Přehled o výkonu fotovoltaických modulů proti extrémním povětrnostním prostředím

Strukturální analýza fotovoltaických modulů

Základním požadavkem na životnost fotovoltaických modulů je, že „po 25 letech venkovní práce si stále dokáže udržet 80 % maximálního výstupního výkonu výchozí hodnoty a také je požadováno, aby účinně odolával vliv vnějších sil. Fotovoltaické moduly se skládají převážně ze solárních článků, propojovacích desek, fotovoltaických skel, obalových materiálů, propojovacích krabic, rámů atd.

Životnost a výkon výroby energie fotovoltaických modulů jsou do značné míry ovlivněny faktory prostředí, jako je kyslík, teplota, světlo, relativní vlhkost a vnější otřesy. To jsou hlavní důvody selhání modulů. Mezi nimi zadní fólie, fotovoltaické sklo, obalové materiály atd. jsou krátké desky pro zajištění životnosti fotovoltaických modulů. Základní deska a obalové materiály jsou však vysoce závislé na prostředí a jsou snadno ovlivněny teplotou a fotooxidačním stárnutím, což má za následek zhoršení výkonu. Fotovoltaické sklo, obalové materiály a základní desky jsou proto dále analyzovány a studovány samostatně.

1 Fotovoltaické sklo

Hlavní funkcí fotovoltaického skla je chránit solární články před poškozením různými nepříznivými vlivy a využít vysoké světelné propustnosti samotného skla k tomu, aby absorpce světelné energie solárních článků byla co nejvíce neovlivněna. Fotovoltaické sklo je tvrzené sklo, což je anorganický materiál. Je méně ovlivňován životním prostředím, ale je silně ovlivněn nárazem vnější síly a snadno se rozbije v důsledku tlaku větru, krupobití a dalších dopadů. Pokud jsou fotovoltaické moduly používány v oblasti Antarktidy, může dopad silných větrů a sněhových vánic po celý rok snadno způsobit rozbití fotovoltaického skla, což má za následek selhání jeho ochranného výkonu a ovlivnění bezpečnosti a životnosti fotovoltaických modulů. Hustota skla je úměrná jeho pravděpodobnosti rozbití nárazem, a odolnost proti nárazu lze zlepšit zvýšením hustoty samotného skla. Proto vhodné zvýšení podílu oxidu křemičitého ve složení sklářské suroviny a snížení obsahu oxidu sodného a oxidu vápenatého může účinně zlepšit odolnost tvrzeného skla proti nárazu, a tím účinně snížit dopad silného větru, vánice a dalších vnějších sil v extrémních podmínkách. prostředí. Nebezpečí rozbití skla. vánice a další vnější síly v extrémních prostředích. Nebezpečí rozbití skla. vánice a další vnější síly v extrémních prostředích. Nebezpečí rozbití skla.

Studie ukázaly, že s každým 1% zvýšením účinnosti konverze solárních článků se náklady na výrobu energie sníží o 7% a propustnost světla fotovoltaického skla ovlivní účinnost konverze solárních článků, což je také důležitý faktor. ovlivňující účinnost přeměny fotovoltaických modulů. Fotovoltaické sklo je druh sodnovápenatého skla. Pokud je vystaven extrémní vlhkosti po dlouhou dobu, bude hydrolyzovat za vzniku hydroxidu sodného a gelu kyseliny křemičité; zatímco hydroxid sodný bude korodovat a poškozovat krycí vrstvu a gel kyseliny křemičité se bude lepit. Přilepené na sklo, obojí vede k výraznému snížení propustnosti fotovoltaického skla. Ve stejnou dobu, silné ultrafialové záření v extrémním klimatickém prostředí podpoří oxidaci a rozklad organické hmoty na povrchu fotovoltaického skleněného filmu, což způsobí jeho vrásnění, praskání a odpadávání a způsobí duhové skvrny na povrchu skla, což sníží propustnost fotovoltaického skla. . Navíc molekuly vody vstupující do skleněného substrátu přes vrstvu filmu pravděpodobněji zamrznou při extrémně nízkých teplotách, což způsobí poškození vrstvy filmu; dopad sněhových semen a krupobití v extrémních klimatických podmínkách také způsobí poškození vrstvy skleněného filmu a nakonec povede ke snížení propustnosti světla. Vlivy selhání těchto faktorů prostředí na fotovoltaické sklo vážně ovlivní účinnost konverze a životnost fotovoltaických modulů.

Podle údajů může železný prvek zbarvit sklo a snížit propustnost světla sklem, zatímco oxid ceričitý kovů vzácných zemin (CeO2) má funkce čiřícího činidla, odbarvovacího činidla a anti-ultrafialové absorpce. Ve výrobním procesu fotovoltaického skla může úprava obsahu železa ve skle a přidání vhodného množství CeO2 nejen zlepšit propustnost fotovoltaického skla, snížit jeho odraz a absorpci slunečního záření, ale také snížit propustnost ultrafialového záření. paprsky a chrání solární panely. Nepoškozený silnými ultrafialovými paprsky může účinně zlepšit odolnost fotovoltaických modulů vůči UV záření a zároveň může zlepšit životnost a účinnost konverze fotovoltaických modulů.

2 Obalové materiály

Úlohou zapouzdřovacího materiálu je spojovat solární články, měděné cínové pásky, propojovací desky a fotovoltaické sklo dohromady a je klíčovou součástí fotovoltaických modulů. Hlavními obalovými materiály jsou dvousložkový silikagel, polyvinylbutyralová pryskyřice (PVB), ethylen-vinylacetátová polymerová (EVA) fólie atd. V současnosti je nejpoužívanější EVA fólií ve fotovoltaickém průmyslu fólie EVA obsahující 33 % vinylacetát, který se v průmyslu používá již více než 20 let.

Jako polymerní materiál je EVA náchylný k deethylenové reakci při silném ultrafialovém záření a produkuje kyselinu octovou a olefin. Nejen rychlost rozkladu EVA je úměrná intenzitě UV záření, ale také zvýšení množství kyseliny octové urychlí rychlost stárnutí EVA. Svařovací páska, základní deska a elektrody fotovoltaických modulů jsou rovněž zkorodovány kyselinou octovou. Deetylenová reakce způsobuje barevnou změnu EVA fólie, která postupně mění fotovoltaické moduly z bezbarvých a průhledných na žlutou nebo až tmavě hnědou, čímž se ovlivňuje propustnost světla modulů. účinnost a výstupní výkon, což má za následek výrazné snížení účinnosti konverze a životnosti solárních panelů.

Teplota skelného přechodu Tg a teplota křehkosti Tb jsou odpovídající teploty, kdy mechanické vlastnosti polymerů podléhají morfologickým změnám při nízké teplotě. Mezi nimi teplota skelného přechodu přímo souvisí s nízkoteplotním výkonem EVA fólie. Pod teplotou skelného přechodu je EVA fólie ve skleněném stavu a vykazuje určitý stupeň křehkosti. Některá experimentální data ukazují, že teplota skelného přechodu EVA fólie je 0-10 °C. Když je teplota pod 0 °C, EVA fólie postupně ztrácí svou elasticitu a přechází do tuhého stavu. Teplota křehkosti EVA fólie je -30 až -50 °C. Když teplota klesne pod teplotu křehkosti, EVA fólie vykazuje křehkost a malá vnější síla a malá deformace jej poškodí.

V současné době má EVA fólie pouze mechanickou odolnost proti nárazu. Jakmile na něj zapůsobí vnější síly, jako je silný tlak větru, krupobití nebo přeprava, snadno se rozbije a solární články zapouzdřené uvnitř prasknou nebo dokonce prasknou. Nízkoteplotní prostředí zároveň vážně sníží lepicí výkon EVA fólie, což způsobí delaminaci fotovoltaických modulů. Polární struktura EVA filmu pro fotovoltaiku je slabá a je náchylná k degradaci a stárnutí vlivem silného ultrafialového záření. Stabilita EVA filmu je ovlivněna jeho složením, stejně jako přísadami, jako jsou činidla proti stárnutí, stabilizátory, spojovací činidla a síťovací činidla. Činidlo proti stárnutí může snížit degradaci a změnu barvy EVA filmu ultrafialovými paprsky,

3 Základní deska

Fotovoltaická zadní vrstva je umístěna na zadní straně fotovoltaického modulu a plní především roli ochrany a podpory solárního článku. Jako polymerní materiál používaný pro nejvzdálenější velkoplošné zapouzdření fotovoltaických modulů jsou fotovoltaické zadní fólie nejkritičtějším materiálem ovlivňujícím životnost fotovoltaických modulů. V současné době je běžně používanou spodní vrstvou ve fotovoltaickém průmyslu spodní vrstva TPT, která má 3-vrstvou strukturu, konkrétně strukturu PVF (polyvinylfluoridový film)-PET (polyesterový film)-PVF. Vnější vrstva PVF má dobrou odolnost proti erozi prostředí, střední vrstva PET má dobré izolační vlastnosti a vnitřní vrstva PVF má po povrchové úpravě dobrou přilnavost k EVA fólii. Podle údajů je teplota křehkosti PVF a PET u obou -70 °C. Vzhledem k tomu, že materiál PVF obsahující fluor je tenký, jeho výkonnost při nízkých teplotách může obecně vyhovovat extrémním klimatickým prostředím, zatímco PET je silnější ve struktuře základní desky a jeho elasticita je při extrémně nízkých teplotách nízká. se výrazně sníží, což má za následek snížení jeho schopnosti odolávat vnějším vlivům, což má za následek praskliny nebo opotřebení, a bude také ovlivněna účinnost ochrany. Současně je zadní vrstva TPT polymerním materiálem. Pod silným ultrafialovým zářením způsobí praskliny ve vnější ochranné vrstvě přímý kontakt střední vrstvy s venkovním prostředím, což má za následek hydrolýzu a fotooxidační stárnutí PET, což nakonec povede k poklesu jeho ochranného výkonu. zatímco PET je silnější ve struktuře základní desky a jeho elasticita je nízká při extrémně nízkých teplotách. se výrazně sníží, což má za následek snížení jeho schopnosti odolávat vnějším vlivům, což má za následek praskliny nebo opotřebení, a bude také ovlivněna účinnost ochrany. Současně je zadní vrstva TPT polymerním materiálem. Pod silným ultrafialovým zářením způsobí praskliny ve vnější ochranné vrstvě přímý kontakt střední vrstvy s venkovním prostředím, což má za následek hydrolýzu a fotooxidační stárnutí PET, což nakonec povede k poklesu jeho ochranného výkonu. zatímco PET je silnější ve struktuře základní desky a jeho elasticita je nízká při extrémně nízkých teplotách. se výrazně sníží, což má za následek snížení jeho schopnosti odolávat vnějším vlivům, což má za následek praskliny nebo opotřebení, a bude také ovlivněna účinnost ochrany. Současně je zadní vrstva TPT polymerním materiálem. Pod silným ultrafialovým zářením způsobí praskliny ve vnější ochranné vrstvě přímý kontakt střední vrstvy s venkovním prostředím, což má za následek hydrolýzu a fotooxidační stárnutí PET, což nakonec povede k poklesu jeho ochranného výkonu. a výkon ochrany bude také ovlivněn. Současně je zadní vrstva TPT polymerním materiálem. Pod silným ultrafialovým zářením způsobí praskliny ve vnější ochranné vrstvě přímý kontakt střední vrstvy s venkovním prostředím, což má za následek hydrolýzu a fotooxidační stárnutí PET, což nakonec povede k poklesu jeho ochranného výkonu. a výkon ochrany bude také ovlivněn. Současně je zadní vrstva TPT polymerním materiálem. Pod silným ultrafialovým zářením způsobí praskliny ve vnější ochranné vrstvě přímý kontakt střední vrstvy s venkovním prostředím, což má za následek hydrolýzu a fotooxidační stárnutí PET, což nakonec povede k poklesu jeho ochranného výkonu.

Proto kromě různých vyvážených vlastností, jako je odolnost proti povětrnostním vlivům, izolace, bariéra proti vodní páře, odolnost proti korozi a odolnost proti otěru pískem, musí zadní vrstva TPT používaná v extrémních klimatických podmínkách také posílit mechanickou pevnost při nízkých teplotách, houževnatost a vlastnosti proti stárnutí. , takže fotovoltaické moduly mohou účinně odolávat extrémním povětrnostním podmínkám po delší dobu a zajistit, aby nebyla ovlivněna životnost a výkon při výrobě energie modulů.

4 Celkový výkon fotovoltaických modulů

Abychom to shrnuli, přezkoumáním výkonu fotovoltaického skla, zapouzdřovacích materiálů a zadních fólií fotovoltaických modulů byly prozkoumány různé faktory, které mohou vést k selhání fotovoltaických modulů v extrémních klimatických podmínkách. Výsledky ukazují, že:

1) Úpravou podílu oxidu křemičitého, oxidu sodného a tvrzeného vápníku ve vzorci fotovoltaického skla lze zlepšit odolnost fotovoltaického skla proti nárazu, a tím snížit pravděpodobnost poškození fotovoltaických modulů vnější silou ; současně s řízením obsahu železa a CeO2 ve skle může zvýšit výkon propustnosti světla fotovoltaického skla a v konečném důsledku zlepšit účinnost konverze fotovoltaických modulů.

2) Přijetím technologie modifikace EVA fólie obalového materiálu lze snížit výskyt poruchových jevů, jako je stárnutí EVA ultrafialovým zářením a křehkost při nízkých teplotách za studena.

3) Posílení nízkoteplotní mechanické pevnosti a houževnatosti zadní vrstvy TPT může zlepšit výkon ochrany spodní vrstvy pro fotovoltaické moduly. Zkoumáním a analýzou důvodů selhání každé součásti fotovoltaického modulu a navržením opatření technického zlepšení lze výrazně zlepšit odolnost každé součásti vůči povětrnostním vlivům, čímž se dále zlepší celkový výkon fotovoltaického modulu vůči extrémním povětrnostním prostředím, efektivně snížení spotřeby fotovoltaické energie. Pravděpodobnost stárnutí, poškození a selhání součástí po vystavení extrémně nízkým teplotám, silnému větru, sněhové bouři, silnému ultrafialovému záření a dalším drsným prostředím, což umožňuje udržet vysokou účinnost konverze.

Závěr

Prostřednictvím komplexní analýzy výkonu každé součásti fotovoltaických modulů tento článek představuje materiálové vlastnosti fotovoltaického skla, obalových materiálů a zadních fólií a způsob, jak zlepšit extrémní odolnost fotovoltaických modulů z každé součásti, zejména v alpských oblastech. Další aplikace a podpora fotovoltaických systémů výroby energie v polárních oblastech poskytuje určité vodítko a reference.