A vida útil e o desempenho de geração de energia dos módulos fotovoltaicos são amplamente afetados por fatores ambientais, como oxigênio, temperatura, luz, umidade relativa e choques externos. Estas são as principais razões para a falha dos módulos. Entre eles, backsheets, vidro fotovoltaico, materiais de embalagem, etc. estão as pranchinhas para garantir a vida útil dos módulos fotovoltaicos. No entanto, o backplane e os materiais de embalagem são altamente dependentes do ambiente e são facilmente afetados pela temperatura e fenômenos de envelhecimento foto-oxidativo, resultando em degradação do desempenho. Portanto, o vidro fotovoltaico, materiais de embalagem e backplanes são analisados e estudados separadamente abaixo.
1 vidro fotovoltaico
A principal função do vidro fotovoltaico é proteger as células solares contra danos causados por vários fatores agressivos e fazer uso da alta transmitância de luz do próprio vidro para tornar a absorção da energia luminosa das células solares o mais inalterada possível. O vidro fotovoltaico é um vidro temperado, que é um material inorgânico. É menos afetado pelo meio ambiente, mas é muito afetado pelo impacto da força externa e é facilmente quebrado devido à pressão do vento, granizo e outros impactos. Se módulos fotovoltaicos forem usados na região da Antártida, o impacto de ventos fortes e nevascas durante todo o ano pode facilmente causar a quebra do vidro fotovoltaico, resultando na falha de seu desempenho de proteção e afetando a segurança e a vida útil dos módulos fotovoltaicos. A densidade do vidro é proporcional à sua probabilidade de quebra por impacto, e a resistência ao impacto pode ser melhorada aumentando a densidade do próprio vidro. Portanto, aumentar adequadamente a proporção de sílica na formulação da matéria-prima do vidro e reduzir o teor de óxido de sódio e óxido de cálcio pode efetivamente melhorar a resistência ao impacto do vidro temperado, reduzindo efetivamente o impacto de ventos fortes, nevascas e outras forças externas em condições extremas ambientes. Risco de quebra do vidro. nevascas e outras forças externas em ambientes extremos. Risco de quebra do vidro. nevascas e outras forças externas em ambientes extremos. Risco de quebra do vidro.
Estudos demonstraram que, para cada aumento de 1% na eficiência de conversão das células solares, o custo de geração de energia será reduzido em 7% e a transmissão de luz do vidro fotovoltaico afetará a eficiência de conversão das células solares, o que também é um fator importante afetando a eficiência de conversão de módulos fotovoltaicos. O vidro fotovoltaico é um tipo de vidro de cal sodada. Se for exposto a umidade extrema por muito tempo, hidrolisará para gerar hidróxido de sódio e gel de ácido silícico; enquanto o hidróxido de sódio irá corroer e danificar a camada de revestimento, e o gel de ácido silícico irá aderir. Anexado ao vidro, ambos levam a uma diminuição significativa na transmitância do vidro fotovoltaico. Ao mesmo tempo, a forte radiação ultravioleta no ambiente climático extremo promoverá a oxidação e decomposição da matéria orgânica na superfície do filme de vidro fotovoltaico, fazendo com que o filme enrugue, rache e caia, e cause manchas de arco-íris na superfície do vidro, o que reduzirá a transmitância do vidro fotovoltaico. . Além disso, as moléculas de água que entram no substrato de vidro através da camada de filme têm maior probabilidade de congelar em temperaturas extremamente baixas, o que causará danos à camada de filme; o impacto de sementes de neve e granizo em ambientes climáticos extremos também causará danos à camada de filme de vidro e, eventualmente, levará a uma diminuição na transmissão de luz. Os efeitos de falha desses fatores ambientais no vidro fotovoltaico afetarão seriamente a eficiência de conversão e a vida útil dos módulos fotovoltaicos.
De acordo com os dados, o elemento de ferro pode colorir o vidro e reduzir a transmissão de luz do vidro, enquanto o óxido de cério de metal de terras raras (CeO2) tem as funções de agente clarificante, agente descolorante e absorção anti-ultravioleta. Portanto, no processo de fabricação do vidro fotovoltaico, ajustar o teor de ferro no vidro e adicionar uma quantidade adequada de CeO2 pode não apenas melhorar a transmitância do vidro fotovoltaico, reduzir sua reflexão e absorção da luz solar, mas também reduzir a transmitância do ultravioleta raios solares e proteger os painéis solares. Não sendo danificado por fortes raios ultravioleta, pode efetivamente melhorar a resistência à radiação UV dos módulos fotovoltaicos e, ao mesmo tempo, também pode melhorar a vida útil e a eficiência de conversão dos módulos fotovoltaicos.
2 Materiais de embalagem
A função do material de encapsulamento é unir células solares, fitas de estanho de cobre, backplanes e vidro fotovoltaico, e é um componente chave dos módulos fotovoltaicos. Os principais materiais de embalagem são sílica gel de dois componentes, resina de polivinil butiral (PVB), filme de polímero de etileno-vinil acetato (EVA), etc. Atualmente, o filme EVA mais amplamente utilizado na indústria fotovoltaica é o filme EVA contendo 33% acetato de vinila, utilizado na indústria há mais de 20 anos.
Como um material polimérico, o EVA é propenso à reação de deetileno sob forte irradiação ultravioleta e produz ácido acético e olefina. Não apenas a taxa de decomposição do EVA é proporcional à intensidade UV, mas também o aumento na quantidade de ácido acético acelerará a taxa de envelhecimento do EVA. A fita de solda, backplane e eletrodos de módulos fotovoltaicos também são corroídos por ácido acético. A reação do deetileno causa a mudança de cor do filme de EVA, que gradativamente muda os módulos fotovoltaicos de incolor e transparente para amarelo ou até marrom escuro, afetando assim a transmissão de luz dos módulos. eficiência e potência de saída, resultando em uma diminuição significativa na eficiência de conversão e na vida útil dos painéis solares.
A temperatura de transição vítrea Tg e a temperatura de fragilidade Tb são as temperaturas correspondentes quando as propriedades mecânicas dos polímeros sofrem alterações morfológicas a baixa temperatura. Entre eles, a temperatura de transição vítrea está diretamente relacionada ao desempenho de baixa temperatura do filme de EVA. Abaixo da temperatura de transição vítrea, o filme de EVA está em estado vítreo, apresentando certo grau de fragilidade. Alguns dados experimentais mostram que a temperatura de transição vítrea do filme EVA é de 0-10 °C. Quando a temperatura está abaixo de 0 °C, o filme de EVA perde gradualmente sua elasticidade e entra em um estado rígido. A temperatura de fragilidade do filme EVA é de -30 a -50 °C. Quando a temperatura cai abaixo da temperatura de fragilidade, o filme de EVA mostra fragilidade, e uma pequena força externa e pequena deformação irão danificá-lo.
Neste momento, o filme de EVA possui apenas resistência ao impacto mecânico. Uma vez que é impactado por forças externas, como forte pressão do vento, granizo ou transporte, é fácil quebrar e as células solares encapsuladas dentro dele racham ou até quebram. Ao mesmo tempo, o ambiente de baixa temperatura também reduzirá seriamente o desempenho de colagem do filme EVA, causando delaminação dos módulos fotovoltaicos. A estrutura polar do filme EVA para energia fotovoltaica é fraca e é propensa a degradação e envelhecimento sob forte radiação ultravioleta. A estabilidade do filme de EVA é afetada por sua composição, bem como por aditivos como agentes antienvelhecimento, estabilizadores, agentes de acoplamento e agentes de reticulação. O agente antienvelhecimento pode reduzir a degradação e descoloração do filme EVA pelos raios ultravioleta,
3 Backplane
A folha traseira fotovoltaica está localizada na parte traseira do módulo fotovoltaico e desempenha principalmente o papel de proteger e apoiar a célula solar. Como um material polimérico usado para o encapsulamento externo de grande área de módulos fotovoltaicos, as folhas traseiras fotovoltaicas são o material mais crítico que afeta a vida útil dos módulos fotovoltaicos. Atualmente, uma folha traseira comumente usada na indústria fotovoltaica é uma folha traseira TPT, que possui uma estrutura de 3 camadas, ou seja, estrutura PVF (filme de fluoreto de polivinila)-PET (filme de poliéster)-PVF. A camada externa de PVF tem boa resistência à erosão ambiental, a camada intermediária de PET tem boas propriedades isolantes e a camada interna de PVF tem boa adesão ao filme EVA após o tratamento da superfície. De acordo com os dados, a temperatura de fragilidade do PVF e do PET é de -70°C. Como o material PVF contendo flúor é fino, seu desempenho em baixas temperaturas geralmente pode atender a ambientes climáticos extremos, enquanto o PET é mais espesso na estrutura do painel traseiro e sua elasticidade é baixa em temperaturas extremamente baixas. será bastante reduzido, resultando em uma diminuição de sua capacidade de resistir a impactos externos, resultando em rachaduras ou desgaste, e o desempenho da proteção também será afetado. Ao mesmo tempo, a folha traseira TPT é um material polimérico. Sob forte radiação ultravioleta, rachaduras na camada protetora externa farão com que a camada intermediária entre em contato direto com o ambiente externo, resultando em hidrólise e envelhecimento foto-oxidativo do PET, o que acabará levando a um declínio em seu desempenho protetor. enquanto o PET é mais espesso na estrutura do painel traseiro e sua elasticidade é baixa em temperaturas extremamente baixas. será bastante reduzido, resultando em uma diminuição de sua capacidade de resistir a impactos externos, resultando em rachaduras ou desgaste, e o desempenho da proteção também será afetado. Ao mesmo tempo, a folha traseira TPT é um material polimérico. Sob forte radiação ultravioleta, rachaduras na camada protetora externa farão com que a camada intermediária entre em contato direto com o ambiente externo, resultando em hidrólise e envelhecimento foto-oxidativo do PET, o que acabará levando a um declínio em seu desempenho protetor. enquanto o PET é mais espesso na estrutura do painel traseiro e sua elasticidade é baixa em temperaturas extremamente baixas. será bastante reduzido, resultando em uma diminuição de sua capacidade de resistir a impactos externos, resultando em rachaduras ou desgaste, e o desempenho da proteção também será afetado. Ao mesmo tempo, a folha traseira TPT é um material polimérico. Sob forte radiação ultravioleta, rachaduras na camada protetora externa farão com que a camada intermediária entre em contato direto com o ambiente externo, resultando em hidrólise e envelhecimento foto-oxidativo do PET, o que acabará levando a um declínio em seu desempenho protetor. e o desempenho da proteção também será afetado. Ao mesmo tempo, a folha traseira TPT é um material polimérico. Sob forte radiação ultravioleta, rachaduras na camada protetora externa farão com que a camada intermediária entre em contato direto com o ambiente externo, resultando em hidrólise e envelhecimento foto-oxidativo do PET, o que acabará levando a um declínio em seu desempenho protetor. e o desempenho da proteção também será afetado. Ao mesmo tempo, a folha traseira TPT é um material polimérico. Sob forte radiação ultravioleta, rachaduras na camada protetora externa farão com que a camada intermediária entre em contato direto com o ambiente externo, resultando em hidrólise e envelhecimento foto-oxidativo do PET, o que acabará levando a um declínio em seu desempenho protetor.
Portanto, além de várias propriedades equilibradas, como resistência a intempéries, isolamento, barreira ao vapor de água, resistência à corrosão e resistência à abrasão de areia, a folha traseira de TPT usada em ambientes climáticos extremos também precisa fortalecer a resistência mecânica a baixa temperatura, tenacidade e propriedades antienvelhecimento , para que os módulos fotovoltaicos possam efetivamente suportar ambientes climáticos extremos por mais tempo e garantir que a vida útil e o desempenho de geração de energia dos módulos não sejam afetados.
4 Desempenho geral dos módulos fotovoltaicos
Para resumir, analisando o desempenho do vidro fotovoltaico, materiais de encapsulamento e backsheets de módulos fotovoltaicos, vários fatores que podem levar à falha de módulos fotovoltaicos em ambientes climáticos extremos são explorados. Os resultados mostram que:
1) Ao ajustar a proporção de dióxido de silício, óxido de sódio e cálcio temperado na fórmula do vidro fotovoltaico, a resistência ao impacto do vidro fotovoltaico pode ser melhorada, reduzindo assim a probabilidade de danos aos módulos fotovoltaicos causados por força externa ; ao mesmo tempo, controlando o conteúdo de ferro e CeO2 no vidro, pode melhorar o desempenho da transmissão de luz do vidro fotovoltaico e, finalmente, melhorar a eficiência de conversão dos módulos fotovoltaicos.
2) Ao adotar a tecnologia de modificação para o filme EVA do material de embalagem, a ocorrência de fenômenos de falha, como envelhecimento ultravioleta do EVA e fragilidade a baixa temperatura, pode ser reduzida.
3) Fortalecer a resistência mecânica de baixa temperatura e tenacidade da folha traseira TPT pode melhorar o desempenho de proteção da folha traseira para módulos fotovoltaicos. Ao pesquisar e analisar os motivos da falha de cada componente do módulo fotovoltaico e propor medidas de melhoria técnica, a resistência a intempéries de cada componente pode ser bastante aprimorada, melhorando ainda mais o desempenho geral do módulo fotovoltaico em ambientes climáticos extremos, efetivamente reduzindo o consumo de energia fotovoltaica. A probabilidade de envelhecimento, dano e falha de componentes após temperaturas extremamente baixas, vento forte, tempestade de neve, forte radiação ultravioleta e outros ambientes hostis, tornando possível manter a alta eficiência de conversão.
Conclusão
Por meio de uma análise abrangente do desempenho de cada componente dos módulos fotovoltaicos, este artigo apresenta as propriedades materiais do vidro fotovoltaico, materiais de embalagem e contracapas, e como melhorar a resistência extrema a intempéries dos módulos fotovoltaicos de cada componente, especialmente nas regiões alpinas. A aplicação e promoção adicionais de sistemas de geração de energia fotovoltaica em regiões polares fornecem algumas orientações e referências.