Żywotność i wydajność wytwarzania energii przez moduły fotowoltaiczne są w dużym stopniu uzależnione od czynników środowiskowych, takich jak tlen, temperatura, światło, wilgotność względna i wstrząsy zewnętrzne. To są główne przyczyny awarii modułów. Wśród nich są warstwy spodnie, szkło fotowoltaiczne, materiały opakowaniowe itp. Są to krótkie płyty zapewniające żywotność modułów fotowoltaicznych. Jednak płyta montażowa i materiały opakowaniowe są w dużym stopniu zależne od środowiska i łatwo ulegają wpływowi temperatury i zjawisk fotooksydacyjnego starzenia, co powoduje pogorszenie wydajności. Dlatego szkło fotowoltaiczne, materiały opakowaniowe i płyty montażowe są analizowane i badane osobno poniżej.
1 Szkło fotowoltaiczne
Główną funkcją szkła fotowoltaicznego jest ochrona ogniw słonecznych przed uszkodzeniem przez różne trudne czynniki oraz wykorzystanie wysokiej przepuszczalności światła samego szkła, aby absorpcja energii świetlnej ogniw słonecznych była jak najbardziej nienaruszona. Szkło fotowoltaiczne to szkło hartowane, które jest materiałem nieorganicznym. Jest mniej dotknięty przez środowisko, ale w dużym stopniu wpływa na niego siła zewnętrzna i łatwo pęka z powodu naporu wiatru, gradu i innych uderzeń. Jeśli moduły fotowoltaiczne są używane w regionie Antarktydy, wpływ silnych wiatrów i śnieżyc przez cały rok może łatwo spowodować pęknięcie szkła fotowoltaicznego, powodując utratę jego właściwości ochronnych i wpływając na bezpieczeństwo i żywotność modułów fotowoltaicznych. Gęstość szkła jest proporcjonalna do prawdopodobieństwa jego stłuczenia, a odporność na uderzenia można poprawić, zwiększając gęstość samego szkła. Dlatego odpowiednie zwiększenie udziału krzemionki w recepturze surowca szklarskiego oraz zmniejszenie zawartości tlenku sodu i tlenku wapnia może skutecznie poprawić udarność szkła hartowanego, a tym samym skutecznie ograniczyć wpływ silnych wiatrów, zamieci śnieżnych i innych sił zewnętrznych w ekstremalnych warunkach środowiska. Ryzyko pęknięcia szkła. śnieżyce i inne siły zewnętrzne w ekstremalnych warunkach. Ryzyko pęknięcia szkła. śnieżyce i inne siły zewnętrzne w ekstremalnych warunkach. Ryzyko pęknięcia szkła.
Badania wykazały, że na każdy 1% wzrost sprawności konwersji ogniw fotowoltaicznych, koszt wytwarzania energii zmniejszy się o 7%, a przepuszczalność światła szkła fotowoltaicznego wpłynie na efektywność konwersji ogniw słonecznych, co również jest istotnym czynnikiem wpływających na sprawność konwersji modułów fotowoltaicznych. Szkło fotowoltaiczne jest rodzajem szkła sodowo-wapniowego. Jeśli jest wystawiony na działanie ekstremalnej wilgotności przez długi czas, ulegnie hydrolizie, tworząc wodorotlenek sodu i żel kwasu krzemowego; podczas gdy wodorotlenek sodu będzie korodować i uszkadzać warstwę powłoki, a żel kwasu krzemowego będzie się kleił. Przymocowane do szkła, z których oba prowadzą do znacznego spadku transmitancji szkła fotowoltaicznego. W tym samym czasie, silne promieniowanie ultrafioletowe w ekstremalnym środowisku klimatycznym będzie sprzyjać utlenianiu i rozkładowi materii organicznej na powierzchni fotowoltaicznej folii szklanej, powodując marszczenie, pękanie i odpadanie folii oraz powodując tęczowe plamy na powierzchni szkła, co zmniejszy przepuszczalność szkła fotowoltaicznego. . Ponadto cząsteczki wody dostające się do podłoża szklanego przez warstwę folii są bardziej podatne na zamarzanie w ekstremalnie niskich temperaturach, co spowoduje uszkodzenie warstwy folii; uderzenie nasion śniegu i gradu w ekstremalnych warunkach klimatycznych spowoduje również uszkodzenie warstwy folii szklanej i ostatecznie doprowadzi do zmniejszenia przepuszczalności światła. Skutki awarii tych czynników środowiskowych na szkle fotowoltaicznym poważnie wpłyną na wydajność konwersji i żywotność modułów fotowoltaicznych.
Zgodnie z danymi pierwiastek żelaza może barwić szkło i zmniejszać przepuszczalność światła przez szkło, podczas gdy tlenek ceru z metali ziem rzadkich (CeO2) pełni funkcje środka klarującego, środka odbarwiającego i pochłaniania promieniowania ultrafioletowego. Dlatego w procesie produkcji szkła fotowoltaicznego dostosowanie zawartości żelaza w szkle i dodanie odpowiedniej ilości CeO2 może nie tylko poprawić przepuszczalność szkła fotowoltaicznego, zmniejszyć jego odbicie i pochłanianie światła słonecznego, ale także zmniejszyć przepuszczalność promieniowania ultrafioletowego promienie słoneczne i chronić panele słoneczne. Nie będąc uszkodzonym przez silne promienie ultrafioletowe, może skutecznie poprawić odporność modułów fotowoltaicznych na promieniowanie UV, a jednocześnie może również poprawić żywotność i wydajność konwersji modułów fotowoltaicznych.
2 Materiały opakowaniowe
Rolą materiału do hermetyzacji jest łączenie ze sobą ogniw słonecznych, miedzianych taśm cynowych, płyt montażowych i szkła fotowoltaicznego. Jest to kluczowy element modułów fotowoltaicznych. Głównymi materiałami opakowaniowymi są dwuskładnikowy żel krzemionkowy, żywica poliwinylobutyralowa (PVB), folia z polimeru octanu etylenu i winylu (EVA) itp. Obecnie najczęściej stosowaną folią EVA w przemyśle fotowoltaicznym jest folia EVA zawierająca 33% octan winylu, który jest używany w przemyśle od ponad 20 lat.
Jako materiał polimerowy EVA jest podatny na reakcję deetylenu pod silnym promieniowaniem ultrafioletowym i wytwarza kwas octowy i olefinę. Nie tylko szybkość rozkładu EVA jest proporcjonalna do intensywności UV, ale także wzrost ilości kwasu octowego przyspieszy tempo starzenia EVA. Taśma spawalnicza, płyta montażowa i elektrody modułów fotowoltaicznych są również korodowane przez kwas octowy. Reakcja deetylenowa powoduje zmianę koloru folii EVA, która stopniowo zmienia moduły fotowoltaiczne z bezbarwnych i przezroczystych na żółty lub nawet ciemnobrązowy, wpływając w ten sposób na przepuszczalność światła modułów. sprawności i mocy wyjściowej, co skutkuje znacznym spadkiem sprawności konwersji i żywotności paneli fotowoltaicznych.
Temperatura zeszklenia Tg i temperatura kruchości Tb są odpowiednimi temperaturami, w których właściwości mechaniczne polimerów ulegają zmianom morfologicznym w niskiej temperaturze. Wśród nich temperatura zeszklenia jest bezpośrednio związana z wydajnością folii EVA w niskich temperaturach. Poniżej temperatury zeszklenia folia EVA jest w stanie szklistym i wykazuje pewien stopień kruchości. Niektóre dane eksperymentalne pokazują, że temperatura zeszklenia folii EVA wynosi 0-10 ° C. Gdy temperatura spada poniżej 0°C, folia EVA stopniowo traci swoją elastyczność i przechodzi w stan sztywny. Temperatura kruchości folii EVA wynosi od -30 do -50°C. Gdy temperatura spadnie poniżej temperatury kruchości, folia EVA wykazuje kruchość, a niewielka siła zewnętrzna i niewielkie odkształcenie mogą ją uszkodzić.
W tej chwili folia EVA ma tylko odporność na uderzenia mechaniczne. Gdy zostanie uderzony przez siły zewnętrzne, takie jak silny wiatr, grad lub transport, łatwo pęka, a zamknięte w nim ogniwa słoneczne pękają, a nawet pękają. Jednocześnie środowisko o niskiej temperaturze również poważnie zmniejszy wydajność wiązania folii EVA, powodując rozwarstwienie modułów fotowoltaicznych. Struktura polarna folii EVA dla fotowoltaiki jest słaba i podatna na degradację i starzenie pod wpływem silnego promieniowania ultrafioletowego. Na stabilność folii EVA wpływa jej skład, a także dodatki, takie jak środki przeciwstarzeniowe, stabilizatory, środki sprzęgające i środki sieciujące. Środek przeciwstarzeniowy może zmniejszyć degradację i odbarwienie folii EVA przez promienie ultrafioletowe,
3 Płyta montażowa
Folia fotowoltaiczna znajduje się z tyłu modułu fotowoltaicznego i pełni głównie rolę ochronną i podtrzymującą ogniwo słoneczne. Jako materiał polimerowy stosowany do najbardziej zewnętrznej hermetyzacji modułów fotowoltaicznych na dużej powierzchni, folie fotowoltaiczne są najbardziej krytycznym materiałem wpływającym na żywotność modułów fotowoltaicznych. Obecnie powszechnie stosowaną warstwą spodnią w przemyśle fotowoltaicznym jest warstwa spodnia TPT, która ma strukturę 3-warstwową, a mianowicie strukturę PVF (folia z fluorku poliwinylu)-PET (folia poliestrowa)-PVF. Zewnętrzna warstwa PVF ma dobrą odporność na erozję środowiskową, środkowa warstwa PET ma dobre właściwości izolacyjne, a wewnętrzna warstwa PVF ma dobrą przyczepność do folii EVA po obróbce powierzchniowej. Zgodnie z danymi temperatura kruchości PVF i PET wynosi -70°C. Ponieważ materiał PVF zawierający fluor jest cienki, jego wydajność w niskich temperaturach może generalnie sprostać ekstremalnym warunkom klimatycznym, podczas gdy PET jest grubszy w strukturze tylnej płyty, a jego elastyczność jest niska w ekstremalnie niskich temperaturach. zostanie znacznie zmniejszona, co spowoduje zmniejszenie jej odporności na uderzenia zewnętrzne, powodując pęknięcia lub zużycie, a także wpłynie to na skuteczność ochrony. Jednocześnie warstwa spodnia TPT jest materiałem polimerowym. Pod silnym promieniowaniem ultrafioletowym pęknięcia w zewnętrznej warstwie ochronnej spowodują bezpośredni kontakt warstwy środkowej ze środowiskiem zewnętrznym, co spowoduje hydrolizę i fotooksydacyjne starzenie PET, co ostatecznie doprowadzi do spadku jego właściwości ochronnych. podczas gdy PET jest grubszy w strukturze płyty tylnej, a jego elastyczność jest niska w ekstremalnie niskich temperaturach. zostanie znacznie zmniejszona, co spowoduje zmniejszenie jej odporności na uderzenia zewnętrzne, powodując pęknięcia lub zużycie, a także wpłynie to na skuteczność ochrony. Jednocześnie warstwa spodnia TPT jest materiałem polimerowym. Pod silnym promieniowaniem ultrafioletowym pęknięcia w zewnętrznej warstwie ochronnej spowodują bezpośredni kontakt warstwy środkowej ze środowiskiem zewnętrznym, co spowoduje hydrolizę i fotooksydacyjne starzenie PET, co ostatecznie doprowadzi do spadku jego właściwości ochronnych. podczas gdy PET jest grubszy w strukturze płyty tylnej, a jego elastyczność jest niska w ekstremalnie niskich temperaturach. zostanie znacznie zmniejszona, co spowoduje zmniejszenie jej odporności na uderzenia zewnętrzne, powodując pęknięcia lub zużycie, a także wpłynie to na skuteczność ochrony. Jednocześnie warstwa spodnia TPT jest materiałem polimerowym. Pod silnym promieniowaniem ultrafioletowym pęknięcia w zewnętrznej warstwie ochronnej spowodują bezpośredni kontakt warstwy środkowej ze środowiskiem zewnętrznym, co spowoduje hydrolizę i fotooksydacyjne starzenie PET, co ostatecznie doprowadzi do spadku jego właściwości ochronnych. wpłynie to również na skuteczność ochrony. Jednocześnie warstwa spodnia TPT jest materiałem polimerowym. Pod silnym promieniowaniem ultrafioletowym pęknięcia w zewnętrznej warstwie ochronnej spowodują bezpośredni kontakt warstwy środkowej ze środowiskiem zewnętrznym, co spowoduje hydrolizę i fotooksydacyjne starzenie PET, co ostatecznie doprowadzi do spadku jego właściwości ochronnych. wpłynie to również na skuteczność ochrony. Jednocześnie warstwa spodnia TPT jest materiałem polimerowym. Pod silnym promieniowaniem ultrafioletowym pęknięcia w zewnętrznej warstwie ochronnej spowodują bezpośredni kontakt warstwy środkowej ze środowiskiem zewnętrznym, co spowoduje hydrolizę i fotooksydacyjne starzenie PET, co ostatecznie doprowadzi do spadku jego właściwości ochronnych.
Dlatego oprócz różnych zrównoważonych właściwości, takich jak odporność na warunki atmosferyczne, izolacja, paroizolacja, odporność na korozję i odporność na ścieranie piaskiem, warstwa spodnia TPT stosowana w ekstremalnych środowiskach klimatycznych musi również wzmacniać wytrzymałość mechaniczną w niskich temperaturach, wytrzymałość i właściwości przeciwstarzeniowe , dzięki czemu moduły fotowoltaiczne mogą skutecznie wytrzymać ekstremalne warunki pogodowe przez dłuższy czas i zapewnić, że żywotność modułów i wydajność wytwarzania energii nie zostaną naruszone.
4 Ogólna wydajność modułów fotowoltaicznych
Podsumowując, dokonując przeglądu wydajności szkła fotowoltaicznego, materiałów do hermetyzacji i warstw tylnych modułów fotowoltaicznych, bada się różne czynniki, które mogą prowadzić do awarii modułów fotowoltaicznych w ekstremalnych warunkach klimatycznych. Wyniki pokazują, że:
1) Dopasowując proporcje dwutlenku krzemu, tlenku sodu i hartowanego wapnia w formule szkła fotowoltaicznego, można poprawić udarność szkła fotowoltaicznego, zmniejszając tym samym prawdopodobieństwo uszkodzenia modułów fotowoltaicznych pod wpływem siły zewnętrznej ; jednocześnie kontrolując zawartość żelaza i CeO2 w szkle, może poprawić wydajność przepuszczania światła przez szkło fotowoltaiczne, a ostatecznie poprawić wydajność konwersji modułów fotowoltaicznych.
2) Przyjmując technologię modyfikacji folii EVA materiału opakowaniowego, można zmniejszyć występowanie zjawisk awarii, takich jak starzenie się EVA w ultrafiolecie i kruchość w niskich temperaturach na zimno.
3) Wzmocnienie wytrzymałości mechanicznej i wytrzymałości w niskich temperaturach warstwy spodniej TPT może poprawić skuteczność ochrony warstwy spodniej dla modułów fotowoltaicznych. Badając i analizując przyczyny awarii każdego komponentu modułu fotowoltaicznego oraz proponując techniczne środki poprawy, można znacznie poprawić odporność każdego komponentu na warunki atmosferyczne, poprawiając w ten sposób ogólną wydajność modułu fotowoltaicznego w ekstremalnych warunkach pogodowych, skutecznie zmniejszenie zużycia energii fotowoltaicznej. Prawdopodobieństwo starzenia się, uszkodzenia i awarii komponentów po doświadczeniu ekstremalnie niskich temperatur, silnego wiatru, burzy śnieżnej, silnego promieniowania ultrafioletowego i innych trudnych warunków oraz umożliwienie utrzymania wysokiej wydajności konwersji.
Wniosek
Poprzez wszechstronną analizę wydajności każdego komponentu modułów fotowoltaicznych, niniejszy artykuł przedstawia właściwości materiałowe szkła fotowoltaicznego, materiałów opakowaniowych i podkładek oraz sposoby poprawy ekstremalnej odporności na warunki pogodowe modułów fotowoltaicznych z każdego komponentu, zwłaszcza w regionach alpejskich. Dalsze zastosowanie i promocja fotowoltaicznych systemów wytwarzania energii w regionach polarnych dostarcza pewnych wskazówek i odniesień.