Victron Energy в Болгарии

Нашим основ­ным парт­нё­ром явля­ется нидер­ланд­ская ком­па­ния Victron Energy, кото­рая сла­вится надёж­ными инвер­то­рами, заряд­ными устрой­ствами и другим про­фес­сио­нальным ...

Солнечная энергия для Hyundai и Jeep

Всё чаще соб­ствен­ники домаш­них сол­неч­ных элек­тро­стан­ций заду­мы­ва­ются о покупке элек­три­че­ского транс­порт­ного сред­ства (EV), чтобы более эффек­тивно ...

Впервые в Болгарии: инверторы Hypontech

После успеш­ного тести­ро­ва­ния инвер­то­ров Hypontech мы заклю­чили дого­вор с про­из­во­ди­те­лем и стали офи­ци­аль­ным парт­нё­ром марки Хайпон­тек в Болгарии. ...

Мощная PV система для дома в Софии

В начале 2021 года к нам обра­тился соб­ствен­ник стро­я­ще­гося рядом с Софией дома с прось­бой уста­но­вить на крыше сол­неч­ную элек­тро­станцию. ...

Новинка: контроллер Victron Energy RS 450

Сегодня мы полу­чили обо­ру­до­ва­ние из Китая, Австрии и Нидерлан­дов, в том числе новей­ший сол­неч­ный кон­троллер заряда Victron Energy RS 450 | 100 ...

Впервые в Болгарии: BYD Battery Box Premium LVS

Недавно мы рас­ска­зы­вали о новом поко­ле­нии литий-железо-фос­фат­ных акку­му­ля­то­ров BYD с при­ставкой «Premium». В марте 2020 ...

Электричество для коров

Многие объ­екты сель­ского хозяй­ства не под­клю­чены к элек­три­че­ским сетям. Поэтому фер­меры исполь­зуют дизель­ные гене­ра­торы, чтобы обес­пе­чить энергией ...

Град против фотовольтаики

Град против фото­воль­таики

Выдержат ли сол­нечные модули?

09.05.2024 03.07.2024

Что будет с фото­воль­та­и­че­скими (PV) моду­лями во время града? Способен ли круп­ный град раз­бить стек­лян­ную поверх­ность пане­лей и повре­дить сол­неч­ные ячейки? Какие PV модули более устой­чивы к ударам града и суро­вым кли­ма­ти­че­ским усло­виям? Давайте раз­би­раться.

Содержа­ние

Введение
Устрой­ство PV модуля
Испыта­ния и стан­дарты
Образо­ва­ние града
Статистика и тен­ден­ции
Борьба с градом Снижение рисков Дополни­тель­ные мате­ри­алы

Введение

Для сер­ти­фи­ци­ро­ван­ных сол­неч­ных моду­лей град диа­мет­ром до 25 mm не пред­став­ляет опас­но­сти. Во время обя­за­тель­ных испы­та­ний модули обстре­ли­ва­ются ледя­ными шари­ками именно такого раз­мера, выле­та­ю­щими из спе­ци­аль­ной пушки на ско­ро­сти 23 m/s (82.8 km/h). После ударов градом спе­ци­а­ли­сты лабо­ра­то­рии про­ве­ряют модули: они должны сохра­нить харак­те­ри­стики и не иметь визу­аль­ных дефек­тов.

Более круп­ные гра­дины несут в себе больше кине­ти­че­ской энер­гии, поэтому они могут нане­сти как явные повре­жде­ния защит­ного стекла, так и скры­тые повре­жде­ния сол­неч­ных ячеек или токо­про­во­дя­щих шин.

В связи с изме­не­нием кли­мата мы всё чаще стал­ки­ва­емся с экс­тре­маль­ными погод­ными усло­ви­ями. Одновре­менно с этим тех­но­ло­гии быстро раз­ви­ва­ются: учёные раз­ра­ба­ты­вают всё более проч­ные и устой­чи­вые к внеш­ним воз­дей­ствиям мате­ри­алы. Мировая прак­тика пока­зы­вает, что повре­ждён­ные градом сол­неч­ные панели обычно про­дол­жают рабо­тать с неко­то­рой поте­рей эффек­тив­но­сти. Нужно иметь в виду, что неболь­шие повре­жде­ния могут уве­ли­чи­ваться в про­цессе экс­плу­а­та­ции фото­воль­та­и­че­ской системы.

Устрой­ство PV модуля

Все совре­мен­ные сол­неч­ные модули мас­со­вого про­из­вод­ства устро­ены почти оди­на­ково. Сверху они защи­щены зака­лён­ным стек­лом, кото­рое при­ни­мает на себя основ­ной удар во время града. Стекло должно быть не только очень проч­ным, но и доста­точно глад­ким, чтобы пре­пят­ство­вать накоп­ле­нию пыли и эффек­тивно само­очи­щаться во время дождя. В то же время оно не должно быть слиш­ком глад­ким, иначе сол­неч­ные лучи, пада­ю­щие на модуль под малым углом, будут почти пол­но­стью отра­жаться. Специа­ли­сты в лабо­ра­то­риях по всему миру посто­янно экс­пе­ри­мен­ти­руют с мик­ро­струк­ту­рой поверх­но­сти стекла для фото­воль­та­и­че­ских моду­лей и спе­ци­аль­ными покры­ти­ями, чтобы полу­чить опти­маль­ное соче­та­ние про­ти­во­ре­чи­вых харак­те­ри­стик.

Устрой­ство и ком­по­ненты сол­неч­ного фото­воль­та­и­че­ского модуля

Структура PV модуля © NENCOM

Под защит­ным стек­лом рас­по­ло­жены сол­неч­ные ячейки (обычно крем­ни­е­вые), соеди­нён­ные между собой после­до­ва­тельно с помо­щью токо­про­во­дя­щих шин. Раньше исполь­зо­вали по две широ­кие плос­кие шины на каждую ячейку, что иногда при­во­дило к обра­зо­ва­нию так назы­ва­е­мых «горя­чих точек», а повре­жде­ние одной шины было кри­тично. Позже начали исполь­зо­вать 3, 5 и даже 10 более тонких шин, умень­шая таким обра­зом элек­три­че­ское сопро­тив­ле­ние и рас­пре­де­ляя ток более рав­но­мерно. MBB (multi-bus bar) тех­но­ло­гия хорошо себя заре­ко­мен­до­вала и стала нормой. Сейчас, в 2024 году, неко­то­рые про­из­во­ди­тели исполь­зуют по 16 и более сверх­тон­ких токо­про­во­дя­щих шин круг­лого сече­ния на каждой ячейке, что делает сол­неч­ные модули не только более эффек­тив­ными, но также более надёж­ными и дол­го­веч­ными. Качество изго­тов­ле­ния сол­неч­ных ячеек и токо­про­во­дя­щих шин влияет на устой­чи­вость PV моду­лей к граду.

Фотоволь­та­и­че­ский модуль LONGi LR7-72HGD 585~620 с 18 токо­про­во­дя­щими шинами

PV модуль LONGi LR7-72HGD 585~620

Солнеч­ные ячейки вместе с токо­про­во­дя­щими шинами зала­ми­ни­ро­ваны с двух сторон спе­ци­аль­ной проч­ной плён­кой из эти­лен­ви­нил­аце­тата (EVA), устой­чи­вой к уль­тра­фи­о­лету. Такая инкап­су­ля­ция защи­щает ячейки и шины от попа­да­ния влаги и сни­жает веро­ят­ность обра­зо­ва­ния мик­ро­тре­щин при экс­тре­маль­ных нагруз­ках на модуль (ветер, снег, град). Качество этой плёнки невоз­можно оце­нить визу­ально при покупке моду­лей, так как её просто не видно. Мы можем лишь пола­гаться на репу­та­цию про­из­во­ди­теля, а резуль­тат будет оче­ви­ден через несколько лет — нека­че­ствен­ные лами­ни­ру­ю­щие плёнки со вре­ме­нем мут­неют и отсла­и­ва­ются:

Фотоволь­та­и­че­ский модуль низ­кого каче­ства с отсла­и­ва­ю­щеся EVA плён­кой

Некаче­ствен­ный модуль через 3 года © NENCOM

Послед­ний слой — поли­мер­ная или стек­лян­ная под­ложка, кото­рая также влияет на проч­ность сол­неч­ного модуля. Стеклян­ная под­ложка исполь­зу­ется в дву­сто­рон­них (bifacial) моду­лях, обрат­ная сто­рона кото­рых может про­из­во­дить энер­гию за счёт отра­жён­ного от окру­жа­ю­щих поверх­но­стей света.

Весь этот «сэнд­вич» обычно поме­ща­ется в алю­ми­ни­е­вую рамку, кото­рая также явля­ется важным эле­мен­том защиты модуля при экс­тре­маль­ных нагруз­ках.

Стекло явля­ется самой тяжё­лой частью сол­неч­ного модуля. Квадрат­ный метр листо­вого стекла тол­щи­ной 1 mm весит ~2.5 kg. Рассмот­рим пару при­ме­ров:

1. Односто­рон­ний модуль SHARP NU-JC440 для част­ного сек­тора имеет пло­щадь ~1.95 m2 и стекло тол­щи­ной 3.2 mm. Получа­ется, что стекло весит ~15.6 kg, при том что целый модуль весит 20.7 kg. Таким обра­зом, более 75% веса модуля при­хо­дится на стекло.

2. Двусто­рон­ний модуль SHARP NB-JD585 для ком­мер­че­ского сек­тора имеет пло­щадь ~2.58 m2 и два стекла тол­щи­ной по 2 mm с каждой сто­роны. Получа­ется, что стёкла весят ~25.8 kg, при том что целый модуль весит 32.5 kg. Следова­тельно, почти 80% веса модуля при­хо­дится на стекло.

Специфи­ка­ция SHARP

Иногда в дву­сто­рон­них моду­лях вместо зад­него стекла исполь­зу­ется про­зрач­ный поли­мер, что поз­во­ляет сни­зить сто­и­мость и вес. В теории модули с двой­ным стек­лом (иногда их назы­вают «glass/glass» или «dual-glass») дол­го­веч­нее моду­лей с поли­мер­ной под­лож­кой («glass/backsheet» или «single-glass») бла­го­даря исклю­чи­тель­ной устой­чи­во­сти стекла к атмо­сфер­ным воз­дей­ствиям. На прак­тике надёж­ность сол­неч­ного модуля зави­сит от каче­ства его ком­по­нен­тов и про­из­вод­ствен­ного про­цесса.

Испыта­ния и стан­дарты

Мы разо­бра­лись с тем, как устро­ено боль­шин­ство совре­мен­ных PV моду­лей и выяс­нили, что проч­ность мате­ри­а­лов и тех­но­ло­гия про­из­вод­ства непо­сред­ственно влияют на устой­чи­вость к граду. Но как эту устой­чи­вость можно изме­рить и срав­нить модули между собой? На помощь при­хо­дят испы­та­тель­ные лабо­ра­то­рии и стан­дарты тести­ро­ва­ния. В про­цессе обя­за­тель­ной сер­ти­фи­ка­ции сол­неч­ные модули про­хо­дят мно­же­ство испы­та­ний, раз­ра­бо­тан­ных Междуна­род­ной элек­тро­тех­ни­че­ской комис­сией (IEC), в том числе тесты на устой­чи­вость к соле­вому туману (IEC61701), устой­чи­вость к атмо­сфере с содер­жа­нием амми­ака (IEC62716), устой­чи­вость к воз­дей­ствию пыли и песка (IEC60068) и устой­чи­вость к ударам града (IEC61215).

На самом деле меж­ду­на­род­ный стан­дарт IEC 61215 преду­смат­ри­вает не только про­верку на устой­чи­вость сол­неч­ных моду­лей к граду (hail test), но и мно­же­ство других тестов, таких как «тер­ми­че­ское цик­ли­че­ское испы­та­ние», «испы­та­ние на влаж­ность и замер­за­ние», «испы­та­ние на влаж­ную жару», «испы­та­ние ста­ти­че­ской меха­ни­че­ской нагруз­кой», «теп­ло­вой тест бай­пас­ного диода» и многое другое.

Испыта­ния на устой­чи­вость PV моду­лей к ударам града по стан­дарту IEC 61215 про­ис­хо­дят сле­ду­ю­щим обра­зом. Пневма­ти­че­ская уста­новка выстре­ли­вает ледя­ные шары задан­ного раз­мера и массы с опре­де­лён­ной ско­ро­стью в 11 точек на фото­воль­та­и­че­ском модуле:

Hail Test 35 mm © Kiwa PVEL, ани­ма­ция NENCOM

В стан­дарте IEC 61215 в каче­стве при­мера схе­ма­ти­че­ски пока­зано под­хо­дя­щее устрой­ство, вклю­ча­ю­щее гори­зон­таль­ную пнев­ма­ти­че­скую пус­ко­вую уста­новку, вер­ти­каль­ную уста­новку модуля и датчик ско­ро­сти, изме­ря­ю­щий время, за кото­рое ледя­ной шар про­ле­тает рас­сто­я­ние между двумя све­то­выми лучами. Измери­тель ско­ро­сти должен иметь точ­ность ±2% и нахо­диться на рас­сто­я­нии не более 1 метра от поверх­но­сти испы­ты­ва­е­мого модуля:

Устрой­ство пус­ко­вой уста­новки для обстрела фото­воль­та­и­че­ских моду­лей ледя­ными шарами по стан­дарту IEC 61215

© International Electrotechnical Commission

На прак­тике могут исполь­зо­ваться другие типы гори­зон­таль­ных и вер­ти­каль­ных пус­ко­вых уста­но­вок, в том числе рогатки и пру­жин­ные тестеры. Скорость выстрела должна под­дер­жи­ваться с точ­но­стью ±5%, допу­сти­мое откло­не­ние от цели состав­ляет ±10 mm. Точки для ударов, опи­сан­ные в стан­дарте, покры­вают углы и края моду­лей, токо­про­во­дя­щие шины между ячей­ками, края отдель­ных ячеек, места креп­ле­ния модуля к несу­щей кон­струк­ции и область над рас­пре­де­ли­тель­ной короб­кой:

Одинадцать точек на сол­неч­ном модуле для обстрела ледя­ными шарами по стан­дарту IEC 61215

Точки на PV модуле для ударов © NENCOM

Солнеч­ный модуль должен быть надёжно зафик­си­ро­ван в соот­вет­ствии с инструк­цией про­из­во­ди­теля, а его поверх­ность должна быть рас­по­ло­жена пер­пен­ди­ку­лярно тра­ек­то­рии полёта ледя­ных шаров.

Испыта­тель­ные ледя­ные шары фор­ми­ру­ются в моро­зиль­ной камере при тем­пе­ра­туре −10±5 °C. Для про­верки их массы исполь­зу­ются весы с точ­но­стью ±2%, в то время как откло­не­ние массы и диа­метра должно нахо­диться в диа­па­зоне ±5% от тре­бу­е­мого. Каждый ледя­ной шар вни­ма­тельно осмат­ри­ва­ется на нали­чие трещин, после чего поме­ща­ется в спе­ци­аль­ный кон­тей­нер для хра­не­ния при тем­пе­ра­туре −4±2 °C. В кон­тей­нере искус­ствен­ные гра­дины должны про­ве­сти не менее одного часа перед исполь­зо­ва­нием. Время между извле­че­нием ледя­ного шара из кон­тей­нера и ударом по модулю не должно пре­вы­шать 60 секунд.

О том, как насто­я­щие гра­дины зарож­да­ются и растут в гро­зо­вом облаке, мы пого­во­рим позже. Сейчас нам нужно понять, с какой ско­ро­стью они падают на поверх­ность и какой кине­ти­че­ской энер­гией обла­дают перед столк­но­ве­нием.

Формула мак­си­маль­ной (пре­дель­ной) ско­ро­сти паде­ния гра­дины опре­де­ля­ется рав­но­ве­сием между силой тяже­сти и силой сопро­тив­ле­ния воз­духа. Для сфе­ри­че­ской гра­дины пре­дель­ная ско­рость \( v_t \) может быть выра­жена сле­ду­ю­щим обра­зом:

\[ v_t = \sqrt{\frac{2mg}{\rho C_d A}} \]

В этой фор­муле \( m \) — масса гра­дины (kg), \( g \) — уско­ре­ние сво­бод­ного паде­ния (~9.81 m/s2), \( \rho \) — плот­ность воз­духа (~1.225 kg/m3 на уровне моря), \( C_d \) — коэф­фи­ци­ент аэро­ди­на­ми­че­ского сопро­тив­ле­ния (~0.47 для сферы), \( A \) — пло­щадь попе­реч­ного сече­ния гра­дины (m2).

Таблица, при­ве­дён­ная в стан­дарте IEC 61215, пока­зы­вает, что более круп­ные гра­дины могут раз­ви­вать более высо­кую ско­рость. Наши рас­чёты это под­твер­ждают, а для нагляд­но­сти мы решили доба­вить в таб­лицу и кине­ти­че­скую энер­гию градин (как основ­ной раз­ру­ша­ю­щий фактор), рас­счи­тав её по фор­муле \( E_k = \frac{1}{2} mv^2 \):

Hail-1
Диаметр, mmМасса, gСкорость, m/sКинети­че­ская энер­гия, J
257.5323.01.99
3520.727.27.66
4543.930.720.7
5580.233.946.1
6513236.788.9
7520339.5158.4

Для срав­не­ния: дож­де­вые капли падают на землю со ско­ро­стью около 10 m/s

Из таб­лицы видно, что при уве­ли­че­нии диа­метра гра­дины в три раза (25 → 75 mm), её масса уве­ли­чи­лась в 27 раз, ско­рость — в 1.7 раза, а кине­ти­че­ская энер­гия — в 80 раз.

В реаль­ных усло­виях на ско­рость паде­ния града может влиять ветер, а также вос­хо­дя­щие или нис­хо­дя­щие воз­душ­ные потоки. Кроме того, насто­я­щий град, осо­бенно круп­ный, часто имеет непра­виль­ную форму, а сле­до­ва­тельно — иной, в отли­чие от сферы, коэф­фи­ци­ент аэро­ди­на­ми­че­ского сопро­тив­ле­ния.

Важно заме­тить, что гра­дина не явля­ется абсо­лютно твёр­дым телом, поэтому при столк­но­ве­нии она не сможет пере­дать всю свою кине­ти­че­скую энер­гию PV модулю. Фактиче­ская энер­гия удара будет пред­став­лять собой ту часть кине­ти­че­ской энер­гии гра­дины, кото­рая погло­ща­ется моду­лем и при­во­дит к его упру­гой дефор­ма­ции или повре­жде­нию. Осталь­ная часть энер­гии будет поте­ряна на дефор­ма­цию самой гра­дины, пре­об­ра­зу­ется в тепло, звук, а также будет уне­сена оскол­ками гра­дины при её раз­ру­ше­нии.

Производ­ство искус­ствен­ного града в лабо­ра­то­рии PVEL

Выплавка искус­ствен­ного града © Kiwa PVEL

Град лабо­ра­тор­ного про­ис­хож­де­ния по стан­дарту IEC 61215 чрез­вы­чайно плот­ный (~0.92 g/cm3), поэтому энер­гия его удара обычно суще­ственно пре­вы­шает тако­вую у насто­я­щего града. Плотность есте­ствен­ного града состав­ляет в сред­нем около 0.64 g/cm3 и может варьи­ро­ваться от ~0.32 g/cm3 в сля­кот­ном состо­я­нии до ~0.99 g/cm3 (крайне редко).

Меньшая плот­ность нату­раль­ного града при­во­дит к сни­же­нию конеч­ной ско­ро­сти паде­ния, умень­шая, тем самым, кине­ти­че­скую энер­гию. Кроме того, удар более «мягкой» гра­дины окажет мень­шее локаль­ное дав­ле­ние на модуль за счёт более дли­тель­ного вре­мени вза­и­мо­дей­ствия и боль­шей пло­щади кон­такта.

Несмотря на то, что стан­дарт IEC 61215 преду­смат­ри­вает шесть раз­ме­ров градин, обя­за­тель­ным при сер­ти­фи­ка­ции явля­ется только первый — 25 mm. По этой при­чине абсо­лют­ное боль­шин­ство сол­неч­ных моду­лей, пред­став­лен­ных сего­дня на рынке, имеют именно такой уро­вень под­твер­ждён­ной защиты от града. Класс устой­чи­во­сти к ударам града обя­за­тельно ука­зы­ва­ется в про­то­коле испы­та­ний, а неко­то­рые про­из­во­ди­тели, напри­мер LONGi, ука­зы­вают его и в спе­ци­фи­ка­ции:

Устойчи­вость сол­неч­ного модуля LONGi Hi-MO X6 Explorer LR5-54HTH 420~440M к граду

PV модуль LONGi LR5-54HTH 420~440M

На данный момент все модули LONGi, пред­на­зна­чен­ные для рынка Европы, испы­таны на устой­чи­вость к граду диа­мет­ром 25 mm в соот­вет­ствии со стан­дар­том IEC 61215. В мае 2024 года ком­па­ния заявила о начале про­из­вод­ства дву­сто­рон­них моду­лей серии «Ice-Shield», устой­чи­вых к ударам града диа­мет­ром до 45 mm, но только для рынка США. Повышен­ная проч­ность достиг­нута за счёт более тол­стого перед­него стекла (3.2 вместо 2 mm) со спе­ци­аль­ным покры­тием, что уве­ли­чило вес модуля на 7.7 kg.

Специфи­ка­ция LONGi

Компания LONGi высту­пает против про­из­вод­ства PV моду­лей слиш­ком боль­шого раз­мера. Отчасти это свя­зано с логи­сти­че­скими про­бле­мами и без­опас­но­стью опе­ра­ций на объ­екте, но есть и другая при­чина. Исследо­ва­ния LONGi в 2021 году пока­зали, что чем больше пло­щадь зака­лён­ного стекла, тем меньше его проч­ность. Ниже при­ве­дена кор­ре­ля­ция между поверх­ност­ным напря­же­нием и шири­ной стекла:

Корреля­ция между поверх­ност­ным напря­же­нием и шири­ной зака­лён­ного стекла

Специа­ли­сты LONGi обра­ти­лись в лабо­ра­то­рию TÜV SÜD для срав­не­ния устой­чи­во­сти к граду моду­лей с раз­ме­рами 2256×1133 mm (2.56 m2) и 2384×1303 mm (3.11 m2), предо­ста­вив по три экзем­пляра каж­дого. Стрельба про­во­ди­лась ледя­ными шарами диа­мет­ром 35 mm на ско­ро­сти 27.2 m/s. Все три модуля уве­ли­чен­ной пло­щади были раз­биты, в то время как модуль пло­ща­дью 2.56 m2 выдер­жал удары.

В декабре 2023 года ком­па­ния SHARP Solar успешно прошла испы­та­ния моду­лей серии NU-JC на устой­чи­вость к граду диа­мет­ром 40 mm. Такого раз­мера нет в таб­лице стан­дарта IEC 61215, зато он есть в швей­цар­ском стан­дарте VKF, кото­рый явля­ется более тре­бо­ва­тель­ными из-за особых усло­вий окру­жа­ю­щей среды в аль­пий­ском реги­оне.

PV модули SHARP серии NU-JC имеют класс защиты от града HW4 по швей­цар­скому стан­дарту VKF

PV модуль SHARP серии NU-JC © NENCOM

Солнеч­ные модули SHARP серии NU-JC давно доступны на рынке Европы. Наша ком­па­ния явля­ется офи­ци­аль­ным парт­нё­ром SHARP Solar: мы про­даём PV модули этого про­из­во­ди­теля оптом и в роз­ницу, а также исполь­зуем их для стро­и­тель­ства фото­воль­та­и­че­ских систем в Болгарии.

В Швейца­рии и Австрии ведётся так назы­ва­е­мый «реестр града», в кото­ром раз­лич­ные стро­и­тель­ные изде­лия, вклю­чая фото­воль­та­и­че­ские модули, клас­си­фи­ци­ру­ются по пяти уров­ням устой­чи­во­сти к ударам града: от HW1 (10 mm) до HW5 (50 mm). Для PV моду­лей мини­мально допу­сти­мый уро­вень устой­чи­во­сти — HW3 (30 mm). Эта клас­си­фи­ка­ция не только поз­во­ляет пра­вильно выбрать сол­неч­ные модули для кон­крет­ного реги­она, но также может повли­ять на стра­хо­вое покры­тие ущерба, нане­сён­ного градом. Регламент испы­та­ний был раз­ра­бо­тан под руко­вод­ством Ассоци­а­ции кан­то­наль­ного пожар­ного стра­хо­ва­ния (VKF).

Докумен­та­ция VKF

На первый взгляд мето­дика тести­ро­ва­ния VKF похожа на IEC 61215, даже точки для ударов те же самые, но ледя­ные шары имеют другую плот­ность, раз­меры, ско­рость и тем­пе­ра­туру. Плотность льда по регла­менту VKF состав­ляет 0.87 g/cm3, что чуть ниже 0.92 g/cm3, при­ня­тых в IEC 61215, но всё ещё зна­чи­тельно выше сред­него зна­че­ния для насто­я­щего града, кото­рое состав­ляет 0.64 g/cm3. Из-за неболь­шого сни­же­ния плот­но­сти льда умень­ша­ется ско­рость паде­ния града и, соот­вет­ственно, его кине­ти­че­ская энер­гия.

Мы доба­вили три раз­мера градин для тести­ро­ва­ния PV моду­лей по регла­менту VKF (крас­ный шрифт) в таб­лицу с раз­ме­рами по стан­дарту IEC 61215 (синий шрифт):

Hail-2
Диаметр, mmМасса, gСкорость, m/sКинети­че­ская энер­гия, J
257.5323.01.99
3012.323.93.51
3520.727.27.66
4029.227.511.1
4543.930.720.7
5056.930.827.0
5580.233.946.1

Из таб­лицы видно, что мини­маль­ный уро­вень защиты по швей­цар­скому регла­менту VKF должен обес­пе­чить устой­чи­вость к ударам градин с кине­ти­че­ской энер­гией 3.51 джоуля, что в 1.76 раза выше, чем этого тре­бует стан­дарт IEC 61215.

Солнеч­ные модули SHARP серии NU-JC, име­ю­щие уро­вень HW4, выдер­жи­вают град с кине­ти­че­ской энер­гией до 11.1 J, что в 5.58 раза пре­вы­шает тре­бо­ва­ния для обя­за­тель­ной сер­ти­фи­ка­ции.

Регламент VKF преду­смат­ри­вает исполь­зо­ва­ние ледя­ных шаров, охла­ждён­ных до тем­пе­ра­туры −20 °C, в то время как по стан­дарту IEC 61215 их тем­пе­ра­тура должна состав­лять −4 °C.

Специа­ли­сты швей­цар­ской лабо­ра­то­рии SUPSI PVLab про­вели иссле­до­ва­ние, стре­ляя искус­ствен­ным градом диа­мет­ром 25, 40 и 70 mm в стер­жень Гопкин­сона. Они хотели про­ана­ли­зи­ро­вать формы импуль­сов, вызван­ных уда­рами ледя­ных шаров с тем­пе­ра­ту­рой −20 °C и −5 °C.

Влияние тем­пе­ра­туры града на удар­ную нагрузку

Удар града −5 °C и −20 °C © SUPSI PVLab

Выясни­лось, что гра­дины с тем­пе­ра­ту­рой −20 °C при­во­дят к более корот­кому импульсу и уве­ли­чен­ной пико­вой нагрузке, что зна­чи­тельно повы­шает веро­ят­ность локаль­ных раз­ру­ше­ний сол­неч­ных моду­лей.

Сейчас инже­неры SUPSI PVLab раз­ра­ба­ты­вают новый испы­та­тель­ный стенд, кото­рый поз­во­лит выстре­ли­вать град диа­мет­ром до 100 mm со ско­ро­стью 46 m/s (166 km/h).

По состо­я­нию на 25 июня 2024 года в реестре града опуб­ли­ко­вано 94 сер­ти­фи­ката VKF на фото­воль­та­и­че­ские модули, вклю­чая такие марки как Trina Solar, JA Solar, JinkoSolar и LONGi, кото­рые ранее мы исполь­зо­вали в своих про­ек­тах. Из них 52 сер­ти­фи­ката под­твер­ждают защиту от града на уровне HW3, ещё 31 сер­ти­фи­кат под­твер­ждает уро­вень HW4 и 11 сер­ти­фи­ка­тов — HW5 (6 про­из­во­ди­те­лей).

Продук­ция HW5 не явля­ется мас­со­вой. В основ­ном это инте­гри­ру­е­мая в здания фото­воль­та­ика (BIPV) и так назы­ва­е­мая «сол­неч­ная чере­пица» с тол­стым стек­лом. Среди обла­да­те­лей пятого уровня защиты мы обна­ру­жили только один про­дукт, внешне похо­жий на модули мас­со­вого про­из­вод­ства — e.Prime M HC от австрий­ского про­из­во­ди­теля Energetica Industries. Толщина стекла, рамки и общий вес этого PV модуля зна­чи­тельно пре­вы­шают стан­дарт­ные пока­за­тели. Интересно, что многие модели сол­неч­ной чере­пицы, несмотря на вну­ши­тель­ную тол­щину стекла 7 mm (4+3), не дотя­нули до пятого класса защиты и полу­чили сер­ти­фи­каты HW4.

Примеры PV с уров­нем HW5

Лабора­то­рия PVEL (PV Evolution Labs), вхо­дя­щая в группу Kiwa, про­во­дит соб­ствен­ные испы­та­ния в США, исполь­зуя ледя­ные шары диа­мет­ром до 55 mm. По данным SPC (Центр про­гно­зи­ро­ва­ния штор­мов) за период 1995-2019 в США в 68% слу­чаев размер града не пре­вы­шал 25 mm. Таким обра­зом, остав­ши­еся 32% слу­чаев несут в себе потен­ци­аль­ный риск повре­жде­ния сол­неч­ных моду­лей:

Диаметр града по коли­че­ству выпа­де­ний в США

© Kiwa PVEL

PVEL пред­ла­гает всем заин­те­ре­со­ван­ным сто­ро­нам неза­ви­си­мые испы­та­ния сол­неч­ных моду­лей на устой­чи­вость к ударам града раз­лич­ного раз­мера, с учётом реги­она исполь­зо­ва­ния и соот­вет­ству­ю­щей сте­пени риска. Интересно, что по резуль­та­там тести­ро­ва­ния PVEL, модули с оди­на­ко­выми кон­струк­тив­ными пара­мет­рами (размер, вес, тол­щина стекла) часто полу­чают совер­шенно раз­лич­ные резуль­таты. Это гово­рит о том, что каче­ство исполь­зу­е­мых мате­ри­а­лов и тех­но­ло­гия про­из­вод­ства имеют боль­шое зна­че­ние.

Лабора­то­рия для тести­ро­ва­ния сол­неч­ных моду­лей Kiwa PVEL

Лабора­то­рия Kiwa PVEL

Лабора­то­рия RETC (Renewable Energy Test Center), вхо­дя­щая в группу VDE, также про­во­дит неза­ви­си­мые испы­та­ния фото­воль­та­и­че­ских моду­лей в США. Обе лабо­ра­то­рии суще­ственно выхо­дят за рамки необ­хо­ди­мых тре­бо­ва­ний по устой­чи­во­сти к граду. В част­но­сти, после обстрела моду­лей ледя­ными шарами, они про­во­дят ресурс­ные испы­та­ния, ими­ти­руя пере­пады тем­пе­ра­туры и вет­ро­вую нагрузку, что спо­соб­ствует выяв­ле­нию скры­тых повре­жде­ний.

Ресурс­ные испы­та­ния сол­неч­ного PV модуля после теста на град в лабо­ра­то­рии RETC

Ресурс­ные испы­та­ния © RETC

Микротре­щины в ячей­ках, как и неко­то­рые другие типы внут­рен­них дефек­тов, невоз­можно уви­деть нево­ору­жён­ным глазом. Для этой цели исполь­зу­ется элек­тро­лю­ми­нес­цент­ная (EL) визу­а­ли­за­ция:

Электро­лю­ми­нес­цент­ное тести­ро­ва­ние сол­неч­ных PV моду­лей для выяв­ле­ния скры­тых повре­жде­ний и мик­ро­тре­щин

EL тест © Clean Energy Associates (CEA)

При подаче на сол­неч­ный модуль обрат­ного тока ячейки начи­нают испус­кать люми­нес­цент­ное (нетеп­ло­вое) излу­че­ние в ближ­нем инфра­крас­ном диа­па­зоне, кото­рое фик­си­ру­ется спе­ци­аль­ной каме­рой в тем­ноте. Программ­ное обес­пе­че­ние ана­ли­зи­рует полу­чен­ное изоб­ра­же­ние и авто­ма­ти­че­ски клас­си­фи­ци­рует повре­жде­ния по типам.

В 2023 году спе­ци­а­ли­сты RETC про­вели ста­ти­сти­че­ский анализ всех своих гра­до­вых тестов за более чем три года, в кото­рый вошли сол­неч­ные модули разных про­из­во­ди­те­лей, мощ­но­стей и раз­ме­ров, раз­де­лив их на две группы: 1. Двусто­рон­ние модули со стёк­лами по 2 mm с каждой сто­роны; 2. Односто­рон­ние модули со стек­лом 3.2 mm и поли­мер­ной под­лож­кой. Оказалось, что вторая группа при­мерно в два раза проч­нее:

Вероят­ность раз­би­тия стекла сол­неч­ного модуля в зави­си­мо­сти от кине­ти­че­ской энер­гии града и тол­щины стекла

Градоустой­чи­вость PV © RETC

Это свя­зано как с тол­щи­ной, так и с харак­те­ри­сти­ками стекла. В одно­сто­рон­них моду­лях, как пра­вило, при­ме­ня­ется зака­лён­ное стекло, в то время как в дву­сто­рон­них обычно исполь­зу­ется тер­мо­у­проч­нён­ное (полу­за­ка­лён­ное) стекло.

Техноло­гия про­из­вод­ства обоих видов иден­тична: стекло нагре­вают до тем­пе­ра­туры ~650 °C, после чего рав­но­мерно охла­ждают пото­ками воз­духа с обеих сторон. В резуль­тате внеш­ние слои сжи­ма­ются быст­рее, чем внут­рен­ние, что создаёт напря­же­ние и повы­шает проч­ность стекла. Разница лишь в том, что при созда­нии зака­лён­ного стекла охла­жде­ние про­ис­хо­дит быст­рее, что создаёт ещё более высо­кое поверх­ност­ное напря­же­ние:

Закалён­ное стекло для сол­неч­ных PV моду­лей

Закалён­ное стекло © RETC

Полностью зака­лён­ное стекло не только проч­нее, но и без­опас­нее, так как при раз­би­ва­нии обра­зует мно­же­ство мелких оскол­ков с тупыми краями. Проблема в том, что при охла­жде­нии стёкол тол­щи­ной менее 3 mm очень сложно создать необ­хо­ди­мый тем­пе­ра­тур­ный гра­ди­ент между внут­рен­ними и внеш­ними слоями. Стекло тол­щи­ной 2 mm просто слиш­ком тонкое для полной закалки на боль­шин­стве про­из­вод­ствен­ных линий, поэтому оно и полу­ча­ется полу­за­ка­лён­ным.

В резуль­тате дву­сто­рон­ние модули с тон­кими полу­за­ка­лён­ными стёк­лами (тако­выми явля­ются почти все дву­сто­рон­ние модули на рынке в данный момент) крайне чув­стви­тельны к тех­но­ло­ги­че­ским ошиб­кам на всех этапах: про­из­вод­ство, погрузка, доставка, раз­грузка, монтаж, экс­плу­а­та­ция. Стёкла таких моду­лей чаще раз­би­ва­ются, иногда «само­про­из­вольно» и без оче­вид­ных на первый взгляд причин, осо­бенно когда речь идёт о моду­лях слиш­ком боль­шого раз­мера.

В каче­стве аль­тер­на­тивы про­из­во­ди­тели могут исполь­зо­вать более тол­стые стёкла, созда­вать спе­ци­аль­ные линии по зака­ли­ва­нию тон­кого стекла или исполь­зо­вать хими­че­ское упроч­не­ние, как посту­пает ком­па­ния Corning при про­из­вод­стве своих фир­мен­ных стёкол Gorilla Glass. Всё это, без­условно, повы­сит про­из­вод­ствен­ные рас­ходы, но сде­лает сол­неч­ные модули более проч­ными.

Образо­ва­ние града

Град обра­зу­ется в мощных вос­хо­дя­щих пото­ках гро­зо­вых обла­ков. Даже летом тем­пе­ра­тура в верх­ней части грозы зна­чи­тельно ниже нуля, что создаёт усло­вия для фор­ми­ро­ва­ния ледя­ных кри­стал­лов. Градина начи­нает обра­зо­вы­ваться, когда ледя­ной кри­сталл сли­ва­ется с пере­охла­ждён­ными кап­лями воды, кото­рые оста­ва­лись жид­кими при тем­пе­ра­ту­рах до −40 °C из-за отсут­ствия цен­тров кри­стал­ли­за­ции, таких как аэро­золь­ные частицы или другие при­меси.

Образо­ва­ние и рост града в гро­зо­вом облаке

© Min Hee Kim, Jaeyong Lee & Seung-Jae Lee

Восходя­щие потоки могут удер­жи­вать моло­дую гра­дину от паде­ния по мере её роста. Если гро­зо­вое облако боль­шое и содер­жит много влаги, но с уме­ренно силь­ными вос­хо­дя­щими пото­ками, резуль­та­том может быть мно­же­ство мел­кого града. Более мощный вос­хо­дя­щий поток может удер­жи­вать круп­ные гра­дины, поз­во­ляя им ста­но­виться ещё больше. В неко­то­рых слу­чаях замёрз­шая капля может пре­вра­титься в гра­дину раз­ме­ром с бейс­боль­ный мяч (более 70 mm в диа­метре) всего за 20-30 минут.

Суперъ­ячейки, пред­став­ля­ю­щие собой мощные гро­зо­вые облака с вра­ща­ю­щимся вос­хо­дя­щим пото­ком (мезо­цик­лон), уси­ли­вают этот про­цесс. Условия внутри суперъ­ячеек спо­соб­ствуют интен­сив­ному росту ледя­ных кри­стал­лов, что при­во­дит к обра­зо­ва­нию круп­ных градин.

Структура суперя­чейки

Структура суперъ­ячейки © Kelvinsong

Статистика и тен­ден­ции

В мае 2019 года град повре­дил около 400 тысяч PV моду­лей на элек­тро­стан­ции Midway Solar в Западном Техасе, что при­вело к ранее нево­об­ра­зи­мым стра­хо­вым убыт­кам в раз­мере 80 мил­ли­о­нов дол­ла­ров. Опасность града наи­бо­лее велика в рай­о­нах, где холод­ные и сухие воз­душ­ные массы встре­ча­ются с тёп­лыми и влаж­ными, а также в горных рай­о­нах, рельеф кото­рых спо­соб­ствует уси­ле­нию кон­век­ции.

Особенно известна огром­ными по раз­меру гра­ди­нами область в США, назы­ва­е­мая «Аллея града», кото­рая охва­ты­вает боль­шую часть Централь­ных Высоких Равнин, вклю­чая Денвер. Высокое рас­по­ло­же­ние этой зоны при­во­дит к обра­зо­ва­нию более глу­бо­ких холод­ных слоёв в гро­зо­вых обла­ках. Также круп­ному граду под­вер­жены Индия и Бангла­деш, Централь­ная Европа, восточ­ная Австра­лия, прерии цен­траль­ной Аргентины и части Сахеля в цен­траль­ной Африке.

На боль­шин­стве тер­ри­то­рий мира круп­ный град — редкое явле­ние. На карте ниже пока­зана гло­баль­ная сред­не­го­до­вая веро­ят­ность круп­ного града, нор­ми­ро­ван­ная на пло­щадь 100×100 km, за период с 1979 по 2015 годы по данным Националь­ного центра атмо­сфер­ных иссле­до­ва­ний США (NCAR):

Карта веро­ят­но­сти круп­ного града в мире за период 1979 по 2015 годы

© National Center for Atmoshpheric Research, USA

В Европе довольно часто круп­ный град реги­стри­ру­ется в Альпах (Словения, Австрия, Швейца­рия, север­ная часть Италии) и Пиренеях (гра­ница между Испанией и Францией, Андорра). Ниже пока­зана карта годо­вого коли­че­ства выпа­де­ний града в Европе за период с 2004 по 2014 годы по данным Европей­ского агент­ства по окру­жа­ю­щей среде (EEA):

Годовое коли­че­ство гра­до­вых явле­ний в Европе за период с 2004 по 2014 годы

© European Environment Agency (EEA)

Измене­ния кли­мата при­во­дят к тому, что круп­ный град ста­но­вится всё более частым явле­нием как во всём мире, так и на Европей­ском кон­ти­ненте. В 2023 году в ESWD (Европей­ская база данных о суро­вой погоде) посту­пило 9 627 сооб­ще­ний о круп­ном граде (диа­мет­ром более 20 mm). Из них 1 931 сооб­ще­ние каса­лось очень круп­ного града (>50 mm), а 92 сооб­ще­ния — гигант­ского града (>100 mm). Все три пока­за­теля были самыми высо­кими, когда-либо заре­ги­стри­ро­ван­ными в базе данных, что сде­лало 2023 год тре­тьим рекорд­ным сезо­ном града подряд:

Статистика по круп­ному граду в Европе за период с 2006 по 2023 годы

© European Severe Weather Database (ESWD)

Серьёз­ный удар при­шелся на Италию 19 июня 2023 года, когда три суперъ­ячейки про­из­вели град диа­мет­ром до 10, 14 и 16 cm. Град раз­ме­ром около 16 сан­ти­мет­ров выпал в Карминьяно-ди-Брента и уста­но­вил новый рекорд раз­мера евро­пей­ского града. В десят­ках дере­вень и горо­дов были повре­ждены авто­мо­били, крыши и окна, постра­дали как мини­мум 111 чело­век.

Новый рекорд про­дер­жался лишь 5 дней, и уже 24 июня на Европу обру­шился насто­я­щий «град года», когда в ESWD было подано 855 сооб­ще­ний за один день. Сильный град наблю­дался во Франции, Швейца­рии, Италии, Словении, Хорватии, Австрии, Чехии и Словакии. Постра­дали 119 чело­век, все они — в Италии. Град нанёс зна­чи­тель­ный ущерб, вклю­чая повре­жде­ния сол­неч­ных пане­лей и полное про­би­тие лобо­вых стёкол многих авто­мо­би­лей. Самый круп­ный град упал в ита­льян­ском городе Аццано-Дечимо, где была обна­ру­жена гра­дина раз­ме­ром 19 сан­ти­мет­ров:

Самая круп­ная гра­дина в Европе раз­ме­ром 19 см, 24 июля 2023 года, Аццано-Дечимо, Италия

Самая круп­ная гра­дина в Европе © Marilena Tonin

Эта находка очень близка к миро­вому рекорду от 23 июля 2010 года в Вивиане, Южная Дакота, когда была зафик­си­ро­вана гра­дина раз­ме­ром 8 дюймов (20.3 cm). Следует отме­тить, что Аццано-Дечимо был пора­жен гигант­ским градом дважды за два года. Профес­сио­наль­ный фото­граф и «охот­ник за штор­мами» Marko Korošec сфо­то­гра­фи­ро­вал повре­жде­ния фото­воль­та­и­че­ских моду­лей после рекорд­ного града в Аццано-Дечимо 24 июня 2023 года:

Поврежде­ние сол­неч­ных пане­лей после рекорд­ного града в Италии

Разбитые рекорд­ным градом PV модули © Marko Korošec

Для Болгарии 2023 год также ока­зался весьма насы­щен­ным на круп­ный град. Рекорд­ным было сооб­ще­ние, посту­пив­шее 6 авгу­ста из города Дулово в Силистрен­ской обла­сти. К сча­стью обо­шлось без жертв, но постра­дал урожай, повре­ждены дома и авто­мо­били. Размер градин дости­гал 13 сан­ти­мет­ров (оран­же­вый тре­уголь­ник на карте):

Карта круп­ного града в Европе и Болгарии в 2023 году

© European Severe Weather Database (ESWD)

Борьба с градом

Град нано­сит зна­чи­тель­ный ущерб посе­вам, фрук­там, авто­мо­би­лям, зда­ниям, домаш­ним живот­ным и людям, застав­ляя фер­ме­ров и вла­дель­цев иму­ще­ства искать спо­собы защиты. Борьба с этим явле­нием явля­ется акту­аль­ной зада­чей, однако оценка эффек­тив­но­сти раз­лич­ных мето­дов оста­ётся слож­ной из-за при­род­ных усло­вий, кото­рые не поз­во­ляют про­во­дить точные и кон­тро­ли­ру­е­мые экс­пе­ри­менты.

Засев обла­ков ледо­об­ра­зу­ю­щими аген­тами — один из наи­бо­лее извест­ных спо­со­бов борьбы с градом. Этот метод пред­по­ла­гает вве­де­ние в гро­зо­вые облака частиц иодида серебра (AgI) или «сухого льда» (твёр­дый диок­сид угле­рода). Микроско­пи­че­ские частицы захва­ты­ва­ются пере­охла­ждён­ными кап­лями, пре­вра­ща­ясь в кри­сталлы, кото­рые ста­но­вятся заро­ды­шами града. Эти искус­ствен­ные кри­сталлы кон­ку­ри­руют с есте­ствен­ными за влагу в облаке, что при­во­дит к фор­ми­ро­ва­нию мно­же­ства мелких градин вместо неболь­шого коли­че­ства круп­ных.

Засев обла­ков иоди­дом серебра и сухим льдом в каче­стве борьбы против града

© North Dakota Cloud Modification Project

Несмотря на деся­ти­ле­тия иссле­до­ва­ний и при­ме­не­ния, эффек­тив­ность засева обла­ков оста­ётся пред­ме­том споров среди учёных, а све­де­ния о его эффек­тив­но­сти весьма про­ти­во­ре­чивы. Данные пока­зы­вают, что иногда засев обла­ков может давать обрат­ный эффект. Кроме того, оста­ются вопросы отно­си­тельно эко­ло­ги­че­ской без­опас­но­сти этого метода, так как дли­тель­ное воз­дей­ствие иодида серебра на окру­жа­ю­щую среду оста­ется не до конца изу­чен­ным.

Кассеты с иоди­дом серебра для борьбы против обра­зо­ва­ния града в обла­ках, уста­нов­лен­ные на само­лёте

Иодид серебра © Ice Crystal Engineering (ICE)

Другой извест­ный способ борьбы с градом — выстрелы из аку­сти­че­ских пушек — исполь­зу­ется вот уже более 100 лет. Эти устрой­ства создают зву­ко­вые удар­ные волны, направ­лен­ные вер­ти­кально вверх, кото­рые тео­ре­ти­че­ски должны поме­шать фор­ми­ро­ва­нию града в обла­ках. Однако эффек­тив­ность гра­до­вых пушек не под­твер­ждена науч­ными иссле­до­ва­ни­ями.

Выставка гра­до­вых пушек в Падуе, Северная Италия

Выставка гра­до­вых пушек в Падуе, Италия

Градовые пушки были модным фер­мер­ским увле­че­нием в Европе в период с 1896 по 1905 год, после чего от их мас­со­вого исполь­зо­ва­ния отка­за­лись из-за край­ней неэф­фек­тив­но­сти. Некото­рые фер­меры поку­пают и исполь­зуют гра­до­вые пушки до сих пор:

Современ­ная гра­до­вая пушка

Градовая пушка © Stephen Kloosterman

Оценка резуль­та­тив­но­сти мето­дов борьбы с градом крайне сложна из-за уни­каль­но­сти каж­дого гро­зо­вого облака и невоз­мож­но­сти создать иден­тич­ные усло­вия для срав­не­ния. В отли­чие от лабо­ра­тор­ных иссле­до­ва­ний с кон­тро­ли­ру­е­мыми пере­мен­ными, погод­ные усло­вия варьи­ру­ются, что затруд­няет выводы о реаль­ной эффек­тив­но­сти исполь­зу­е­мых тех­но­ло­гий. В то же время про­дол­же­ние науч­ных иссле­до­ва­ний и совер­шен­ство­ва­ние ста­ти­сти­че­ских мето­дов оценки резуль­та­тов очень важны для поиска надёж­ных и без­опас­ных реше­ний.

С другой сто­роны, даже успеш­ное изме­не­ние погоды в одном реги­оне может при­ве­сти в непред­ска­зу­е­мым послед­ствиям в других. С этой точки зрения пас­сив­ная защита иму­ще­ства за счёт при­ме­не­ния совре­мен­ных сверх­проч­ных мате­ри­а­лов выгля­дит более разумно, чем актив­ное воз­дей­ствие на погоду. Например, надёж­ным спо­со­бом защиты урожая от града может быть исполь­зо­ва­ние проч­ных и эла­стич­ных три­ко­таж­ных анти­гра­до­вых сеток:

Трикотаж­ные анти­гра­до­вые сетки для защиты урожая

Противо­гра­до­вые сетки © Agroflor

Минималь­ное зате­не­ние, созда­ва­е­мое такими сетями, нередко идёт на пользу многим сель­ско­хо­зяй­ствен­ным куль­ту­рам, но для сол­неч­ной элек­тро­стан­ции это озна­чало бы потерю мощ­но­сти. Для повы­ше­ния уровня пас­сив­ной защиты PV моду­лей от града необ­хо­димо более проч­ное и упру­гое стекло с доста­точно высо­ким коэф­фи­ци­ен­том све­то­про­пус­ка­ния.

Снижение рисков

Хотя и невоз­можно пол­но­стью избе­жать риска повре­жде­ния сол­неч­ных пане­лей градом, мы можем сни­зить веро­ят­ность таких повре­жде­ний или смяг­чить их послед­ствия. Вот семь сове­тов от NENCOM для защиты инве­сти­ции в фото­воль­та­и­че­скую систему:

1. Покупайте PV модули извест­ных про­из­во­ди­те­лей и только через офи­ци­аль­ных дис­три­бью­то­ров. Цена не должна являться опре­де­ля­ю­щим кри­те­рием при выборе ком­по­нен­тов для сол­неч­ной элек­тро­стан­ции. На рынке встре­ча­ется боль­шое коли­че­ство нека­че­ствен­ной про­дук­ции, а также под­делки под извест­ные марки. Основные кри­те­рии выбора — давняя исто­рия, без­упреч­ная репу­та­ция и финан­со­вая устой­чи­вость ком­па­нии-про­из­во­ди­теля. Почти все про­из­во­ди­тели дают мно­го­лет­нюю гаран­тию на сол­неч­ные модули, но боль­шин­ство из них пре­кра­тит своё суще­ство­ва­ние задолго до исте­че­ния гаран­тий­ного пери­ода.

2. Не поку­пайте PV модули боль­шого раз­мера без явной необ­хо­ди­мо­сти, осо­бенно для домаш­них систем. Чем больше пло­щадь стекла, тем менее оно устой­чиво к ударам града при прочих равных усло­виях. Оптималь­ный размер сол­неч­ного модуля для домаш­ней фото­воль­та­и­че­ской системы — не более 2 m2. В послед­ние годы мы наблю­даем тен­ден­цию исполь­зо­ва­ния в домаш­них систе­мах PV моду­лей боль­шого раз­мера, пред­на­зна­чен­ных для ком­мер­че­ских систем, из-за их более низкой цены за 1 Wp (ватт-пик). Такие модули опти­мальны для стро­и­тель­ства круп­ных назем­ных элек­тро­стан­ций, но не для уста­новки на крыше част­ного дома.

3. Доверьте уста­новку фото­воль­та­и­че­ских моду­лей опыт­ным про­фес­сио­на­лам, строго соблю­да­ю­щим инструк­ции про­из­во­ди­теля. Не забы­вайте, что нару­ше­ние правил пере­возки, раз­грузки, хра­не­ния и мон­тажа сол­неч­ных моду­лей при­во­дит к анну­ли­ро­ва­нию гаран­тии.

Установка фото­воль­та­и­че­ской системы на крыше дома, NENCOM

Монтаж PV моду­лей © NENCOM

Неправиль­ный монтаж также повы­шает веро­ят­ность повре­жде­ний при силь­ном ветре или граде. Помните, что ущерб, нане­сён­ный сол­неч­ным пане­лям во время форс-мажор­ных обсто­я­тельств или сти­хий­ных бед­ствий, вклю­чая молнии и град, не явля­ется гаран­тий­ным слу­чаем.

4. Желательно уста­нав­ли­вать PV модули под углом не менее 15° к гори­зон­таль­ной поверх­но­сти, когда это воз­можно. Чем больше угол наклона, тем меньше градин попа­дёт в модуль (из-за мень­шей пло­щади про­ек­ции), а энер­гия их ударов будет ниже.

Солнеч­ные модули с накло­ном 60 гра­ду­сов

PV модули с накло­ном 60° © NENCOM

Конечно, силь­ный ветер во время града может внести непред­ска­зу­е­мые кор­рек­тивы. В любом случае наклон 15° и более обес­пе­чи­вает эффек­тив­ное само­очи­ще­ние сол­неч­ных моду­лей во время дождя. При выборе опти­маль­ного угла наклона в каждом кон­крет­ном случае нужно учи­ты­вать мно­же­ство фак­то­ров, вклю­чая место мон­тажа, вет­ро­вую нагрузку, сто­и­мость мон­таж­ной кон­струк­ции, азимут, график потреб­ле­ния энер­гии и многое другое. Обрати­тесь к про­фес­сио­налу за кон­суль­та­цией.

5. Постарай­тесь застра­хо­вать свою фото­воль­та­и­че­скую систему. Внимательно изу­чите дого­вор стра­хо­ва­ния: в нём может быть мно­же­ство исклю­че­ний и ого­во­рок, осо­бенно в реги­о­нах со слож­ными кли­ма­ти­че­скими усло­ви­ями. Некото­рые стра­хо­вые ком­па­нии могут отка­заться стра­хо­вать фото­воль­та­и­че­ские модули. Извест­ный про­из­во­ди­тель и нали­чие сер­ти­фи­ката, под­твер­жда­ю­щего повы­шен­ную устой­чи­вость к граду, уве­ли­чат шансы на заклю­че­ние дого­вора или снизят сто­и­мость стра­ховки.

6. Если вы вла­де­ете неболь­шой фото­воль­та­и­че­ской систе­мой, состо­я­щей из несколь­ких моду­лей с лёгким досту­пом к ним (лодка, кемпер, плос­кая крыша дома или назем­ная уста­новка) — дер­жите наго­тове под­хо­дя­щие для защиты мате­ри­алы и сле­дите за про­гно­зом погоды. Одно из воз­мож­ных реше­ний — проч­ная трёх­слой­ная воз­душно-пузыр­ча­тая плёнка:

Защита сол­неч­ных пане­лей от града с помо­щью трёх­слой­ной воз­душно-пузыр­ча­той плёнки

Купите рулон шири­ной 150 cm и нарежьте плёнку на отдель­ные листы с неко­то­рым запа­сом. Например, если размер модуля 113×172 cm, под­го­товьте листы плёнки раз­ме­ром 150×200 cm. В каче­стве тре­ни­ровки попро­буйте закре­пить защит­ную плёнку на одном модуле с помо­щью арми­ро­ван­ной клей­кой ленты. Заверните края плёнки за алю­ми­ни­е­вую рамку и сде­лайте несколько обо­ро­тов клей­кой лентой вокруг модуля. Старай­тесь не при­кле­и­вать ленту непо­сред­ственно к сол­неч­ному модулю — только к плёнке, чтобы потом можно было легко уда­лить защиту. Убедитесь, что плёнка закреп­лена надёжно и её не сдует ветром.

При ожи­да­нии круп­ного града исполь­зуйте несколько слоёв пузыр­ча­той плёнки. На случай гигант­ского града, между слоями плёнки можно уста­но­вить лист фанеры раз­ме­ром чуть больше модуля, чтобы рас­пре­де­лить энер­гию удара на всю пло­щадь, вклю­чая рамку. Импрови­зи­руйте с учётом вашего опыта и кон­крет­ной ситу­а­ции.

Не рискуйте! Если град уже начался, а вы не успели уста­но­вить защиту на сол­неч­ные модули — бере­гите себя и своих близ­ких, нахо­дясь в укры­тии.

7. Имейте в виду, что раз­би­тые градом PV модули в неко­то­рых слу­чаях могут при­ве­сти к пожару из-за обра­зо­ва­ния элек­три­че­ской дуги на повре­ждён­ных токо­про­во­дя­щих шинах. Например, когда 20 декабря 2018 года круп­ный град обру­шился на Сидней (Австра­лия), были раз­биты многие авто­мо­били и крыши домов. Постра­дала и сол­неч­ная элек­тро­стан­ция мощ­но­стью 200 kW, уста­нов­лен­ная на крыше ком­па­нии Tacca Industries за пять лет до этого собы­тия. Несмотря на то, что после шторма PV модули были отклю­чены от нагрузки, через три дня они заго­ре­лись:

Возгора­ние сол­неч­ных пане­лей на заводе Tacca после града

Сгорев­шие после града PV модули © Tacca

Возгора­ние повре­ждён­ных пане­лей может про­изойти в сол­неч­ную погоду, осо­бенно под нагруз­кой, когда они про­из­во­дят много энер­гии. В боль­шей сте­пени такому риску под­вер­жены модули «ста­рого» типа: с квад­рат­ными ячей­ками и неболь­шим коли­че­ством токо­про­во­дя­щих шин. Модули с тех­но­ло­ги­ями «Half-cut cell» и «Multi-bus bar» под­вер­жены дан­ному риску в мень­шей сте­пени за счёт более рав­но­мер­ного рас­пре­де­ле­ния тока внутри модуля.

Поэтому после повре­жде­ния пане­лей очень важно при­нять опе­ра­тив­ные меры, обра­тив­шись к спе­ци­а­ли­стам. Фотоволь­та­и­че­ские модули про­из­во­дят посто­ян­ный ток (DC), элек­три­че­ская дуга кото­рого намного более ста­бильна и опасна, чем дуга пере­мен­ного тока (AC):

Электри­че­ская DC дуга ~600W © NENCOM

Дополни­тель­ные мате­ри­алы

В этом раз­деле мы собрали неко­то­рые науч­ные иссле­до­ва­ния, свя­зан­ные с обра­зо­ва­нием града, мето­дами его про­гно­зи­ро­ва­ния и сни­жения ущерба:

Hail Hazard Research

 

Хотите задать вопрос или оформить заказ?

Выберите удобный способ связи или заполните форму:

Отправить
© 2013-2024 NENCOM
Строительство фотовольтаических систем
Болгария, Варна, бул. Христо Смирненски, 39
+359 8 999 68 574
+359 8 999 60 300
+359 877 01 49 01
О компании NENCOM
Реализованные проекты
Статьи и новости
Контактная информация
Реквизиты компании
Для партнёров
site by