Meerdere factoren beïnvloeden de productieve levensduur van een residentieel zonnepaneel. Het gerenommeerde PV Magazine bracht de belangrijkste factoren in kaart.
Zonnepanelen voor woningen worden vaak verkocht met langlopende leningen of huurovereenkomsten waarbij huiseigenaren contracten van 20 jaar of meer afsluiten. Maar hoe lang gaan panelen mee, en hoe weerbaar zijn ze?
De levensduur van een paneel hangt af van verschillende factoren, waaronder het klimaat, het type module en het montagesysteem. Hoewel er niet per se een specifieke “einddatum” voor een paneel is, dwingt productieverlies na verloop van tijd vaak tot het buiten gebruik stellen van apparatuur.
Levensduur 20 à 30 jaar
Bij de beslissing of u uw paneel 20 tot 30 jaar op uw dak wilt laten liggen, of dat u op dat moment op zoek gaat naar een upgrade, is het monitoren van het productieniveau de beste manier om een weloverwogen beslissing te nemen. Volgens het National Renewable Energy Laboratory (NREL) bedraagt het vermogensverlies na verloop van tijd, ook wel degradatie genoemd, ongeveer 0,5% per jaar.
Fabrikanten beschouwen 25 tot 30 jaar doorgaans als een punt waarop voldoende degradatie is opgetreden en het tijd wordt om vervanging van een paneel te overwegen. De industriestandaard voor fabrieksgaranties is 25 jaar op een zonnepaneel, aldus NREL.
Degradatie
Met een benchmark van 0,5% jaarlijkse degradatie kan een twintig jaar oud paneel ongeveer 90% van zijn oorspronkelijke vermogen produceren.
De kwaliteit van het paneel kan enige invloed hebben op de degradatiepercentages. NREL meldt dat premium fabrikanten zoals Panasonic en LG ongeveer 0,3% per jaar degraderen, terwijl sommige merken zelfs 0,80% degraderen. Na 25 jaar zouden deze hoogwaardige panelen nog steeds 93% van hun oorspronkelijke output kunnen produceren, en het voorbeeld met een hogere degradatiegraad 82,5%.
PID
Een aanzienlijk deel van de degradatie wordt toegeschreven aan een verschijnsel dat “Potential Induced Degradation” (PID) wordt genoemd, een probleem waarmee sommige, maar niet alle panelen te kampen hebben. PID treedt op wanneer het spanningspotentieel van het paneel en de lekstroom de ionenmobiliteit binnen de module tussen het halfgeleidermateriaal en andere elementen van de module, zoals het glas, het montagesysteem of het frame, verhoogt. Hierdoor daalt het vermogen van de module, in sommige gevallen aanzienlijk.
Sommige fabrikanten bouwen hun panelen met PID-bestendige materialen in hun glas, inkapseling en diffusiebarrières.
Ook bestaan er oplossingen die rendementsverliezen ten gevolge van PID voorkomen en regenereren, zoals de PIDbox van iLumen.
LID
Alle panelen hebben ook te lijden onder wat Light Induced Degradation (LID) wordt genoemd, waarbij panelen binnen de eerste uren na blootstelling aan de zon hun efficiëntie verliezen. LID varieert van paneel tot paneel op basis van de kwaliteit van de kristallijne siliciumwafers, maar resulteert meestal in een eenmalig efficiëntieverlies van 1-3%, aldus testlaboratorium PVEL, PV Evolution Labs.
Weersomstandigheden
Temperatuur
Blootstelling aan weersomstandigheden is de belangrijkste oorzaak van degradatie bij zonnepanelen. Hitte is een belangrijke factor in zowel de real-time prestaties van de panelen als de degradatie na verloop van tijd. Hitte in de omgeving heeft een negatieve invloed op de prestaties en efficiëntie van elektrische componenten, aldus NREL.
Door het gegevensblad van de fabrikant te raadplegen, kan de temperatuurcoëfficiënt van een paneel worden gevonden, die aangeeft hoe het paneel bij hogere temperaturen presteert.
De coëfficiënt verklaart hoeveel real-time efficiëntie verloren gaat met elke graad Celsius boven de standaardtemperatuur van 25° C. Bijvoorbeeld, een temperatuurcoëfficiënt van -0,353% betekent dat voor elke graad Celsius boven 25° C, 0,353% van de totale productiecapaciteit verloren gaat.
Warmte-uitwisseling zorgt voor afbraak van panelen door een proces dat thermische cycli heet. Als het warm is, zetten de materialen uit, en als de temperatuur daalt, krimpen ze. Door deze beweging ontstaan na verloop van tijd microscheurtjes, de zogenaamde “microcracks”, in het paneel, waardoor het rendement daalt.
In haar jaarlijkse Module Score Card studie, analyseerde PVEL 36 operationele zonneprojecten in India, en ontdekte aanzienlijke gevolgen van warmteverlies. De gemiddelde jaarlijkse degradatie van de projecten kwam uit op 1,47%, maar panelen in koudere, bergachtige gebieden degradeerden bijna half zo snel, namelijk met 0,7%.
Een goede installatie kan helpen om problemen in verband met warmte op te lossen. Panelen moeten een paar centimeter boven het dak worden geïnstalleerd, zodat convectielucht eronder kan stromen en de apparatuur kan koelen. Bij de constructie van de panelen kunnen lichtgekleurde materialen worden gebruikt om de warmte-absorptie te beperken. En componenten zoals omvormers, waarvan de prestaties bijzonder gevoelig zijn voor warmte, moeten op schaduwrijke plaatsen worden geplaatst, aldus CED Greentech.
Wind
Wind is een andere weersomstandigheid die schade kan toebrengen aan zonnepanelen. Harde wind kan verbuiging van de panelen veroorzaken, dynamische mechanische belasting genoemd. Dit veroorzaakt ook microscheurtjes in de panelen, waardoor het rendement daalt. Sommige montagesystemen zijn geoptimaliseerd voor gebieden met veel wind en beschermen de panelen tegen sterke opwaartse krachten en beperken microscheurtjes. Het gegevensblad van de fabrikant geeft doorgaans informatie over de maximale windsnelheden die het paneel kan weerstaan.
Sneeuw
Hetzelfde geldt voor sneeuw, die tijdens zwaardere stormen de panelen kan bedekken, waardoor het rendement wordt beperkt. Sneeuw kan ook een dynamische mechanische belasting veroorzaken, waardoor de panelen worden aangetast. Doorgaans glijdt de sneeuw van de panelen af, omdat ze glad en op temperatuur zijn, maar in sommige gevallen kan een huiseigenaar besluiten de sneeuw van de panelen te verwijderen. Dit moet zorgvuldig gebeuren, want krassen op het glasoppervlak van het paneel hebben een negatieve invloed op het rendement.
Degradatie is een normaal, onvermijdelijk onderdeel van de levensduur van een zonnepaneel. Een goede installatie, zorgvuldig sneeuwruimen en een zorgvuldige reiniging van het paneel kunnen helpen bij het rendement, maar uiteindelijk is een zonnepaneel een technologie zonder bewegende delen, die zeer weinig onderhoud vereist.
Testprocedures
Om ervoor te zorgen dat een bepaald paneel een lange levensduur heeft en werkt zoals gepland, moet het worden getest volgens de normen voor certificering. Panelen worden onderworpen aan de tests van de Internationale Elektrotechnische Commissie (IEC), die van toepassing zijn op zowel mono- als polykristallijne panelen.
Volgens EnergySage worden panelen die voldoen aan de IEC 61215-norm getest op elektrische kenmerken zoals lekstromen in natte toestand en isolatieweerstand. Ze ondergaan een mechanische belastingstest voor zowel wind als sneeuw, en klimaattests die controleren op zwakheden voor hot spots, blootstelling aan UV-straling, vochtigheid, hitte, hagelinslag en andere externe blootstelling.
IEC 61215 bepaalt ook de prestatiecijfers van een paneel in standaard testomstandigheden, zoals temperatuurcoëfficiënt, open-circuit spanning en maximaal vermogen.
Op het specificatieblad van een paneel staat ook vaak het zegel van Underwriters Laboratories (UL), dat ook normen en tests levert. UL voert klimaat- en verouderingstests uit, evenals alle veiligheidstests.
Storingsfactoren
Uitval van zonnepanelen komt weinig voor. NREL heeft een studie uitgevoerd bij meer dan 50.000 systemen die in de Verenigde Staten zijn geïnstalleerd en 4.500 wereldwijd tussen 2000 en 2015. De studie vond een mediaan storingspercentage van 5 panelen op 10.000 per jaar.
Het falen van panelen is in de loop der tijd duidelijk verminderd, aangezien gebleken is dat systemen die tussen 1980 en 2000 zijn geïnstalleerd een falingspercentage vertoonden dat twee keer zo hoog was als dat van na 2000.
Systeemuitval wordt zelden toegeschreven aan paneelstoringen. Uit een studie van kWh Analytics blijkt zelfs dat 80% van alle downtime van zonne-installaties het gevolg is van falende omvormers, het apparaat dat de gelijkstroom van het paneel omzet in bruikbare wisselstroom.
