През 2021 година участвахме в изграждането на туристически катамаран за община Бургас. Пред нас беше поставена задача да разработим ...
Слънчевите панели затоплят планетата?Фотоволтаичните (PV) модули оказват както локално, така и глобално въздействие върху температурата. Локалното влияние зависи предимно от албедото ...
Victron Energy в БългарияНашият основен партньор е нидерландската компания Victron Energy, която се слави с надеждни инвертори, зарядни устройства и друго професионално ...
Слънчева енергия за Hyundai и JeepВсе по-често собственици на домашни соларни електроцентрали се замислят за покупка на електрическо транспортно средство (EV), за да ползват ...
За първи път в България: инвертори HypontechСлед успешното тестване на инверторите Hypontech сключихме договор с производителя и станахме официален партньор на Хайпонтек за България. ...
Слънчева енергия за катамаранНие изграждаме соларни електроцентрали от различни видове и за различни цели: мрежови, автономни и хибридни, за собствени нужди ...
Мощна PV система за къща в СофияВ началото на 2021 година към нас се обърна собственик на строяща се къща край София с молба за монтаж на соларна ...
Какво ще се случи с фотоволтаичните (PV) модули по време на град? Може ли едра градушка да разбие стъклената повърхност на панелите и да повреди соларните клетки? Какви PV модули са по-устойчиви на удари от град и сурови климатични условия? Нека да разберем.
Въведение
Устройство на PV модул
Изпитания и стандарти
Образуване на градушка
Статистика и тенденции
Борба с градушка
Намаляване на рискове
Допълнителни материали
За сертифицирани соларни модули градушка с диаметър до 25 mm не представлява опасност. По време на задължителни изпитания модулите биват обстрелвани с ледени топки именно с такъв размер, излитащи от специална пушка със скорост 23 m/s (82.8 km/h). След градовите удари специалисти на лаборатория проверяват модулите: те трябва да са съхранили характеристиките си и да нямат визуални дефекти.
По-едрите градушки носят в себе си повече кинетична енергия, затова те могат да нанесат както явни повреди на защитното стъкло, така и скрити повреди на соларните клетки или токопроводящите шини.
Във връзка с изменението на климата все по-често се сблъскваме с екстремни метеорологични условия. Едновременно с това технологиите бързо се развиват: учените разработват все по-здрави и устойчиви на външни въздействия материали. Световната практика показва, че повредените от град соларни панели обикновено продължават да работят с известна загуба на ефективност. Трябва да се има предвид, че малките повреди могат да се увеличат в процеса на експлоатация на фотоволтаичната система.
Всички съвременни слънчеви модули от масово производство са устроени почти еднакво. Отгоре те са защитени с закалено стъкло, което поема основния удар по време на градушка. Стъклото трябва да бъде не само много здраво, но и достатъчно гладко, за да предотвратява натрупването на прах и да се самопочиства ефективно по време на дъжд. В същото време то не трябва да е прекалено гладко, защото слънчевите лъчи, падащи под малък ъгъл върху модула, ще се отразяват почти напълно. Специалисти в лаборатории по целия свят постоянно експериментират с микроструктурата на повърхността на стъклото за фотоволтаични модули и със специални покрития, за да постигнат оптимална комбинация от противоречивите характеристики.
Структура на PV модул © NENCOM
Под защитното стъкло са разположени соларните клетки (обикновено силициеви), съединени помежду си с тоководещи шини. Преди са били използвани по две широки плоски шини за всяка клетка, което понякога е водило до образуването на така наречените «горещи точки», а повредата на една шина е била критична. По-късно започват да използват по 3, 5 и дори 10 по-тънки шини, намалявайки по този начин електрическото съпротивление и разпределяйки тока по-равномерно. MBB (multi-bus bar) технологията се е доказала добре и се е превърнала в норма. Сега, през 2024 година, някои производители използват по 16 и повече ултратънки тоководещи шини с кръгло сечение за всяка клетка, което прави соларните модули не само по-ефективни, но също така по-надеждни и издръжливи. Качеството на изработване на соларни клетки и тоководещи шини влияе на устойчивостта на PV модулите към град.
PV модул LONGi LR7-72HGD 585~620
Соларните клетки заедно с тоководещите шини са ламинирани от двете страни със специално здраво фолио от етиленвинил ацетат (EVA), което е устойчиво на ултравиолетови лъчи. Такава инкапсулация защитава клетките и шините от проникване на влага и намалява вероятността от образуване на микропукнатини при екстремни натоварвания върху модула (вятър, сняг, градушка). Качеството на това фолио не може да бъде оценено визуално при покупката на модулите, тъй като то не се вижда. Можем само да разчитаме на репутацията на производителя, а резултатът ще стане очевиден след няколко години — некачествените ламиниращи фолиа с времето помътняват и започват да се отлепват.
Нискокачествен модул след 3 години © NENCOM
Последният слой е полимерна или стъклена подложка, която също влияе върху здравината на соларния модул. Стъклената подложка се използва при двустранни (bifacial) модули, обратната страна на които може да произвежда енергия за сметка на отразената от околните повърхности светлина.
Целия този «сандвич» обикновено се побира в алуминиева рамка, която също е важен елемент от защитата на модула при екстремни натоварвания.
Стъклото е най-тежката част на соларния модул. Квадратен метър листово стъкло с дебелина 1 mm тежи ~2.5 kg. Нека разгледаме няколко примера:
1. Едностранен модул SHARP NU-JC440 за частен сектор има площ ~1.95 m2 и стъкло с дебелина 3.2 mm. Излиза, че стъклото тежи ~15.6 kg, при това че целият модул тежи 20.7 kg. Така че повече от 75% от теглото на модула е стъклото.
2. Двустранен модул SHARP NB-JD585 за комерчески сектор има площ ~2.58 m2 и две стъкла с дебелина по 2 mm от всяка страна. Излиза, че стъклата тежат ~25.8 kg, при това, че целият модул тежи 32.5 kg. Следователно, почти 80% от теглото на модула е стъклото.
Спецификация SHARP
Понякога в двустранните модули вместо задното стъкло се ползва прозрачен полимер, което позволява да се намалят цената и теглото. Теоретично, модулите с двойно стъкло (понякога ги наричат «glass/glass» или «dual-glass») са по-издръжливи от модулите с полимерна подложка («glass/backsheet» или «single-glass») благодарение на изключителната устойчивост на стъклото към атмосферни въздействия. На практика надеждността на соларния модул зависи от качеството на неговите компоненти и производствения процес.
Разбрахме как са устроени повечето съвременни PV модули и установихме, че здравината на материалите и технологията на производство пряко влияят върху устойчивостта към градушка. Но как тази устойчивост може да се измери и модулите да се сравнят помежду си? На помощ идват изпитвателните лаборатории и стандартите за тестване. В процес на задължителната сертификация слънчевите модули минават можество изпитания, разработени от Международна електротехническа комисия (IEC), включително тестове за устойчивост към солена мъгла (IEC 61701), устойчивост към атмосфера със съдържание на амоняк (IEC 62716), устойчивост към въздействието на прах и пясък (IEC 60068) и устойчивост към удари на град (IEC 61215).
Всъщност, международният стандарт IEC 61215 предвижда не само проверка на устойчивостта на соларните модули към градушка (hail test), но и много други тестове, като «изпитания на термичния цикъл», «изпитание на влажност и замръзване», «изпитание при влажна горещина», «изпитание на статично механично натоварване», «топлинен тест на байпасен диод» и много други.
Изпитания на устойчивост на PV модули към удари от град по стандарта IEC 61215 се провеждат по следния начин. Пневматична установка изстрелва ледени топки със зададен размер и маса с определена скорост в 11 точки на фотоволтаичния модул:
Hail Test 35 mm © Kiwa PVEL, анимация NENCOM
В стандарта IEC 61215 в качеството на пример схематично е показано подходящо устройство, включващо хоризонтална пневматична пускова установка, вертикална установка на модула и сензор за скорост, измерващ времето, за което ледена топка прелита разстоянието между два светлинни лъча. Измервателят на скоростта трябва да има точност ±2% и да бъде на разстояние не повече от 1 метър от повърхността на изпитвания модул:
© International Electrotechnical Commission
На практика могат да се използват и други типове хоризонтални и вертикални стартови установки, включително прашки и пружинни тестери. Скоростта на изстрела трябва да се поддържа с точност ±5%, допустимото отклонение от целта е ±10 mm. Точките за удари, описани в стандарта, покриват ъглите и ръбовете на модулите, токопроводящите шини между клетките, ръбовете на отделните клетки, местата за закрепване на модула към носещата конструкция и областта над разпределителната кутия:
Точки върху PV модула за удари © NENCOM
Соларният модул трябва да бъде надеждно закрепен в съответствие с инструкциите на производителя, а неговата повърхност трябва да бъде разположена перпендикулярно на траекторията на полета на ледените топки.
Тестовите ледени топки се формират в камера за замразяване при температура −10±5 °C. За проверка на тяхната маса се ползва кантар с точност ±2%, докато отклонението на масата и диаметъра трябва да е в диапазон ±5% от изискваното. Всяка топка се оглежда внимателно за наличие на пукнатини, след което се мести в специален контейнер за съхранение при температура −4±2 °C. Изкуствената градушка може да се намира в контейнера за не повече от час преди да се използва. Времето между изваждането на ледената топка от контейнера и удара в соларния модул не трябва да превишава 60 секунди.
За това как истинските градини се образуват и растат в гръмовиден облак, ще говорим по-късно. Сега трябва да разберем с каква скорост падат на повърхността и с каква кинетична енергия разполагат преди сблъсъка.
Формулата за максималната (пределна) скорост на падане на градина се определя от равновесието между силата на тежестта и силата на въздушното съпротивление. За сферична градина пределната скорост $v_t$ може да бъде изразена по следния начин:
$$v_t = \sqrt{\frac{2mg}{\rho C_d A}}$$
В тази формула $m$ е маса на градушката (kg), $g$ е ускорение на свободното падане (~9.81 m/s2), $\rho$ е плътността на въздуха (~1.225 kg/m3 на морско ниво), $C_d$ е коефициент на аеродинамичното съпротивление (~0.47 за сфера), $A$ е площта на напречното сечение на градушката (m2).
Таблицата, приведена в стандарта IEC 61215, показва, че по-големите градини могат да развиват по-висока скорост. Нашите изчисления потвърдиха това, а за по-ясно представяне решихме да добавим в таблицата и кинетичната енергия на градините (като основен разрушителен фактор), изчислявайки я по формулата: $E_k = \frac{1}{2} mv^2$
Диаметър, mm | Маса, g | Скорост, m/s | Кинетична енергия, J |
25 | 7.53 | 23.0 | 1.99 |
35 | 20.7 | 27.2 | 7.66 |
45 | 43.9 | 30.7 | 20.7 |
55 | 80.2 | 33.9 | 46.1 |
65 | 132 | 36.7 | 88.9 |
75 | 203 | 39.5 | 158.4 |
За сравнение: дъждовните капки падат на земята със скорост около 10 m/s
От таблицата става ясно, че при увеличаване на диаметъра на градушката три пъти (25 → 75 mm), нейната маса се увеличи 27 пъти, скоростта — 1.7 пъти, а кинетичната енергия — 80 пъти.
В реални условия на скоростта на падане на града могат да влияят вятърът, както и възходящите или низходящите въздушни потоци. Освен това, истинският град, особено едрият, често има неправилна форма, а следователно — различен, в сравнение със сферата, коефициент на аеродинамично съпротивление.
Важно е да се отбележи, че градината не е абсолютно твърдо тяло, затова при сблъсъка тя няма да може да предаде цялата си кинетична енергия PV на модула. Фактическата енергия на удара ще представлява тази част от кинетичната енергия на градината, която се абсорбира от модула и води до неговата еластична деформация или повреда. Останалата част от енергията ще се загуби за деформацията на самата градина, ще се преобразува в топлина, звук, а също така ще бъде отнесена от фрагментите на градината при нейното разрушаване.
Създаване на изкуствена градушка © Kiwa PVEL
Градушката от лабораторен произход по стандарт IEC 61215 е изключително плътна (~0.92 g/cm3), затова енергията от нейния удар обикновено значително превишава тази на истинската градушка. Плътността на истинския градушка средно е около 0.64 g/cm3 и може да варира от ~0.32 g/cm3 в кишаво състояние до ~0.99 g/cm3 (много рядко).
По-малката плътност на естествения град води до намаляване на крайното време за падане, което от своя страна намалява кинетичната енергия. Освен това ударът на по-«меката» градина ще оказва по-малко локално налягане на модула заради по-дългото време на взаимодействие и по-голямата площ на контакта.
Въпреки че стандартът IEC 61215 предвижда шест размера на градушка, задължителен за сертифицирането е само първият — 25 mm. Поради тази причина абсолютно болшинство от соларните модули, представени на пазара днес, имат точно това ниво на подтвърдена защита от град. Класът на устойчивост на удари от градушка задължително се посочва в протокола от изпитването, а някои производители, например LONGi, го посочват и в спецификацията:
PV модул LONGi LR5-54HTH 420~440M
В момента всички модули LONGi, предназначени за европейския пазар, са тествани за устойчивост към град с диаметър 25 mm в съответствие със стандарта IEC 61215. През май 2024 година компанията обяви началото на производството на двустранни модули от серията «Ice-Shield», устойчиви към ударите на градушка с диаметър до 45 mm, но само на пазара в САЩ. Повишената здравина се постига благодарение на по-дебелото предно стъкло (3.2 вместо 2 mm) със специално покритие, което увеличи теглото на модула със 7.7 kg.
Спецификация LONGi
Компанията LONGi е против производство на PV модули от прекалено голям размер. Това отчасти се дължи на логистични проблеми и безопасността на операциите на обекта, но има и друга причина. Изследванията на LONGi през 2021 година показват, че колкото по-голяма е площта на закаленото стъкло, толкова по-ниска е неговата здравина. По-долу е показана корелацията между повърхностното напрежение и ширината на стъклото:
Специалистите на LONGi се обърнаха към лабораторията TÜV SÜD за сравнение на устойчивост ким градушка на модулите с размери 2256×1133 mm (2.56 m2) и 2384×1303 mm (3.11 m2), като предоставиха по три екземпляра от всеки. Стрелбата се провеждаше с ледени топки с диаметър 35 mm със скорост 27.2 m/s. И трите модула с увеличена площ бяха счупени, докато модулът с площ 2.56 m2 издържа ударите.
През декември 2023 година компанията SHARP Solar успешно мина изпитанията на модулите от серия NU-JC за устойчивост към град с диаметър 40 mm. Няма такъв размер в таблицата на стандарта IEC 61215, но го има в швейцарския стандарт VKF, който е по-взискателен от особените условия на околната среда в алпийския регион.
PV модул SHARP от серия NU-JC © NENCOM
Слънчевите модули SHARP от серия NU-JC отдавна са достъпни на пазара в Европа. Нашата компания е официален партньор на SHARP Solar: ние продаваме PV модули от този производител на едро и дребно, както и ги използваме за изграждане на фотоволтаични системи в България.
Швейцария и Австрия поддържат така наречения «регистър на градушка», в който различни строителни изделия, включително фотоволтаични модули, се класифицират в пет нива на устойчивост към удари на градушка: от HW1 (10 mm) до HW5 (50 mm). За PV модулите минимално допустимото ниво на устойчивост е HW3 (30 mm). Тази класификация не само позволява правилният избор на соларни модули за конкретен регион, но също така може на повлияе на застрахователно покритие за щети, причинени от градушка. Правилата за изпитване са разработени под ръководството на Кантоналната противопожарна застрахователна асоциация (VKF).
Документация VKF
На пръв поглед методиката за тестване VKF си прилича с IEC 61215, дори точките за удари са същите, но ледените топки имат друга плътност, размери, скорост и температура. Плътността на леда по регламент VKF е 0.87 g/cm3, което е по-малко от 0.92 g/cm3, прието в IEC 61215, но все още значително повече от средното значение на истинската градушка, което е 0.64 g/cm3. Поради леко намаляване на плътността на леда, скоростта на падане на градушката и съответно нейната кинетична енергия намалява.
Ние добавихме три размера градушка за тестване на PV модули по регламента VKF (червен шрифт) в таблицата с размери по стандарт IEC 61215 (син шрифт):
Диаметър, mm | Маса, g | Скорост, m/s | Кинетична енергия, J |
25 | 7.53 | 23.0 | 1.99 |
30 | 12.3 | 23.9 | 3.51 |
35 | 20.7 | 27.2 | 7.66 |
40 | 29.2 | 27.5 | 11.1 |
45 | 43.9 | 30.7 | 20.7 |
50 | 56.9 | 30.8 | 27.0 |
55 | 80.2 | 33.9 | 46.1 |
Таблицата показва, че минималното ниво на защита според швейцарския регламент VKF трябва да осигурява устойчивост към градови удари с кинетична енергия от 3.51 джаула, което е 1.76 пъти по-високо от изискваното от стандарта IEC 61215.
Соларните модули SHARP от серия NU-JC имат ниво HW4, издържат градушка с кинетична енергия до 11.1 J, което е 5.58 пъти повече от изискванията за задължителното сертифициране.
Регламентът VKF предвижда ползването на ледени топки, охладени до температура −20 °C, докато по стандарт IEC 61215 тяхната температура трябва да е −4 °C.
Специалистите от швейцарската лаборатория SUPSI PVLab проведоха изследване, стреляйки с изкуствена градушка с диаметър 25, 40 и 70 mm в оста на Хопкинсън. Те искаха да анализират формите на импулсите, причинени от удари на ледени топки с температура −20 °C и −5 °C.
Градов удар −5 °C и −20 °C © SUPSI PVLab
Оказа се, че градушката с температура −20 °C довежда до по-кратък импулс и повишено пиково натоварване, което значително повишава вероятността на локални щети на соларните модули.
Сега инженерите на SUPSI PVLab разработват нов тестов стенд, който ще позволи изстрелването на градушка с диаметър до 100 mm със скорост 46 m/s (166 km/h).
По състояние на 25 юни 2024 година в регистъра на градушка са публикувани 94 сертификата VKF за фотоволтаични модули, включително такива марки като Trina Solar, JA Solar, JinkoSolar и LONGi, които преди ползвахме в своите проекти. От тях 52 сертификата подтвърждават защитата от град на ниво HW3, още 31 сертификата подтвърждават нивото HW4 и 11 сертификата — HW5 (6 производители).
Продуктите с HW5 не се произвеждат масово. Това е предимно фотоволтаика, интегрирана в сгради (BIPV) и така наречените «соларни керемиди» с дебело стъкло. Сред тези с пето ниво на защита открихме само един продукт, който приличаше на масово произвежданите модули — e.Prime M HC от австрийският производител Energetica Industries. Дебелината на стъклото, рамката и общото тегло на този PV модул значително надвишава стандартните стойности. Интересно е, че много модели соларни керемиди, въпреки внушителната дебелина на стъклото от 7 mm (4+3), не достигнаха петия клас на защита и получиха сертификати HW4.
Примери на PV с ниво HW5
Лабораторията PVEL (PV Evolution Labs), част от групата Kiwa, провежда свои изпитания в САЩ, ползвайки ледени топки с диаметър до 55 mm. Според данните SPC (Център за прогнозиране на бури) в периода 1995-2019 в САЩ в 68% от случаите размерът на градушката не е превишил 25 mm. Така останалите 32% от случаите носят потенциален риск от повреда на соларните модули:
© Kiwa PVEL
PVEL предлага на всички заинтересовани лица независими изпитания на соларни модули за устойчивост към удари на градушка с различни размери, съобразени с региона на използване и съответната степен на риск. Интересно е, че според резултатите от тестването на PVEL модулите с еднакви конструктивни параметри (размер, тегло, дебелина на стъклото) често получават напълно различни резултати. Това показва, че качеството на използваните материали и производствената технология са от голямо значение.
Лаборатория Kiwa PVEL
Лабораторията RETC (Renewable Energy Test Center), част от групата VDE, също провежда независими тестове на фотоволтаични модули в САЩ. И двете лаборатории надхвърлят необходимите изисквания за устойчивост към градушка. Освен това, след обстрелването на модулите с ледени топки, те провеждат ресурсни изпитания, имитирайки промени в температурите и вятърно натоварване, което помага да се идентифицират скритите щети.
Ресурсни изпитания © RETC
Микропукнатините в клетките, както и някои други видове вътрешни дефекти, не могат да се видят с просто око. За тази цел се използва електролуминесцентна (EL) визуализация:
EL тест © Clean Energy Associates (CEA)
При подаване на обратен ток към соларния модул, клетките започват да пускат луминисцентно (нетоплинно) излъчване в близкия инфрачервен диапазон, което се фиксира от специална камера на тъмно. Софтуерът анализира полученото изображение и автоматично класифицира щетите по тип.
През 2023 година специалистите на RETC проведоха статистически анализ на всички свои тестове с градушка за последните повече от три години, който включва слънчеви модули от различни производители, мощности и размери, разделяйки ги на две групи: 1. Двустранни модули със стъкла по 2 mm от всяка страна; 2. Едностранни модули със стъкло 3.2 mm и полимерна подложка. Оказа се, че втората група е приблизително два пъти по-здрава:
Устойчивост към град на PV © RETC
Това се дължи както на дебелината, така и на характеристиките на стъклото. В едностранните модули основно се използва закалено стъкло, докато в двустранните модули обикновено се използва термично укрепено (полузакалено) стъкло.
Технологията на производство на двата вида е идентична: стъклото се нагрява до температура ~650 °C, след което се охлажда равномерно от въздушни потоци от двете страни. В резултат на това външните слоеве се компресират по-бързо от вътрешните, което създава напрежение и увеличава здравината на стъклото. Единствената разлика е, че при създаването на закалено стъкло охлаждането става по-бързо, което създава още по-високо повърхностно напрежение:
Закалено стъкло © RETC
Напълно закаленото стъкло е не само по-здраво, но и по-безопасно, тъй като при счупване образува множество малки фрагменти с тъпи ръбове. Проблемът е, че при охлаждане на стъкло с дебелина под 3 mm е много трудно да се създаде необходимия температурен градиент между вътрешните и външните слоеве. Стъкло с дебелина 2 mm просто е твърде тънко за пълно закаляване на повечето производствени линии, поради което в крайна сметка става полузакалено.
В резултат, двустранните модули с тънки полузакалени стъкла (каквито са почти всички двустранни модули на пазара в момента) са изключително чувствителни към технологични грешки на всички етапи: производство, товарене, доставка, разтоварване, монтаж, експлоатация. Стъклата на такива модули се чупят по-често, понякога «спонтанно» и без видими на пръв поглед причини, особено когато говорим за модули от прекалено голям размер.
Като алтернатива, производителите могат да използват по-дебели стъкла, да създадат специални линии за закаляване на тънко стъкло или да използват химическо укрепване, както прави компанията Corning в производството на своето фирмено стъкло Gorilla Glass. Всичко това несъмненно ще увеличи производствените разходи, но ще направи соларните модули по-здрави.
Града се появява при мощни възходящи потоци от гръмотевични облаци. Дори през лятото температурите в горната част на гръмотевична буря са значително под нулата, което създава условия за образуване на ледени кристали. Градушката започва да се образува, когато леден кристал се слее със свръхохладени водни капчици, които са останали течни при температури до −40 °C поради липсата на центрове на кристализация като аерозолни частици или други примеси.
© Min Hee Kim, Jaeyong Lee & Seung-Jae Lee
Възходящото течение може да попречи на младите зърна градушка да паднат, докато растат. Ако гръмотевичният облак е голям и съдържа много влага, но с умерено силни възходящи потоци, резултатът може да е голямо количество малка градушка. По-силното възходящо течение може да задържи големи зърна градушка, позволявайки им да станат още по-големи. В някои случаи замръзналата капка може да се превърне в градушка с размерите на бейзболна топка (повече от 70 mm в диаметър) само за 20-30 минути.
Суперклетките, които са мощни гръмотевични облаци с въртящ се възходящ поток (мезоциклон), засилват този процес. Условията вътре в суперклетките насърчават интензивния растеж на ледените кристали, което води до образуването на големи зърна.
Структура на суперклетка © Kelvinsong
През май 2019 година град повреди близо 400 хиляди PV модула в електроцентралата Midway Solar в Западен Тексас, което доведе до невъобразимите преди това 80 милиона долара застрахователни загуби. Рискът от градушка е най-голям в районите, където студените сухи въздушни маси се срещат с топли и влажни, както и в планинските райони, където релефът благоприятства повишената конвекция.
Особено известен с огромния размер на градушката е район в СAЩ, наречен «Алея на градушката», който обхваща голяма част от Централните високи равнини, включително Денвър. Високото разположение на тази зона води до образуването на по-дълбоки студени слоеве в гръмотевичните облаци. Също така в риск за едра градушка са Индия и Бангладеш, Централна Европа, Източна Австралия, прериите на Централна Аржентина и части от Сахел в Централна Африка.
В повечето територии по света едрата градушка е рядко явление. Картата по-долу показва глобалната средна годишна вероятност за едра градушка, нормирана за площ от 100×100 km, в периода от 1979 до 2015 година, според Националния център за атмосферни изследвания на САЩ (NCAR):
© National Center for Atmoshpheric Research, USA
В Европа голяма градушка доста често се регистрира в Алпите (Словения, Австрия, Швейцария, северната част на Италия) и Пиренеите (граница между Испания и Франция, Андора). Долу е показана карта на годишното количество валежи на град в Европа в период от 2004 до 2014 година, според данните на Европейската агенция по околна среда (EEA):
© European Environment Agency (EEA)
Изменението на климата кара едрия град да става все по-често срещано явление както в световен мащаб, така и на европейския континент. През 2023 година в ESWD (Европейска база данни за лошо време) стигнаха 9 627 съобщения за едра градушка (с диаметър повече от 20 mm). От тях 1 931 съобщения бяха за много едра градушка (>50 mm), а 92 съобщения за гигантски град (>100 mm). И трите показатели бяха най-високите, регистрирани някога в базата данни, което направи 2023 година третият пореден рекорден сезон за градушки:
© European Severe Weather Database (ESWD)
Италия беше силно засегната на 19 юни 2023 година, когато три суперклетки произведоха градушка с диаметър до 10, 14 и 16 cm. Градушка с размери около 16 сантиметра падна в Карминяно ди Брента и постави нов рекорд за размера на европейската градушка. В десетки села и градове били повредени автомобили, покриви и прозорци, минимум 111 души са пострадали.
Новият рекорд продължи само 5 дни и вече на 24 юни Европа удари истинска «градушка на годината», когато 855 сигнала бяха подадени в ESWD за един ден. Силни градушки са наблюдавани във Франция, Швейцария, Италия, Словения, Хърватия, Австрия, Чехия и Словакия. Пострадали са 119 души в Италия. Градушката причини значителни щети, включително повреда на слънчеви панели и напълно счупени предни стъкла на много автомобили. Най-голямата градушка е паднала в италианския град Ацано Дечимо, където е открита градушка с размер 19 сантиметра:
Най-едрия град в Европа © Marilena Tonin
Тази находка е много близо до световния рекорд от 23 юли 2010 година във Вивиан, Южна Дакота, когато беше регистрирана 8-инчова градушка (20.3 cm). Трябва да се отбележи, че Ацано Дечимо бил ударен от гигантска градушка два пъти за две години. Професионален фотограф и «ловец на бури» Marko Korošec снимал повредата на фотоволтаични модули след рекордната градушка в Ацано Дечимо на 24 юни 2023 година:
Разбити от рекордна градушка PV модули © Marko Korošec
За България 2023 година също се оказа много наситена на големи градушки. Рекордно съобщение е получено на 6 август от град Дулово, област Силистра. За щастие няма жертви, но са нанесени щети по реколтата, пострадали са къщи и коли. Размерът на зърната градушка достигна 13 сантиметра (оранжев триъгълник на картата):
© European Severe Weather Database (ESWD)
Градът нанася значителни щети на посеви, плодове, автомобили, сгради, домашни любимци и хора, което принуждава фермерите и собствениците на имоти да търсят методи за защита. Борбата с това явление е актуална задача, но оценката на ефективността на различните методи остава трудна поради природните условия, които не позволяват точни и контролирани експерименти.
Засяването на облаци с ледообразуващи агенти е един от най-известните методи за борба с града. Този метод включва въвеждането в гръмотевичните облаци на частици сребърен йодид (AgI) или «сух лед» (твърд въглероден диоксид). Микроскопичните частици се улавят от преохладени капчици, превръщайки се в кристали, които стават градови зародиши. Тези изкуствени кристали конкурират с естествените за влага в облака, което води до образуването на голямо количество малки градови зърна вместо малък брой едри.
© North Dakota Cloud Modification Project
Въпреки десетилетия изследвания и приложения, ефективността на облачното засяване остава предмет на дебат сред учените, а сведенията за неговата ефективност са силно противоречиви. Данните показват, че облачното засяване понякога може да има обратен ефект. Освен това остават въпроси относно екологичната безопасност на този метод, тъй като дългосрочните ефекти на сребърния йодид върху околната среда остават неизяснени.
Сребърен йодид © Ice Crystal Engineering (ICE)
Друг исвестен метод за борба с градушката е стрелба с акустична пушка — ползва се вече повече от 100 години. Тези устройства създават звукови ударни вълни, насочени вертикално нагоре, което теоретично трябва да попречи на формирането на град в облаците.
Изложба на пушки за градушка в Падуа, Италия
Пушките за градушка са били модерно фермерско занимание в Европа в периода от 1896 до 1905 година, след което масовото им използване е изоставено поради изключителна неефективност. Някои фермери и до днес купуват и използват пушки за градушка:
Пушка за градушка © Stephen Kloosterman
Оценяването на ефективността на методите за борба с градушките е изключително трудно поради уникалността на всеки гръмотевичен облак и невъзможността да се създадат идентични условия за сравнение. За разлика от лабораторните изследвания с контролирани променливи, метеорологичните условия варират, което затруднява правенето на заключения относно действителната ефективност на използваните технологии. В същото време продължаването на научните изследвания и подобряването на статистическите методи за оценка на резултатите са много важни за намирането на надеждни и безопасни решения.
От друга страна, дори успешна промяна на времето в един регион може да доведе до непредвидими последици в други. От тази гледна точка пасивната защита на имуществото чрез използването на съвременни свръхиздръжливи материали изглежда по-разумна от активното влияние върху времето. Например, надежден начин за защита на реколтата от град може да бъде използването на издръжливи и еластични трикотажни мрежи:
Мрежи срещу градушка © Agroflor
Минималното засенчване, създадено от такива мрежи, често е от полза за много селскостопански култури, но за соларна електроцентрала това би означавало загуба на мощност. За повишаване нивото на пасивна защита на PV модулите от градушка е необходимо по-здраво и еластично стъкло с достатъчно висок коефициент на светлопропускливост.
Въпреки че е невъзможно напълно да избегнем риска от повреди на соларните панели от градушка, ние можем да намалим вероятността от такива повреди или да смекчим техните последици. Ето седем съвета от NENCOM за защита на вашата инвестиция във фотоволтаична система:
1. Купувайте PV модули от известни производители и само от официални дистрибутори. Цената не трябва да бъде определящ критерий при избора на компоненти за слънчева електроцентрала. На пазара има голям брой продукти с ниско качество, както и фалшификати на известни марки. Основните критерии за избор са: дългогодишна история, безупречна репутация и финансова стабилност на производствената компания. Почти всички производители предоставят многогодишна гаранция за соларни модули, но повечето от тях ще престанат да съществуват много преди изтичането на гаранционния период.
2. Не купувайте PV модули с голям размер без явна необходимост, особено за домашни системи. Колкото по-голяма е площта на стъклото, толкова по-малко устойчиво е то към удари от градушка при равни условия. Оптималният размер на соларен модул за домашна фотоволтаична система — не повече от 2 m2. През последните години наблюдаваме тенденция за ползване в домашните системи на PV модули с голям размер, предназначени за търговски системи, поради по-ниската им цена за 1 Wp (ват-пик). Такива модули са оптимални за изграждането на големи наземни електроцентрали, но не и за монтаж на покрива на частна къща.
3. Поверете монтажа на фотоволтаични модули на опитни професионалисти, които стриктно спазват инструкциите на производителя. Не забравяйте, че нарушаването на правилата за транспортиране, разтоварване, съхранение и монтаж на соларни модули води до анулиране на гаранцията.
Монтаж на PV модули © NENCOM
Неправилният монтаж също увеличава вероятността от повреда при силен вятър или градушка. Не забравяйте, че щетите, причинени на слънчевите панели по време на екстремни обстоятелства или природни бедствия, включително мълнии и градушка, не се покриват от гаранцията.
4. Препоръчително е PV модулите да се инсталират под ъгъл най-малко 15° на хоризонтална повърхност, когато е възможно. Колкото по-голям е ъгълът на наклона, толкова по-малко градушки ще уцелят модула (поради по-малката проекционна площ) и енергията на ударите им ще бъде по-ниска.
PV модули с наклон 60° © NENCOM
Разбира се, силните ветрове по време на градушка могат да направят непредвидими промени. Във всеки случай наклонът е 15° и повече осигурява ефективно самопочистване на соларните модули по време на дъжд. Когато избирате оптималния ъгъл на наклон във всеки конкретен случай, трябва да вземете предвид много фактори, включително местоположението на инсталацията, натоварването от вятър, стойността на инсталационната конструкция, азимут, график на потребление на енергия и много други. Консултирайте се с професионалист за съвет.
5. Постарайте се да застраховате вашата фотоволтаична система. Внимателно проучете застрахователния договор: той може да съдържа много изключения и клаузи, особено в региони с трудни климатични условия. Някои застрахователни компании може да откажат да застраховат фотоволтаични модули. Известният производител и наличието на сертификат, потвърждаващ повишената устойчивост към градушка, ще увеличат шансовете за сключване на договор или ще намалят стойността на застраховката.
6. Ако имате малка фотоволтаична система, състояща се от няколко модула с лесен достъп до тях (лодка, кемпер, плосък покрив или наземна инсталация) — подгответе подходящи защитни материали и следете прогнозата за времето. Едно от възможните решения е издръжлив трислойно фолио с въздушни мехурчета:
Купете ролка с ширина 150 cm и нарежете фолиото на отделни листове с резерва. Например, ако размерът на модула е 113×172 cm, подгответе листове фолио с размери 150×200 cm. Като тренировка се опитайте да закрепите защитното фолио към един модул с помощта на армирана лепяща лента. Прегънете краищата на фолиото върху алуминиевата рамка и нанесете няколко намотки лепяща лента около модула. Старайте се да не залепвате лентата директно върху соларния модул, а само към фолиото, за да можете лесно да премахнете защитата по-късно. Уверете се, че фолиото е здраво закрепено и няма да бъде издухано от вятъра.
Ако се очаква едра градушка, използвайте няколко слоя фолио с мехурчета. В случай на гигантска градушка между слоевете фолио може да се инсталира лист шперплат, малко по-голям от модула, за да се разпредели енергията на удара върху цялата площ, включително рамката. Импровизирайте въз основа на вашия опит и конкретна ситуация.
Не рискувайте! Ако градушката вече е започнала и не сте успяли да инсталирате защита върху соларните модули, пазете се за себе си и близките си, докато сте в подслон.
7. Имайте предвид, че повредените от градушка PV модули в някои случаи могат да доведат до пожар поради образуване на електрическа дъга върху повредените шини. Например, когато на 20 декември 2018 година голяма градушка удари Сидни (Австралия) са били счупени много коли и покриви на къщи. Пострадала е и соларната електроцентрала с мощност 200 kW, инсталирана на покрива на компанията Tacca Industries пет години преди това събитие. Въпреки факта, че след бурята PV модулите бяха изключени от товара, три дни по-късно те се запалиха:
Изгорелите след градушка PV модули © Tacca
Горенето на повредени панели може да възникне при слънчево време, особено при натоварване, когато те произвеждат много енергия. В по-голяма степен са подложени под риск модулите от «стар» тип: с квадратни клетки и малък брой токопроводими шини. Модули с технологии «Half-cut cell» и «Multi-bus bar» са изложени на този риск в по-малка степен поради по-равномерното разпределение на тока вътре в модула.
Затова след повреда на панелите, е много важно да се вземат оперативни мерки, като се свържете със специалисти. Фотоволтаичните модули произвеждат постоянен ток (DC), чиято дъга е много по-стабилна и опасна от дъгата на променлив ток (AC):
Електрическа DC дъга ~600W © NENCOM
В този раздел сме събрали някои научни изследвания, свързани с образуването на градушка, методите за нейното прогнозиране и намаляване на щетите:
Hail Hazard Research
Изберете удобен начин за връзка или попълнете форма:
© 2013-2024 NENCOM Изграждане на фотоволтаични системи България, Варна, бул. Христо Смирненски, 39 |
+359 8 999 68 574 +359 8 999 60 300 +359 877 01 49 01 |
За компания NENCOM Реализирани проекти Статии и новини |
Контактна информация Данни на фирмата За партньори |