Текучий силіконовий герметик для ремонту пошкоджених задніх листів сонячних модулів

Чеська-австрійська дослідницька група розробила високо-ефективний полісилоксановий гель, який може ефективно відновлювати зношені захисні панелі сонячних модулів, відновлюючи їхні ізоляційні властивості та подовжуючи термін експлуатації застарілих фотоелектричних (PV) систем. Це інноваційне рішення вирішує важливу проблему, з якою стикаються оператори сонячних електростанцій, оскільки погіршення якості задньої панелі-зокрема в модулях, вироблених близько 2010 року, часто призводить до проблем з безпекою та значних втрат виробництва енергії.

Дослідники використали спеціальний полісилоксановий гель, розроблений у співпраці з чеським-виробником силікону Siltech Solutions, який зазвичай використовується як допоміжний засіб для інкапсуляції фотоелектричних модулів. На відміну від традиційних жорстких матеріалів для ремонту, команда модифікувала гель, щоб він мав покращену текучість, дозволяючи йому заповнювати навіть вузькі тріщини та утворювати безшовний захисний шар на пошкодженій нижній частині. Гель складається з полімерної матриці на силіконовій-основі, зміцненої піноподібним кремнеземом як наповнювачем для підвищення довговічності, і вологого-затверджувача, який дозволяє йому тверднути під впливом навколишнього повітря та вологості.

«Процес затвердіння-, ініційований вологою, відбувається від поверхні назовні, при цьому гель поступово твердне, коли волога дифундує в матеріал», — пояснили дослідники. «Після повного затвердіння гель утворює гнучкий еластомер із відмінною міцністю на розрив і подовженням, забезпечуючи міцне зчеплення з усіма звичайними матеріалами нижнього шару-навіть із-існуючими деградаціями або нерівностями поверхні». Ця адгезія має вирішальне значення для запобігання проникненню вологи, що є основною причиною подальшого пошкодження тильного листа та руйнування ізоляції.

 

Тест на матеріалах тильного листа

Полісилоксановий гель вперше було випробувано на п’яти поширених типах матеріалів нижнього шару, що відображає різноманіття компонентів, які використовувалися в фотоелектричних модулях за останнє десятиліття: ко-екструдований поліамід (тильний лист AAA); двошаровий полівінілфторид (PVF)-PET; подвійний шар полівініліденфториду (PVDF)-PET; ПЕТ з ґрунтовним- покриттям; і новіший композит на основі етилентетрафторетилену (ETFE)-. Ці матеріали були обрані через їх широке використання та відому вразливість до деградації з часом.

Прямокутні зразки (3 см завширшки, 12 см завдовжки) були вирізані з кожного типу тильного листа, і гель наносився на -відкриту для повітря сторону кожної смужки. «Другу нижню смужку, повітряною стороною донизу, помістили на зразок, покритий гелем-, і обережно притиснули, щоб досягти однорідної товщини гелю приблизно 1,2 мм», — розповіла команда. «Надлишки гелю було видалено з країв, і зразки затверділи при 25 градусах Цельсія та відносній вологості 55% протягом 30 днів. Після затвердіння зразки піддалися прискореному старінню в кліматичній камері за 85 градусів Цельсія та 85% відносної вологості протягом 1000 годин-стандартний тест на довговічність фотоелектричних компонентів».

Аналіз після-випробування показав, що гель продемонстрував виняткову адгезію до всіх п’яти типів нижнього шару, зі 100% когезійним руйнуванням у кожному зразку. Це вказує на те, що зв’язок між гелем і нижньою поверхнею був міцнішим, ніж сам гель, що підтверджує довгострокову-надійність і стійкість до розшарування.

 

Випробування на восьми-річних- панелях із погіршенням якості

Далі гель був протестований на застарілих фотоелектричних модулях із заднім листом AAA, які експлуатувалися протягом восьми років і показали серйозні ознаки деградації, включаючи глибокі поздовжні тріщини над шинами осередків і крихкість поверхні. Гель розподіляли безпосередньо в тріщини за допомогою прецизійного картриджа, потім рівномірно розподіляли по всій поверхні заднього листа широким шпателем для утворення захисного покриття. Потім відремонтовані модулі помістили в ту саму кліматичну камеру на 1000 годин волого-термічної обробки.

Вимірювання, проведені після старіння, показали, що тріщини були повністю закриті та більше не видно, а відремонтовані модулі досягли значень опору ізоляції понад 200 МОм-, що значно перевищує вимоги безпеки для роботи фотоелектричних модулів. «Навіть після прискореного випробування вологим теплом модулі зберігали високі показники ізоляції та пройшли випробування на мокрий витік без ознак проникнення вологи», — зазначили дослідники. Це підтверджує здатність гелю відновлювати критичні показники безпеки та продуктивності старіючих модулів.

 

Випробування робочої сонячної установки

Щоб підтвердити ефективність-у реальних умовах, дослідницька група запровадила техніку ремонту на сонячній електростанції потужністю 10 МВт у Чеській Республіці, де у багатьох модулях спостерігалося погіршення задньої панелі. «Полісилоксановий гель наносили в польових умовах без демонтажу модулів-, випущених із ручного картриджа, і розгладжували поверхню тильного листа шпателем», — підкреслила команда. «Відремонтовані модулі залишали працювати в-реальних умовах протягом трьох місяців, піддаючись різним температурам, вологості та УФ-випромінюванню».

Випробування на мокрий витік, проведені після польових випробувань, підтвердили, що відремонтовані модулі зберегли високий опір ізоляції та працювали нормально, без падіння вихідної енергії порівняно з непошкодженими модулями. «Перші польові результати демонструють, що гель ефективно стабілізує продуктивність модуля, хоча для повної оцінки його довговічності необхідні довгострокові-тестування протягом кількох років», — заявили дослідники. «Ключове питання, яке залишається відкритим, полягає в тому, чи може відремонтована нижня частина зрівнятися з оригінальною-довгостроковою вологостійкістю, особливо в регіонах з екстремальними погодними умовами».

Дослідження опубліковано в статті «Field-applicable polysiloxane gel repair for degraded photovoltaic module backsheets» у Journal of Photovoltaics Research. Дослідницька група включала вчених із Siltech Solutions Czech Republic, Австрійського науково-дослідного інституту хімії та технології (OFI) та Чеського технічного університету в Празі-, які спільними зусиллями розробляли-рентабельні та стійкі рішення для обслуговування фотоелектричних систем.