Co je skutečné srdce solárního panelu?

• 11. 02. 2023
• Redakce

 

Všichni řeší panely. Všichni zaměřují své pohledy na přední stranu, ale stejně jako srdce bije uvnitř, v lidském těle, junction-box pulzuje na zadní straně fotovoltaického panelu. Na rozdíl od lidského srdce je to srdce solárního panelu k vidění a čas od času je dobré věnovat mu pozornost. Pojďme se tedy podívat, co junction-box vlastně představuje a jaké mohou být jeho slabé stránky.

Samozřejmě, hlavní funkcí junction-boxu je vytvářet spojení mezi jednotlivými panely, resp. celým stringem fotovoltaického okruhu. Ale toto není jeho jediná funkce. Junction-box není pouhou prázdnou krabičkou, do kterého jsou upevněny kabely s konektory.

Součástí nitra junction-boxu jsou i terminační body pro jednotlivé stringy v rámci panelu, které jsou v jednom okruhu s diodami. Tyto pak dohlíží na to, aby vitální funkce celého panelu fungovala tak, jak má. No a jak už to tak u srdce bývá, správná funkčnost celého junction-boxu je naprosto zásadní pro správnou funkčnost celého panelu.

Koncoví uživatelé zpravidla netuší, jaké kritické faktory mohou funkčnost junction-boxu ovlivnit, takže pojďme si některé z nich projít.

Plasty, plasty, plasty…

Volba správné plastové směsi je tím úplným začátkem. Asi si umíte představit, junction box musí vydržet nejen tři dekády neustálého střídání teplotního cyklu. Například zimní teploty někde kolem -10°C a oproti tomu letní teploty šplhající ke 40°C. Tyto pak rozžhaví solární panel a všechny jeho části ne příliš daleko od 100°C! A to se stále bavíme o teplotních vlivech, které přicházejí z vnějšího okolí.

Potíž je ale v tom, že junction-box musí odolat velmi vysokým teplotám díky elektrickému proudu uvnitř. Pokud je aktivována dioda, ta se vlivem vysokého odporu zahřívá. Diody samy o sobě dokáží odolat teplotám až téměř 200°C (záleží na výrobci), ale dokáže totéž i plastová krabička?!

Z toho plyne, že bez použití opravdu kvalitních plastů a stejně tak jejich kvalitního zpracování během výrobního procesu, se spolehlivý junction-box prostě neobejde.

A je tu ještě jedno téma, které musíme brát v potaz. Všechny junction boxy jsou připevněny k solárnímu panelu pomocí lepidel na bázi (zpravidla) silikonu či polyuretanu. Aby toho nebylo málo, výrazná část junction-boxů na panelech má i silikonovou či polyuretanovou výplň, aby se předešlo poškození vodivých částí, či nedošlo k úrazu elektrickým proudem.

Pro obé uvedené platí, že se během výrobního procesu musí zajistit absolutní adheze mezi jednotlivými materiály. Téma adheze si nechám na zvláštní kapitolu níže, ale v souvislosti s plasty a jejich vstřikováním do forem existuje jeden nešvar, kterým výrobci junction-boxů adhezní schopnosti doslova zabijí. V honu za ziskem si urychlují výrobu tak, že na vstřikolisové formy používají škálu různorodých lubrikantů, aby se čerstvě vylisované plastové díly snáz a rychleji „vylouply“ z forem.

Zní to sice fajn, ale takto kontaminovaný plastový díl bude mít v pozdějších fázích výroby s adhezí velký problém. A to nejhorší na tom je, že výrobce solárních panelů toto kontroluje zřídka kdy, a ve finále celý tento špás bude stát peníze koncového zákazníka.

Jiným velkým nešvarem je, když se výrobce junction-boxu rozhodne (opět motivován nižšími náklady) používat recyklované materiály. Jejich kontaminace je prakticky neuhlídatelná, a jen opravdu velmi důslední výrobci solárních panelů si na tento problém dávají pozor. Důsledky poté bývají podobné, jako při kontaminaci lubrikanty.

 

Propojovací terminály

Design propojovacích terminálů v junction-boxu je zcela zásadní. Proč?

Kontaktní terminál v junction-boxu je prvním bodem, kde DC proud z panelu přímo přechází do junction-boxu a prochází přes diodu. Jak už víme, každý přechod (kontakt, konektor, spojka, apod.) má tu větší, tu menší vliv na odpor. Právě terminál je prvním místem odporu v rámci junction-boxu. A co už také víme je, že odpor=teplo=riziko požáru=ztráta peněz.

Existuje mnoho způsobů, jak propojit jednotlivé stringy panelu s junction-boxem, a každý výrobce to řeší po svém (v mnoha případech ale v rámci technologických možností výrobců solárních panelů). Co já tu ale mohu zmínit je, že při použití nevhodného typu propojení může na terminálech junction-boxu docházet k oxidaci, což taktéž napomáhá zvyšování odporu.

Normativní požadavky v rámci fotovoltaických standardů berou tento problém v potaz a definují jasně daná kritéria, které musí junction-boxy v tomto ohledu splňovat. Nicméně, výrobce panelů má ve svém výběru junction-boxu poslední slovo. Bohužel, nezřídka kdy hraje argument snižování nákladu vyšší kartu, než technologové a vývojáři. Takže pozor – problém s přehříváním začíná už u výběru výrobce solárního panelu jako takového.

Citlivé diody

Je přímo neuvěřitelné, kolik výrobců junction-boxů podceňuje křehkost a citlivost používaných diod. Používané čipy jsou extrémně křehké, a i mikroskopické trhlinky ovlivňují ve svém důsledku funkčnost celého panelu. Pokud dioda, nebo junction box spadnou během výrobního procesu z linky, měly by se okamžitě vyřadit (minimálně toto je doporučení drtivé většiny výrobců čipů).

Ale mechanická odolnost není tím nejhorším, co se může při výrobě junction-boxů a solárních panelů v souvislosti s diodami stát. Tím největším strašákem je elektrostatická odolnost. Účastnil jsem se mnoha inspekcí u výrobních linek výrobců junction-boxů. Viděl jsem stovky závodů na výrobu solárních panelů. Nevycházím z úžasu, kolik firem dodnes podceňuje ochranu proti elektrostatickým výbojům a vystavuje tak diody v junction-boxu zbytečnému riziku!

Chybějící zemnění zaměstnanců ve výrobě bývá nejčastějším prohřeškem. Balení junction-boxů do materiálů se silným elektrostatickým nábojem, používání nejrůznějších „kartáčů“ v rámci výrobních linek u panelů, či nedostatečné zemnění jednotlivých výrobních segmentů, se vyskytuje s četností až zarážející.

A přitom elektrostatický náboj vyřadí diodu z provozu naprosto spolehlivě. Jakmile se takové panely dostanou ke konečnému zákazníkovi a jsou instalovány, tak už je pozdě. A přitom předejít škodám je tak jednoduché.

Abychom ale byli fér k výrobcům solárních panelů – mnoho z nich dokáže dnes již spolehlivě odhalit poškozenou diodu během výstupní kontroly ve výrobě, takže se nestává úplně často, aby se takovéto panely dostaly až ke konečnému zákazníkovi. Nicméně, na úrovni výrobce junction-boxu vs. výrobce solárního panelu je toto téma stále přítomné, a působí nejen bolehlav, ale i zbytečné vícenáklady, které v konečném důsledku zaplatíte vy.

Adheze

V souvislosti s junction-boxem, adheze je horkým tématem hned ve dvou směrech.

V první řadě je v hledáčku adheze mezi zadní stranou panelu a junction-boxem samotným. Výběr vhodného lepidla (převážně na bázi silikonu) je ta jednodušší část. Co však bývá často podceňováno je fakt, že ne vždy jsou vlastnosti lepidla kompatibilní s adhezními vlastnostmi obou materiálů.

Stává se, že výrobce solárních panelů vymění dodavatele zadního laminátu a/nebo dodavatele junction-boxu, ale souběžně s tím si neprověří, zda tyto nové materiály pasují k lepidlu, které je zvyklý používat. Nenechejte se zmást – někdy i zdánlivě totožné materiály mohou vykazovat velmi odlišné adhezní vlastnosti. Často stačí i velmi málo – třeba jen změnit teplotu ke zpracování během výrobního procesu.

Aby toho nebylo málo, jen zlomek výrobců solárních panelů skutečně věnuje pozornost vstupním kontrolám při dodávkách junction-boxů v souvislosti s testováním adhezních vlastností. Já už jsem toto téma nakousl dříve, ale faktem zůstává, že pokud se těmto věcem nevěnuje dostatečná pozornost, odlupování junction-boxů od panelu je už potom jenom otázkou času.

Někdy ten průběh je takový, že není úplně nutné, aby junction-box od panelu doslova odpadl, ale díky chybějící adhezi byť i jen na části lepené plochy má za následek to, že vlhkost může jednoduše prostupovat prostorem junction-boxu až do panelu. A nemusím asi připomínat, že 30 let je opravdu dlouhá doba a během té dokáže oxidace vodivých částí hravě dokonat dílo zkázy.

V souvislosti s lepením junction-boxů k panelům se váže ještě jeden problém. Výrobci solárních panelů ne vždy čistí povrch junction-boxu, resp. zadní strany panelu. Používání nejrůznějších čistících chemikálií, je už v dnešní době za zenitem, ale ošetření povrchu plazmou by mělo být standardní součástí výrobního procesu. Je to levný a mimořádně efektivní způsob, jak dosáhnout špičkové adheze.

Jenomže nesmíme zapomenout na to, že spousty junction-boxů se stále plní silikonovou ochranou vnitřního prostoru tak, aby poskytl dodatečnou ochranu vodivých částí. Adheze silikonové výplně je komplikovanou disciplínou, protože uvnitř junction-boxu je relativně mnoho součástek z nejrůznějších materiálů a přitom všechny musí poskytnout spolehlivou ochranu, tudíž i adhezi.

Zpravidla nejslabším článkem uvnitř junction-boxu bývá kabel. Vysoce kvalitní kabely bývají „sesíťovány“ beta-zářením, což jim dodává vysokou teplotní odolnost a dlouhodobou elasticitu. Nicméně z pohledu junction-boxu to přináší jednu nepříjemnost.

Takovéto kabely totiž vykazují jen velmi nízkou adhezní schopnost. To představuje pro výrobce junction-boxů opravdu velkou výzvu, protože je třeba zajistit, aby silikonová výplň perfektně přilnula i k povrchu kabelu. Nemusím dodávat, že řešení samozřejmě existuje, nicméně riziko podceňuje stále příliš velké množství výrobců junction-boxů i solárních panelů.

A proč že je to takový problém?

Materiály na bázi silikonu jsou vysoce hydroskopické. To znamená, že absorbují vlhkost velmi snadno. Perfektní adheze mezi jednotlivými materiály, které jsou zalité ochranným silikonem pak zaručuje, že vlhkost neprojde až na vodivé části
junction-boxu, resp. solárního panelu.

Pokud ovšem adheze chybí, je jen otázkou času, než se vlhkost propracuje k povrchu kovových částí, a oxidace/koroze již dále vykonají své. A opět platí, že koroze=odpor=zvýšená teplota=riziko=ztráta peněz.

Na designu záleží

Nemám teď na mysli líbivost, jako spíš funkčnost designu. Tím, jak jsou výrobci solárních panelů tlačeni, aby vyráběli co nejlevnější panely, tak i cena junction-boxů má ostré limity. A jak známo – tlak na cenu vs. inovace nejdou příliš dohromady.

Mimo jiné toto také znamená, že výrobci panelů nemají možnost kvalitativní, ani funkční parametry junction-boxu příliš ovlivnit. Dochází pak k tomu, že výrobci vyrábějí produkty, které s těží plní kritéria norem a standardů, ale nedokáží už reflektovat například mechanickou odolnost v extrémních situacích, které bezesporu mohou nastat i v českých podmínkách.

Stále mějme na paměti, že junction-box je vystaven extrémním teplotám, mechanickým vlivům a podobné zátěži, jako celá fotovoltaická instalace. Navíc jsme zmínili, že junction-box je takovým srdcem solárního panelu, a stejně jako srdce, i junction-box musí pulzovat bez přestání a chyb po celou dobu životnosti. No a pokud selže design, můžeme se dočkat situací ne nepodobných těm, jako na obrázku. Jen pro dokreslení – přímá dostupnost vodivých částí junction boxu představuje enormní bezpečnostní riziko!

Suma sumárum

Zkušený expert v oblasti fotovoltaiky dokáže slušně odhadnout kvalitu celého solárního panelu jen letmým pohledem na junction box, protože už jen tím výběrem tohoto nám výrobce panelů jasně říká, jak moc bere výrobu, kvalitu a zpracování vážně.

Mějte na paměti, že junction box je indikátorem. Indikátorem předpokládané životnosti celého panelu, a tím pádem celé instalace.

Junction box je srdcem panelu. A pokud přestane bít, zemře i celý panel.

Autor článku: Jan Mastný, Global Sales/Business Development Director, Studer Cables AG