Vyrábajú aj po troch desaťročiach. Štúdia odhalila, čo rozhoduje o životnosti fotovoltických panelov
Životnosť fotovoltických panelov môže byť výrazne dlhšia než 25 až 30 rokov. Rozhodujúcu úlohu pritom nezohrávajú iba klimatické podmienky.
Šesť fotovoltických elektrární vo Švajčiarsku funguje už viac ako tri desaťročia a väčšina ich panelov si stále zachováva vyše 80 % pôvodného výkonu. Nová štúdia ukazuje, že degradácia nemusí byť taká rýchla, ako sa bežne predpokladá. Zároveň upozorňuje, že samotné klimatické podmienky nevysvetľujú všetko. Ešte väčší význam môže mať kvalita použitých materiálov a konštrukcia fotovoltického modulu.
Fotovoltické panely sa dnes zvyčajne predávajú so zárukou na výkon na obdobie 25 až 30 rokov. Záruka však nepredstavuje očakávanú životnosť zariadenia. Po jej skončení panel automaticky neprestáva vyrábať elektrinu. Otázkou je, ako rýchlo bude jeho výkon klesať a či zostane prevádzka elektrárne ekonomicky výhodná.
Práve na túto otázku sa zamerala medzinárodná štúdia Three decades, three climates: environmental and material impacts on the long-term reliability of photovoltaic modules. Výskumníci analyzovali šesť fotovoltických systémov vo Švajčiarsku, ktoré boli uvedené do prevádzky koncom 80. a začiatkom 90. rokov. Niektoré z nich fungujú už približne 35 rokov.
Výsledky ukazujú, že pri kvalitných moduloch môže byť dlhodobý pokles výkonu výrazne nižší, než sa často predpokladá. Priemerná ročná strata výkonu analyzovaných systémov dosiahla iba 0,24 % ročne.
„Väčšina modulov si aj po 30 až 35 rokoch prevádzky zachovala viac ako 80 % svojho pôvodného menovitého výkonu,“ konštatuje štúdia.
Panely strácali v priemere štvrť percenta výkonu ročne
Výskumníci hodnotili dlhodobú zmenu výkonnosti prostredníctvom ukazovateľa performance loss rate (PLR), teda ročnej miery poklesu výkonu systému. Pracovali s vyše 20-ročnými prevádzkovými údajmi a porovnávali výrobu v rovnakých obdobiach rôznych rokov. Takýto postup má obmedziť vplyv sezónnych výkyvov počasia a medziročných rozdielov v slnečnom žiarení.
Priemerná hodnota PLR pre všetkých šesť systémov bola –0,24 ± 0,16 % ročne. Jednotlivé systémy dosiahli hodnoty približne od –0,55 % do –0,12 % ročne. Aj najhorší výsledok sa tak pohyboval pod hranicou 0,6 % ročne.
„Priemerná ročná miera poklesu výkonnosti analyzovaných fotovoltických systémov dosiahla iba -0,24 ± 0,16 %,“ uvádzajú autori. Ide o výrazne lepší výsledok, než uvádza značná časť odbornej literatúry, kde sa často pracuje s hodnotami približne 0,75 až 1 % ročne.
Pre predstavu, pri rovnomernom poklese výkonu o 0,24 % ročne by panel po 30 rokoch stále dosahoval približne 93 % pôvodného výkonu. Takýto jednoduchý výpočet však nemožno priamo stotožniť s výsledkami laboratórnych meraní jednotlivých modulov.
Degradácia nemusí byť lineárna. Na výkon systému vplývajú aj ďalšie faktory, napríklad poruchy prepojení, znečistenie, tienenie či rozdiely medzi jednotlivými panelmi.
Laboratórne merania zároveň ukázali, že väčšina modulov si zachovala viac ako 80 % menovitého výkonu. Niektoré moduly však degradovali výraznejšie. Práve rozdiely medzi jednotlivými typmi a výrobnými sériami sa ukázali ako jeden z najdôležitejších výsledkov výskumu.
Nižšie teploty pomáhajú, ale nie sú jediným faktorom
Šesť systémov bolo umiestnených v rôznych častiach Švajčiarska a v odlišných nadmorských výškach. Výskumníci tak mohli porovnať prevádzku panelov v teplejších nížinných lokalitách aj vo vyššie položených oblastiach s chladnejšími podmienkami.
Moduly vo vysokohorských lokalitách boli počas prevádzky až o 20 °C chladnejšie než moduly v nížinách. Priemerná ročná strata výkonu dosiahla vo vyšších polohách približne 0,11 %, zatiaľ čo v nížinných lokalitách približne 0,35 % ročne.
Rozdiel nesúvisel iba s nadmorskou výškou. Dôležitý bol aj spôsob montáže a odvetranie panelov. Najvyššie teploty zaznamenali výskumníci pri systéme integrovanom do budovy, kde teplota modulov dosahovala takmer 80 °C. Takéto riešenie obmedzuje prúdenie vzduchu za panelom a môže zvyšovať tepelnú záťaž.
Vyššia prevádzková teplota pritom ovplyvňuje fotovoltické panely dvoma spôsobmi. Krátkodobo znižuje ich okamžitý elektrický výkon. Z dlhodobého hľadiska môže urýchľovať starnutie polymérnych materiálov, ktoré tvoria zapuzdrenie a zadnú časť modulu. Opakované zahrievanie a ochladzovanie zároveň vytvára mechanické napätie medzi materiálmi s rozdielnou tepelnou rozťažnosťou.
Laboratórne analýzy potvrdili, že vo vyšších teplotách sa rýchlejšie degradoval zapuzdrovací materiál EVA. Pri jeho chemickom rozklade vznikala kyselina octová, ktorá môže prispievať ku korózii kovových častí a elektrických spojov. Pri niektorých moduloch sa objavili aj známky degradácie lepidiel v zadnej fólii.
Najdôležitejšia nebola klíma, ale materiály
Možno najdôležitejším zistením štúdie je, že klimatické podmienky samy osebe nevysvetľujú rozdiely v degradácii. Výskumníci označili za najvýznamnejší faktor konkrétne zloženie materiálov použitých pri výrobe modulu.
„Zloženie použitých materiálov (bill of materials – BOM) je najdôležitejším faktorom zabezpečujúcim dlhú životnosť fotovoltických modulov,“ uvádzajú autori.
Všetky skúmané panely patrili do rovnakej produktovej rodiny AM55 a SM55. Napriek tomu sa ich dlhodobé správanie výrazne líšilo. Rozdiely súviseli s kvalitou EVA fólie, použitými plnivami, konštrukciou zadnej vrstvy aj výrobnými postupmi.
Staršie moduly vyrobené pred rokom 1987 používali EVA materiály bez dostatočnej ochrany proti ultrafialovému žiareniu. Po dlhom čase sa pri nich objavovalo žltnutie a oddeľovanie jednotlivých vrstiev. Neskoršie moduly vyrobené začiatkom 90. rokov už používali upravené materiály a dosiahli výrazne lepšiu stabilitu.
Výsledky zároveň ukázali, že niektoré moduly s podobným názvom nemuseli mať rovnakú vnútornú konštrukciu. Pri časti panelov sa objavili poruchy spájkovaných spojov, ktoré zvyšovali sériový odpor a znižovali takzvaný faktor vyplnenia. Iné varianty s upravenou zadnou fóliou vykazovali lepšiu dlhodobú stabilitu.
Výskumníci preto upozorňujú, že pri hodnotení životnosti nestačí poznať iba výrobcu alebo obchodný názov modulu. Rozhodujúce môžu byť aj konkrétne materiály a zmeny vo výrobnom procese.
„Naše výsledky ukazujú, že rozhodujúcim faktorom dlhodobej spoľahlivosti fotovoltických modulov je kvalita použitých materiálov,“ konštatuje štúdia.
Výsledky sú lepšie než priemer doterajších štúdií
Priemerný pokles výkonu 0,24 % ročne je výrazne nižší než hodnoty uvádzané v mnohých starších zisteniach. Analýza Národného laboratória pre obnoviteľnú energiu NREL z roku 2012 zhromaždila takmer dvetisíc údajov o degradácii fotovoltických modulov a systémov. Medián dosiahol približne 0,5 % ročne.
Novšia analýza publikovaná v roku 2025 analyzovala 610 pozorovaní z 80 primárnych štúdií. Zistila priemernú degradáciu 1,1 % ročne a medián 0,94 % ročne. Autori však zároveň upozornili na veľkú rôznorodosť výsledkov. Významnú úlohu zohrávali technológia článkov, klimatické podmienky, spôsob montáže aj metóda merania.
Priame porovnanie však má svoje obmedzenia. Švajčiarska štúdia hodnotila malý počet konkrétnych systémov s podobnými modulmi, zatiaľ čo metaanalýzy spájajú výsledky z rôznych technológií, krajín, klimatických pásiem a meracích postupov. Rozdielne sú aj samotné ukazovatele. Niektoré práce hodnotia pokles menovitého výkonu modulov v laboratóriu, iné pokles výkonu celého systému počas prevádzky.
Nová rozsiahla analýzanemeckých fotovoltických systémov napríklad pracovala s prevádzkovými údajmi z približne 1,25 milióna systémov s celkovým výkonom 34 GW. Zistila priemerný pokles výkonu približne 0,59 % ročne. Výsledky zároveň ukázali, že väčšie systémy degradovali rýchlejšie než malé a negatívny vplyv mali vysoké teploty, mráz aj znečistenie ovzdušia.
Staré panely nemusia byť vzorom pre nové
Výsledky švajčiarskej štúdie nemožno automaticky preniesť na súčasné fotovoltické panely. Skúmané moduly boli vyrobené koncom 80. a začiatkom 90. rokov a mali robustnú konštrukciu. Používali relatívne hrubé kremíkové články, pevné hliníkové rámy a odolné viacvrstvové zadné fólie.
Moderné moduly sú účinnejšie, ľahšie a lacnejšie. Výrobcovia používajú tenšie kremíkové doštičky, nové typy článkov, iné zapuzdrovacie materiály a čoraz častejšie konštrukcie sklo–sklo. Niektoré zmeny môžu životnosť zlepšiť, no rýchly vývoj zároveň znamená, že pri mnohých nových technológiách zatiaľ chýbajú údaje z niekoľkých desaťročí reálnej prevádzky.
Autori preto upozorňujú, že historická odolnosť starších modulov nie je automatickou zárukou rovnakej životnosti dnešných produktov. Moderné panely môžu dosahovať lepšie výsledky, ale ich dlhodobú spoľahlivosť bude možné potvrdiť až po desaťročiach prevádzky.
Pri nízkej degradácii životnosť aj 50 rokov
Autori na základe výsledkov uvádzajú, že kvalitné fotovoltické moduly by v miernom podnebí mohli dosiahnuť životnosť presahujúcu 50 rokov. Nejde však o priamy výsledok merania. Ide o extrapoláciu založenú na nízkych hodnotách degradácie a na tom, že väčšina analyzovaných panelov si aj po troch desaťročiach zachovala vysoký výkon.
Takýto odhad treba chápať ako potenciál najlepšie fungujúcich systémov, nie ako všeobecnú životnosť fotovoltických panelov. Výsledok závisí od kvality výroby, klimatických podmienok, spôsobu montáže, odvetrania, údržby aj konkrétnych poruchových mechanizmov.
Štúdia však prináša dôležitý poznatok pre prax. Pri posudzovaní ekonomiky fotovoltických elektrární by sa nemalo automaticky predpokladať, že po skončení 25- alebo 30-ročnej záruky bude potrebná výmena panelov. Ak si moduly zachovajú dostatočný výkon a nevykazujú závažné poruchy, môžu pokračovať vo výrobe elektriny ešte mnoho rokov.
Dlhšia životnosť by zároveň znižovala náklady na vyrobenú elektrinu, množstvo odpadu aj materiálov potrebných na výrobu náhradných panelov. Z pohľadu investorov by mohla zvýšiť celoživotnú produkciu elektrárne a zlepšiť jej ekonomiku.