NASA und DoD Solarzellen qualifizieren.
Die Vorstellung, dass die Herstellung von Solarmodulen mehr kostet, als sie jemals an Strom produzieren, lässt sich leicht widerlegen. Nehmen wir ein Worst-Case-Szenario an, in dem ALLE Kosten eines Solarpanels in die Energie fließen, die zu seiner Herstellung benötigt wird. Nehmen Sie die Kosten für das Solarpanel und berechnen Sie, wie viele KW/h Sie für dieses Geld kaufen würden. Nehmen Sie nun die vom Panel erzeugte Energie und amortisieren Sie, um zu bestimmen, wie lange es dauert, bis sich das Panel amortisiert. Solange die Lebensdauer des Panels länger als dieser Break-Even-Punkt ist, produziert die Zelle überschüssige Energie. Sie werden wahrscheinlich feststellen, dass es sich um ein Vielfaches bezahlt macht.
@ByronJones, die Dollarkosten für die Herstellung des Solarmoduls sind per Definition nicht proportional zu den Energiekosten. Beispielsweise könnte ein Unternehmen 1500 $ für die Herstellung eines 3000 $-Panels zahlen, weil es 1500 $ Subventionen vom Staat erhält (egal in welchem ​​Land es sich befindet, dies ist ein hypothetisches Szenario). Und der Endverbraucher (Käufer) könnte in 20 Jahren auch 4000 $ an den Stromkosteneinsparungen verdienen, aber das könnte an den zukünftig steigenden Energiepreisen liegen. Aber dieser Dollarpreis ist (theoretisch) nicht proportional zu den Energiekosten, die 1 MWh betragen könnten, um ein Panel herzustellen, das 800 kWh produziert.
@richard1941, wie ich verstanden habe, zahlen Sie in Spanien eine Sondersteuer für jede kWh Solarenergie, die Ihr privates Solarpanel produziert. Also ja, Ihr "hypothetisches" Szenario ist nicht so weit hergeholt. :) Es scheint, dass in Spanien die Sonne nicht kostenlos ist.
In der Ingenieurschule haben wir gelernt, dass die vom Solarzellensystem erzeugte zukünftige Energie einen Kapitalwert hat, der vom zukünftigen Wert der Energie und den zukünftigen Zinssätzen abhängt. Glaubst du, du kannst das vorhersagen? Es ist etwas komplexer, als nur die gegenwärtigen Kosten mit der produzierten Energie zu heutigen Preisen zu vergleichen. All dies hat nichts mit der Zuverlässigkeitsfrage zu tun, aber es ist etwas zu bedenken. Ich gebe Horta eine positive Stimme für die Behandlung der Fehlermodi.
@SorinPostelnicu - hier ist ein Link zu einer aktuellen wissenschaftlichen Studie. Es zeigt, dass bei modernen Solarmodulen die Amortisationszeit von etwas weniger bis etwas mehr als 1 Jahr reicht. Da die Lebensdauer moderner Solarmodule in Jahrzehnten gemessen wird, machen sie sich tatsächlich um ein Vielfaches bezahlt. nature.com/articles/ncomms13728

Antworten (2)

Lesen Sie hierund ein paar andere Orte lassen es so klingen, als ob die Verschlechterung von Solarmodulen sehr unterschiedlich ist. Die Herkunft der Herstellung scheint nicht mit der Langlebigkeit zu korrelieren, oder wenn doch, könnte sie das Gegenteil von unseren Erwartungen sein (China scheint gut abzuschneiden). Im Allgemeinen verlieren Sie jedes Jahr im Durchschnitt einen Bruchteil eines Prozents. Es liegt wahrscheinlich an hochenergetischen Photonen, die die Struktur im Laufe der Zeit leicht verändern. Verwitterung ist auch ein Problem. Vom Wind verwehter Sand, der die Oberfläche zerkratzt, und Staub, der das Licht blockiert, sind zwei weitere Arten, wie Zellen abgebaut werden. Die meisten Solaranlagen scheinen in der Lage zu sein, 20-40 Jahre ohne Probleme zu verwenden, aber einige scheinen nicht gut mit thermischen Zyklen fertig zu werden. In diesem Fall kann es zu einem katastrophalen Ausfall einer oder mehrerer Zellen kommen, der dazu führt, dass schlechte Lötverbindungen brechen, Delaminationen auftreten oder ganze Zellen brechen.

Ich denke, dass das Sterben der unterstützenden Elektronik (Wechselrichter) ein größeres Problem darstellt als die Verschlechterung der Zellen. Die Kosten für die Installation einer Solaranlage werden heutzutage größtenteils von der Peripherie und nicht von den Modulen selbst bestimmt. Leistungselektronik zur Unterstützung des Systems und deren Ausfallmodus ist wirklich das, was ich erforschen würde, wenn ich an Ihrer Stelle wäre, da ich glaube, dass die Wahrscheinlichkeit eines katastrophalen Ausfalls dort in einem viel kürzeren Zeitrahmen viel wahrscheinlicher ist.

Dies scheint einen großartigen Überblick über viele Hersteller und ihre Lebensdauer zu geben. Ich habe ein Diagramm von dort unten eingefügt:Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

+1 für Leistungselektronik zur Unterstützung des Systems und deren Fehlermodus ist wirklich das, was ich recherchieren würde . Ich würde mir viel mehr Sorgen machen, wenn der Stromspeicher ausfällt.
@DanEsparza Guter Punkt, aber das ist nicht unbedingt Teil einer Solaranlage. Die meisten großen Installationen wollen kein Geld dafür verschwenden, wenn Sie einfach an das Stromnetz angeschlossen werden können.
Grid-Tie ist viel bequemer und kostengünstiger als Speicherung, wenn die Anreize nicht zum Vorteil des Energieversorgers gekippt wurden.
Ich stimme nicht zu, dass Leistungselektronik (die vermutlich in einer schönen Trockenbox ohne direkte Sonneneinstrahlung sitzt) voraussichtlich ausfallen sollte, bevor Sonnenkollektoren dies tun. Leistungsgeräte in Industriequalität sind oft für eine Betriebsdauer von 20 bis 40 Jahren ausgelegt.
@DmitryGrigoryev Gute Punkte, betrachten Sie zB Aufzüge. Müssen sie abgesehen von Inspektionen häufig gewartet werden? Auch der Toyota Prius mit viel Leistungselektronik hat sich als äußerst langlebiges Fahrzeug erwiesen.
@juhist-Aufzüge sind sicherheitskritisch und werden daher regelmäßig überprüft. Ich habe einen 500-kW-Wechselrichter gesehen, der für eine Lebensdauer von 40 Jahren mit einmaliger Wartung nach 20 Jahren ausgelegt war. Die Wartung bestand hauptsächlich darin, die Abdeckung zu öffnen und zu überprüfen, ob sich keine der Schrauben durch Vibrationen gelockert hat. Obwohl diese Art von Elektronik vielleicht zu teuer für Solarstrom ist ...
@DmitryGrigoryev Vielleicht rührt mein Wunsch, den Fehlermodus der Leistungselektronik zu erforschen, von meiner mangelnden Erfahrung mit Versionen in Industriequalität her. Gut zu wissen, dass sie im Allgemeinen als zuverlässig bekannt sind.
Soweit ich weiß, würde der von Ihnen beschriebene "katastrophale Ausfall" von Zellen zu einer korrekten Ausgangsleistung von Null führen (oder um einen Faktor reduziert werden, der proportional zur Anzahl der ausgefallenen Zellen ist)? Ist es möglich, dass ein Panel so katastrophal ausfällt, dass es zu einem Kaskadenausfall oder einem Brand kommt (z. B. wenn eine defekte Zelle kurzgeschlossen wird und andere Probleme für ansonsten damit verbundene betriebsbereite Zellen verursacht)?
@DoktorJ Ein katastrophaler Ausfall einer Zelle führt wahrscheinlich zu einem offenen Stromkreis. Die neuesten Setups sind mit Bypass-Dioden ausgestattet, sodass jede Zelle, die ausfällt, nur die Stromabgabe senkt. Diese Bypass-Diode ist praktisch kurzgeschlossen, sodass ein Kurzschluss kein wirkliches Problem darstellt. Es ist durchaus möglich, dass die Wechselrichterschaltung ausfällt und zu einem Brand führt, aber laut Dmitry ist das unwahrscheinlich. In Siliziumzellen gibt es auch nicht viel zu verbrennen, da sie bei 2500 ° F schmelzen.
@horta danke für die info. Natürlich, wenn eine Zelle genug überhitzt, sogar deutlich unter dieser 2500˚-Marke, kann sie an Dingen befestigt sein, die bei niedrigeren Temperaturen verbrennen ...
@DoktorJ Stimmt. Ich denke, Aluminium oder ein anderes Metall wäre die Standardhardware. Kunststoffe hätten Probleme in der Hitze einer Solaranlage.

Nur um den Teil "letzte im Wesentlichen für immer" anzusprechen. Im Gegensatz zu einigen Halbleitergeräten, die ein halbes Jahrhundert oder länger funktionieren können, haben Solarmodule nicht das Privileg, in Innenräumen verwendet zu werden. Dies bedeutet, dass sie unter UV-Strahlung und Korrosion leiden und eine begrenzte Lebensdauer haben.

Es sollte auch beachtet werden, dass massenproduzierte Solarmodule relativ neu sind, was bedeutet, dass ihre Lebensdauerangaben (die typischerweise bei etwa 20-30 Jahren liegen) nur eine Extrapolation aus beschleunigten Alterungstests und begrenzten statistischen Daten von Modulen sind, die vor 30 Jahren installiert wurden. Dies ist wichtig zu verstehen, wenn Sie auf der Grundlage dieser Daten eine Anlageentscheidung treffen möchten. Ich wäre äußerst vorsichtig, in Solarmodule zu investieren, wenn meine Gewinne eine Wette darauf wären, ob sie 20 Jahre halten.

Was ist die Ausfallart eines Solarmoduls?
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