Як захистити сонячні панелі від граду - технічний підхід до вирішення актуальної проблеми

Будь-яка сучасна панель сонячна - це дороге обладнання, розраховане на багаторічну експлуатацію в найрізноманітніших кліматичних умовах. Однак серед безлічі несприятливих факторів природи особливо виділяється град. Незважаючи на те, що виробники тестують панелі на стійкість до механічних впливів, великий град може стати причиною значної шкоди. 

У цій статті розглянемо, які ударні навантаження витримують сонячні станції, як їх тестують на міцність і які технічні рішення дають змогу максимально ефективно захистити їх від граду.

Також у нас на сайті ви можете дізнатися: ККД сонячної панелі, що це таке і від чого залежить. А також, кут нахилу сонячних панелей, як обчислити оптимальний, залежність кута від вироблення, та інші важливі питання. 

Характеристики міцності сонячної батареї

Будь-яку сонячну панель виробники зобов'язані тестувати на відповідність міжнародним стандартам міцності. Одним із ключових є стандарт IEC 61215 - він визначає механічні та кліматичні випробування для кристалічних кремнієвих модулів. Адже від цього залежить і термін придатності сонячних панелей. 

Проводиться випробування на удар. Згідно зі стандартом IEC 61215, сонячні панелі повинні витримувати:

• механічне навантаження до 5400 Па (зовнішній тиск, наприклад, сніг або вітер);
• імітація граду - у лабораторних умовах за стандартом IEC 61215-2 (розділ 10.17) панелі зазнають ударів штучними крижаними кулями діаметром 25 мм (2,5 см), масою близько 7,5 грамів, розігнаними до швидкості 83 км/год (23 м/с).
• панель повинна витримати 11 ударів у різні точки поверхні без втрати електричних характеристик.

Деякі виробники обладнання для СЕС (наприклад, LG, Q CELLS, REC) тестують продукцію на більш суворі умови: лід діаметром до 35-50 мм, що перевищує стандарт.

Реальні ризики - яким може бути град?

Система сонячних панелей має свої стандартні коефіцієнти та параметри міцності, але реальні умови експлуатації можуть бути різними. За даними метеослужб, у помірних широтах, включно з Україною, трапляється град діаметром:

• до 2 см - часто, безпечно;
• 2-4 см - може пошкодити панелі з низькою міцністю;
• 5-7 см і більше - руйнівний град, здатний пробити скло панелі.

Град діаметром 5 см важить близько 25-30 г, а при падінні з висоти кількох сотень метрів може досягати швидкості до 100 км/год. Це вже значно перевищує випробувальні параметри IEC 61215.

Таким чином, сонячні батареї можуть постраждати в похмуру погоду, під час грози з великим градом і шквалистим вітром. Однак установка сонячних панелей може припускати деякі можливості захисту, навіть порівняно проста сонячна батарея для будинку з невеликим вихідним виробленням. 

Як захистити панелі сонячні від граду?

Підключення сонячних панелей до СЕС малої або промислової потужності до певної міри розраховане на механічні навантаження, включно з градом. Але оскільки повністю виключити ризик потрапляння великого граду неможливо, застосовуються різні методи пасивного й активного захисту.

Давайте розглянемо деякі з них, як може бути захищена сонячна батарея. 

Вибір панелей з посиленим захистом

Перший крок - вибрати сонячні модулі, сертифіковані на стійкість до екстремальних механічних навантажень. Це виправдано, навіть якщо вони матимуть вищу вартість. 

Тут варто обирати та користуватися такими сонячними панелями, вони повинні мати:

1. посилене загартоване скло товщиною 3,2-4 мм, інколи подвійне засклення (скло-скло);
2. модулі з алюмінієвою рамою високої міцності;
3. використання технології лицьового ламінування (наприклад, плівка EVA, скло з антиударним покриттям).

Деякі виробники вказують клас град стійкості, наприклад, IK 07-10 (за європейською класифікацією ударостійкості).

Застосування захисних екранів

Якщо ризик граду в регіоні високий в принципі, в момент, коли проводиться монтаж сонячних панелей, можна встановити додаткові протиградові екрани:

• Сітки з полікарбонату або акрилу, які розташовують у 5-10 см над панеллю. Вони розсіюють кінетичну енергію падаючих крижин. Важливо, щоб такий захист негативно не діяв, і сонячна панель не втрачала ККД.
• Прозорі панелі з ударостійкого полікарбонату (марки Makrolon, Lexan) - можуть бути встановлені безпосередньо поверх модуля або на каркасі.
• Стільниковий полікарбонат - легкий і міцний, з гарною світлопропускною здатністю (до 80-90%), проте деякий коефіцієнт втрат виробітку все ж таки спостерігатиметься. 

Важливо враховувати: будь-які екрани повинні мати високу прозорість і не спричиняти перегрів модуля через парниковий ефект. Тому важлива вентиляція.

Регульовані похилі установки

Установки з регульованим кутом нахилу або трекери дають змогу в разі загрози градобою:

• змінити кут нахилу модуля, зменшивши фронтальне влучання льоду;
• в ідеалі - перевести панелі у вертикальне або безпечне положення (якщо є автоматизована система або ручний привід).

Це особливо актуально для великих СЕС, де панелі монтуються на рухомих фермах. Але і наявність цієї системи у домашніх сонячних електростанцій збільшує можливості щодо забезпечення безпеки в сильну негоду.

Віддалений моніторинг і автоматичний захист

Інтеграція в СЕС систем моніторингу погоди з можливістю автоматичного реагування:

1. наближення граду визначається за даними з локальних метеостанцій, радарів або ШІ-моделей;
2. керуюча система переводить трекери в безпечне положення або запускає механізми захисту, якщо він встановлений.

Такий підхід може бути повністю автоматизованим, хоча й збільшує вартість усього проєкту СЕС у підсумку. Однак масове збереження сонячних панелей за кризового становища швидко виправдає таке капіталовкладення. 

Страхування і розрахунок ризиків

Навіть за високого рівня захисту залишається ймовірність пошкоджень. Тому розгляньте такий варіант:

• Оформіть спеціалізоване страхування сонячної станції від погодних ризиків;
• Проводьте аналіз частоти граду в регіоні за 10-20 років для правильного проєктування і вибору типу панелей.

Великий град може виявитися проблемою, і наявність страховки від цього погодного явища і наслідків його спростить задачу відновлення працездатності СЕС з фінансової точки зору. 

Що робити після граду? 

Якщо великий град пройшов, що варто обов'язково зробити? Навіть якщо візуально пошкоджень немає, після граду необхідно провести повну перевірку:

1. тепловізійний контроль на предмет мікротріщин;
2. перевірка ізоляції та опору шунтування;
3. електролюмінесцентна діагностика (EL) - виявляє приховані дефекти в кристалах;
4. аналіз продуктивності - зниження вироблення може бути ознакою пошкодження.

Сонячні панелі дійсно здатні витримувати певний рівень ударного навантаження, але під час екстремального граду можливе їх руйнування. Гарантувати захист можна тільки за комплексного підходу, який ми описали в цій статті. Це не тільки вибір ударостійких панелей із сертифікованим захистом або встановлення екранів із міцних прозорих матеріалів, а й впровадження поворотних установок і погодного моніторингу, а також страхування активів.

Таким чином, захист сонячних панелей від граду - це не одиничне технічне рішення, а сукупність проєктних, конструктивних і експлуатаційних заходів, спрямованих на мінімізацію ризику і збереження інвестиційної ефективності сонячної електростанції.