In het kader van het EU Horizon 2020 Circusol project over het hergebruik van zonnepanelen en batterijopslagsystemen, onderzocht Futech in samenwerking met kennisinstellingen zoals VITO en IMEC welke voorafgaande testprocedures er noodzakelijk zijn alvorens gebruikte zonnepanelen een tweede leven te geven.
De zonnepanelen die voor hergebruik worden ingezet, zijn typisch afkomstig van daken die zijn blootgesteld aan brand of extreme weersomstandigheden zoals storm en hagel. Wanneer één zonnepaneel in een string defect is, wordt vaak de volledige string vervangen. De meeste panelen die Futech verzamelde in het kader van Circusol waren dan ook nog in staat om energie te produceren.
Op deze batch, bestaande uit 105 panelen met een gemiddelde levensduur van 10 jaar, werden onderstaande testprocedures toegepast.
Visuele inspectie
Futech toetste de volledige batch af aan onderstaande checklist van mogelijke defecten, opgesteld door onderzoeksinstelling IMEC:
- Gebroken glas
- Beschadigde backsheet (vb. barstjes)
- Kromgetrokken of gebroken frame
- Delaminatie aan de randen
- Beschadigde of losse aansluitdoos (junction box)
- Vocht of corrosie in het zonnepaneel
- ‘Slakkenpaden’: verkleuring panelen die zich meestal pas enkele jaren na productie voordoet
- Beschadigde of losse kabels
- Luchtbellen aan randen zonnepaneel, op of tussen cellen
- Beschadigde connector(en)
- ‘Hotspots’: verhitte cellen
Van de 105 visueel geïnspecteerde panelen werd er één niet weerhouden omwille van gebroken glas.
Electroluminescentie test
Een elektroluminescentietest wordt uitgevoerd door een ladingsgekoppelde apparaatcamera, terwijl het zonnepaneel wordt gevoed door een stroombron en zonder zonlicht. Intacte modules zonder energieverliezen of andere defecten hebben een EL-beeld waarvan alle cellen dezelfde helderheid hebben. Cellen die efficiëntieverliezen of andere potentiële defecten vertonen, worden doorgaans niet meer of niet volledig verlicht.
EL-test in de praktijk
Op basis van de EL-test werden de zonnepanelen onderverdeeld in 5 verschillende categorieën volgens een door Futech ontwikkeld categorisatiesysteem, waarbij het A+-label werd gebruikt voor de meest intacte modules en het C-label voor de minst intacte modules. Behalve de modules met het C-label zijn alle modules geschikt voor hergebruik.
Voorbeeld van paneel met een A+ label Voorbeeld van paneel met een C label
Futech ontwikkelde een interactieve beslissingsboom voor de categorising in de 5 afgebakende categorieën, gebaseerd op visuele inspectie, EL-testing en IV-curve testing. Deze beslissingsboom kan worden geraadpleegd via deze link.
Futech raadt aan om de EL-test als standaard toe te passen voor ‘second-life’ zonnepanelen omdat deze hoogwaardige resultaten biedt, waardoor het mogelijk is om verschillende defecten op een efficiënte manier te identificeren en de zonnepanelen in verschillende categorieën te sorteren.
Ter illustratie, op basis van een EL-test heeft het paneel hierboven (rechterkant) een C-label gekregen vanwege enkele scheuren in het paneel. Op basis van een flash test, die in de volgende paragraaf zal worden beschreven, zou dit paneel zijn goedgekeurd voor hergebruik, terwijl we op basis van de EL-test kunnen verwachten dat de scheur vroeg of laat zal leiden tot lagere opbrengsten.
Flash test
Een extra test die naast een EL-test kan worden uitgevoerd, is de flash test. Deze test meet de outputprestaties van een zonnepaneel en is een testprocedure die vaak wordt toegepast om de conforme werking van een paneel te garanderen.
Gezien er voor de batch van 105 panelen gebruik werd gemaakt van aparte testinfrastructuur voor het toepassen van een flash en EL-test, bleek de arbeidsintensiteit van de flash test vrij hoog.
Isolatiemeting
In het kader van Circusol paste Futech volgende test toe in verband met elektrische veiligheid (IEC 61215):
- Isolatieweerstand: hoge potentiaaltest bij 1.000 VDC + 2 x systeemspanning bij STC gedurende 1 minuut
Bij de strikte toepassing van bovenstaande test bleken slechts 12 van de 105 onderzochte panelen geschikt voor hergebruik.
De isolatieweerstandstest meet de weerstand tussen de cellen van een zonnepaneel en de aarde. Een hoge weerstand is vereist om grote lekstromen te vermijden. Hoe vochtiger het glas en/of de achterplaat van het zonnepaneel, hoe lager de isolatieweerstand. Dit verklaart het lage slagingspercentage van de door Futech geteste panelen, aangezien deze nog steeds vochtig waren ondanks dat ze enkele maanden in het magazijn van Futech waren opgeslagen. Bovendien werd de test uitgevoerd in vochtige omstandigheden.
Futech beschouwt de IEC 61215-test dan ook eerder als een geschikte test voor nieuwe zonnepanelen in een productieomgeving. Zelfs panelen die enkele maanden van het dak zijn verwijderd en sindsdien in droge omstandigheden zijn opgeslagen, blijken moeilijkheden te ondervinden om de test te doorstaan.
Om ‘second-life’ zonnepanelen optimaal voor te bereiden op een isolatiemeting, dienen deze eerst gereinigd te worden om te voorkomen dat bepaalde zouten op het glas van de panelen invloed zouden hebben op de metingen. Een ander aspect is de manier waarop de modules worden gestapeld. Bij Futech zat het glas van de panelen aan de onderkant, hetgeen het drogingsproces niet ten goede kwam. Hiernaast is het ook belangrijk om de panelen op te slaan in een omgeving met een lage luchtvochtigheid.
Tenslotte adviseert Futech om op basis van de resultaten van de EL- en flash test de zonnepanelen, die op basis van isolatiemeting afgekeurd zijn, voor hergebruik toe te wijzen. Het lijkt ook raadzaam om een specifieke isolatienorm te overwegen voor ‘second-life’ panelen (bijvoorbeeld hogere toegestane lekstroom).
Conclusies
Op basis van haar bevindingen raadt Futech aan om ‘second-life’ zonnepanelen standaard te onderwerpen aan een visuele inspectie en een elektroluminescentie- en flash test (IV-curvemeting). Met betrekking tot de isolatiemeting test (IEC 61215), raadt Futech aan om een specifieke isolatienorm te overwegen voor gebruikte zonnepanelen, aangezien de huidige test meer geschikt lijkt voor nieuwe panelen in een productieomgeving dan voor (vaak vochtige) panelen afkomstig van daken.
Voorbeeld IV-curvemeting
Futech leerde ook dat het toepassen van een EL-test en een flash test via aparte testinfrastructuur een arbeidsintensief proces is en dus hoge arbeidskosten met zich meebrengt. Daarom raadt Futech aan om gebruik te maken van geïntegreerde testinfrastructuur, waarbij een zonnepaneel aan drie verschillende testen (EL, flash en isolatiemeting) tegelijk kan worden onderworpen.
Optioneel kan een praktijktest (na herinstallatie van de ‘second-life’ zonnepanelen) worden uitgevoerd om waardevolle informatie te verschaffen over de verwachte levensduur van de panelen.
