Ρευστό στεγανωτικό σιλικόνης για την επισκευή κατεστραμμένων φύλλων πλάτης ηλιακής μονάδας

Μια Τσέχικη-αυστριακή ερευνητική ομάδα έχει αναπτύξει ένα τζελ πολυσιλοξανίου υψηλής απόδοσης{{1} που μπορεί να επιδιορθώσει αποτελεσματικά τα υποβαθμισμένα φύλλα πλάτης ηλιακών μονάδων, αποκαθιστώντας τις μονωτικές τους ιδιότητες και επεκτείνοντας τη διάρκεια ζωής των παλιών φωτοβολταϊκών συστημάτων (ΦΒ). Αυτή η καινοτόμος λύση αντιμετωπίζει ένα κρίσιμο πρόβλημα που αντιμετωπίζουν οι χειριστές ηλιακών εγκαταστάσεων, καθώς η υποβάθμιση των φύλλων βάσης-ιδιαίτερα σε μονάδες που παράγονται γύρω στο 2010 συχνά οδηγεί σε ανησυχίες για την ασφάλεια και σημαντικές απώλειες παραγωγής ενέργειας.

Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν ένα εξειδικευμένο πήκτωμα πολυσιλοξάνης, το οποίο αναπτύχθηκε σε συνεργασία με τον κατασκευαστή σιλικόνης Siltech Solutions με βάση την Τσεχία, το οποίο χρησιμοποιείται συνήθως ως βοηθητικό ενθυλάκωσης για φωτοβολταϊκές μονάδες. Σε αντίθεση με τα παραδοσιακά άκαμπτα υλικά επισκευής, η ομάδα τροποποίησε τη γέλη ώστε να έχει βελτιωμένη ρευστότητα, επιτρέποντάς της να γεμίζει ακόμη και στενές ρωγμές και να σχηματίζει ένα άνευ ραφής προστατευτικό στρώμα πάνω από κατεστραμμένα πίσω φύλλα. Το πήκτωμα αποτελείται από μια μήτρα πολυμερούς-με βάση τη σιλικόνη, ενισχυμένη με καπνισμένο πυρίτιο ως πληρωτικό για την ενίσχυση της ανθεκτικότητας και έναν παράγοντα σκλήρυνσης{4}} στην υγρασία που του επιτρέπει να σκληραίνει κατά την έκθεση στον ατμοσφαιρικό αέρα και την υγρασία.

"Η διαδικασία ωρίμανσης που ξεκινά-από την υγρασία προχωρά από την επιφάνεια προς τα έξω, με τη γέλη να σκληραίνει σταδιακά καθώς η υγρασία διαχέεται στο υλικό", εξήγησαν οι ερευνητές. "Μόλις σκληρυνθεί πλήρως, το πήκτωμα σχηματίζει ένα εύκαμπτο ελαστομερές με εξαιρετική αντοχή σε εφελκυσμό και επιμήκυνση, εξασφαλίζοντας ισχυρή πρόσφυση σε όλα τα κοινά υλικά οπίσθιου φύλλου-ακόμη και σε εκείνα με προ-υπάρχουσα υποβάθμιση ή ανωμαλίες στην επιφάνεια." Αυτή η πρόσφυση είναι κρίσιμη για την αποφυγή εισόδου υγρασίας, η οποία είναι η κύρια αιτία περαιτέρω ζημιάς στο πίσω φύλλο και αστοχίας μόνωσης.

 

Δοκιμή σε υλικά φύλλου

Το πήκτωμα πολυσιλοξανίου δοκιμάστηκε για πρώτη φορά σε πέντε κοινούς τύπους υλικών οπίσθιου φύλλου, αντανακλώντας την ποικιλία των εξαρτημάτων που χρησιμοποιούνται σε φωτοβολταϊκές μονάδες την τελευταία δεκαετία: συν-εξωθημένο πολυαμίδιο (οπίσθιο φύλλο ΑΑΑ). πολυβινυλοφθορίδιο (PVF)-Διστοιβάδα PET. φθοριούχο πολυβινυλιδένιο (PVDF)-Διστοιβάδα PET; PET με επίστρωση ασταριού-. και ένα νεότερο σύνθετο με βάση το αιθυλένιο τετραφθοροαιθυλένιο (ETFE)-. Αυτά τα υλικά επιλέχθηκαν λόγω της ευρείας χρήσης τους και της γνωστής ευπάθειας στην υποβάθμιση με την πάροδο του χρόνου.

Ορθογώνια δείγματα (πλάτους 3 cm, μήκους 12 cm) κόπηκαν από κάθε τύπο φύλλου και το πήκτωμα εφαρμόστηκε στην-εκτεθειμένη πλευρά κάθε λωρίδας στον αέρα. "Μια δεύτερη λωρίδα οπίσθιου φύλλου, με την πλευρά του αέρα προς τα κάτω, τοποθετήθηκε στην κορυφή του επικαλυμμένου με τζελ δείγμα-και πιέστηκε απαλά για να επιτευχθεί ένα ομοιόμορφο πάχος γέλης περίπου 1,2 mm", ανέφερε η ομάδα. "Η περίσσεια γέλης αφαιρέθηκε από τις άκρες και τα δείγματα σκληρύνθηκαν στους 25 βαθμούς Κελσίου και 55% σχετική υγρασία για 30 ημέρες. Μετά τη σκλήρυνση, τα δείγματα υποβλήθηκαν σε επιταχυνόμενη γήρανση σε κλιματικό θάλαμο στους 85 βαθμούς Κελσίου και 85% σχετική υγρασία για 1.000}V τυπική δοκιμή αντοχής συστατικού {1000}V."

Η ανάλυση μετά την{0}}δοκιμή αποκάλυψε ότι το πήκτωμα επέδειξε εξαιρετική πρόσφυση και στους πέντε τύπους κάτω φύλλου, με 100% συνεκτική αστοχία που παρατηρήθηκε σε κάθε δείγμα. Αυτό υποδηλώνει ότι ο δεσμός μεταξύ της γέλης και του κάτω φύλλου ήταν ισχυρότερος από το ίδιο το πήκτωμα, επιβεβαιώνοντας τη μακροπρόθεσμη-αξιοπιστία και την αντοχή στην αποκόλληση.

 

Δοκιμή σε υποβαθμισμένα πάνελ οκτώ-ετών-

Στη συνέχεια, το πήκτωμα δοκιμάστηκε σε παλιές φωτοβολταϊκές μονάδες με φύλλα βάσης ΑΑΑ που λειτουργούσαν για οκτώ χρόνια και έδειξε σοβαρά σημάδια υποβάθμισης, συμπεριλαμβανομένων βαθιών διαμήκων ρωγμών πάνω από τις ράβδους κυψέλης και ευθραυστότητας της επιφάνειας. Το πήκτωμα διανεμήθηκε απευθείας στις ρωγμές χρησιμοποιώντας ένα φυσίγγιο ακριβείας και στη συνέχεια απλώθηκε ομοιόμορφα σε ολόκληρη την επιφάνεια του κάτω φύλλου με μια ευρεία σπάτουλα για να σχηματιστεί μια προστατευτική επικάλυψη. Οι επισκευασμένες μονάδες τοποθετήθηκαν στη συνέχεια στον ίδιο κλιματικό θάλαμο για 1.000 ώρες υγρής θερμικής επεξεργασίας.

Οι μετρήσεις που έγιναν μετά τη γήρανση έδειξαν ότι οι ρωγμές ήταν πλήρως σφραγισμένες και δεν ήταν πλέον ορατές και οι επισκευασμένες μονάδες πέτυχαν τιμές αντίστασης μόνωσης πάνω από 200 MΩ-που υπερβαίνουν κατά πολύ την απαίτηση ασφαλείας για τη λειτουργία των φωτοβολταϊκών μονάδων. «Ακόμη και μετά τη δοκιμή επιταχυνόμενης υγρής θερμότητας, οι μονάδες διατήρησαν υψηλή απόδοση μόνωσης και πέρασαν τη δοκιμή υγρής διαρροής χωρίς σημάδια εισόδου υγρασίας», σημείωσαν οι ερευνητές. Αυτό επιβεβαιώνει την ικανότητα του τζελ να αποκαθιστά κρίσιμες μετρήσεις ασφάλειας και απόδοσης σε μονάδες γήρανσης.

 

Δοκιμή σε λειτουργική ηλιακή εγκατάσταση

Για την επικύρωση της πραγματικής{0}}παγκόσμιας απόδοσης, η ερευνητική ομάδα εφάρμοσε την τεχνική επισκευής σε μια ηλιακή μονάδα ισχύος 10 MW στην Τσεχική Δημοκρατία, όπου πολλές μονάδες είχαν υποστεί υποβάθμιση του κάτω φύλλου. "Το πήκτωμα πολυσιλοξανίου εφαρμόστηκε στο χωράφι χωρίς να αποσυναρμολογηθούν οι μονάδες-που διανεμήθηκαν από ένα φυσίγγιο χειρός και λειάνθηκαν πάνω από την επιφάνεια του πίσω φύλλου με μια σπάτουλα", τόνισε η ομάδα. "Οι επισκευασμένες μονάδες αφέθηκαν να λειτουργούν υπό πραγματικές-συνθήκες για τρεις μήνες, εκτεθειμένες σε ποικίλες θερμοκρασίες, υγρασία και υπεριώδη ακτινοβολία."

Οι δοκιμές υγρής διαρροής που διεξήχθησαν μετά τη δοκιμή πεδίου επιβεβαίωσαν ότι οι επισκευασμένες μονάδες διατήρησαν υψηλή αντίσταση μόνωσης και λειτουργούσαν κανονικά, χωρίς πτώση στην παραγωγή ενέργειας σε σύγκριση με τις μονάδες που δεν είχαν υποστεί ζημιά. "Τα πρώιμα αποτελέσματα πεδίου αποδεικνύουν ότι το τζελ σταθεροποιεί αποτελεσματικά την απόδοση της μονάδας, αν και απαιτούνται μακροπρόθεσμες δοκιμές για αρκετά χρόνια για να εκτιμηθεί πλήρως η αντοχή της", δήλωσαν οι ερευνητές. "Ένα βασικό ερώτημα που απομένει είναι αν το επισκευασμένο κάτω φύλλο μπορεί να ταιριάζει με τη μακροπρόθεσμη-απόδοση φραγμού υγρασίας του αρχικού, ιδιαίτερα σε περιοχές με ακραίες καιρικές συνθήκες."

Η έρευνα δημοσιεύτηκε στην εργασία "Field-applicable polysiloxane gel repair for degraded photovoltaic module backsheets" στο Journal of Photovoltaics Research. Η ερευνητική ομάδα περιελάμβανε επιστήμονες από την Siltech Solutions Τσεχική Δημοκρατία, το Αυστριακό Ερευνητικό Ινστιτούτο Χημείας και Τεχνολογίας (OFI) και το Τσεχικό Τεχνικό Πανεπιστήμιο της Πράγας-που βασίζονται σε συλλογικές προσπάθειες για την ανάπτυξη οικονομικά-αποτελεσματικών, βιώσιμων λύσεων συντήρησης Φ/Β.