Undersøgelse afslører en potentiel årsag til for tidlige solpanelfejl

I modsætning til diamanter, solpaneler er ikke evigt. Ultraviolette stråler, vindstød og kraftig regn slider på dem i løbet af deres levetid.

Producenter garanterer typisk, at paneler vil tåle elementerne i mindst 25 år, før de oplever betydelige fald i elproduktionen, men de seneste rapporter fremhæver en tendens til, at paneler fejler årtier før forventet. For nogle modeller, der har været en stigning i antallet af revnede bagsideark - lag af plastik, der elektrisk isolerer og fysisk afskærmer bagsiden af ​​solpaneler.

Den for tidlige revnedannelse er i vid udstrækning blevet tilskrevet den udbredte brug af visse plasttyper, såsom polyamid, men årsagen til deres hurtige nedbrydning har været uklar. Ved nøje at undersøge revnede polyamid-baserede bagsideark, forskere ved National Institute of Standards and Technology (NIST) og kolleger har afsløret, hvordan interaktioner mellem disse plastik, miljøfaktorer og solpanelarkitektur kan fremskynde nedbrydningsprocessen. Disse resultater kan hjælpe forskere i udviklingen af ​​forbedrede holdbarhedstests og længerevarende solpaneler.

Revner i bagsideark viser sig ofte først i nærheden af ​​visse funktioner - såsom det gitterformede rum mellem de blå eller sorte elektricitetsproducerende solceller - og kan til sidst forplante sig gennem hele tykkelsen af ​​et ark. Disse defekter giver plads til, at ilt og fugt kan infiltrere og beskadige det indre, hvor cellerne ligger, og tillader også elektrisk strøm at undslippe, øget risiko for elektrisk stød.

Hvis det efterlades udenfor længe nok, ethvert plastikbaseret bagark vil begynde at falde fra hinanden, men ikke alle bagsideark er skabt lige. Nogle plasttyper nedbrydes meget hurtigere end andre.

"I tidsrammen fra 2010 til 2012, mange moduler blev implementeret indeholdende polyamid-baserede bagsideark, som præsenterede dramatisk revnefejl på så lidt som fire år på trods af, at standardkravene blev opfyldt, " sagde Xiaohong Gu, NIST materialeingeniør og medforfatter til undersøgelsen.

For at komme til roden af ​​polyamids nedbrydningsproblem, Gu og hendes team anskaffede bagsideprøver fra solpaneler udsat i regioner rundt om i verden, herunder websteder i USA, Kina, Thailand og Italien. De fleste af panelerne, som var i brug fra tre til seks år, viste tydelige tegn på for tidlig revnedannelse.

Med de forvitrede bagsideark i hånden, forskerne gennemførte en række kemiske og mekaniske tests for at undersøge mønstrene og sværhedsgraden af ​​nedbrydningen i hele dybden af ​​arkene. Resultaterne, beskrevet i journalen Fremskridt inden for solcelleanlæg: Forskning og applikationer, viste, at de områder af pladerne, der havde gennemgået den værste revnedannelse, var dem, der var blevet mest stive. Og nysgerrigt, de mest skøre områder var på indersiden af ​​arkene, sagde Gu.

Hvordan kunne kvaliteten af ​​det afmurede interiør falde hurtigere end det blottede ydre lag? Gu og hendes team spekulerede i, at den sollys-inducerede nedbrydning af oversiden af ​​indkapslingsmidlet - en film, der omgiver solcellerne - producerede skadelige kemikalier, der faldt ned mod bagsidearkene, fremskynde deres forfald. Hvis sandt, den foreslåede mekanisme vil forklare, hvorfor der dannes revner mellem solceller, da kemikalier kunne finde passage til bagsiden gennem disse områder.

Forskerne identificerede eddikesyre som en hovedmistænkt, da det er kendt for at være skadeligt for polyamid og produceres under nedbrydningen af ​​en polymer, der almindeligvis anvendes som indkapslingsmiddel, kaldet ethylenvinylacetat (EVA). For at teste deres hypotese, forskerne gemte flere polyamidstrimler væk i hætteglas med eddikesyre og derefter, efter fem måneder, analyseret, hvordan de henfaldt sammenlignet med strimler placeret i enten luft eller vand.

Under mikroskopet, revner, der afspejlede dem fra de forvitrede bagsideark, viste sig på overfladen af ​​plastikstrimlerne, der var udsat for eddikesyre, som så meget værre ud end på dem, der havde været i luft eller vand. Kemisk analyse viste, at nedbrydningsprodukter af polyamid var højere i de eddikesyre-eksponerede strimler, tilvejebringe yderligere bevis på, at syren accelererer nedbrydningen af ​​bagsidearkmaterialet.

Undersøgelsen fremhæver samspillet mellem solpanelkomponenter (EVA-indkapslingsmidlet og polyamidbagsidearket i dette tilfælde) som en potentielt kritisk faktor at overveje, når man designer solpaneler, der er bygget til at holde.

Denne nye indsigt i for tidlige fejl kan også blive værdifuld for NIST-forskere og andre, der søger at replikere nedbrydningsprocessen i laboratoriet som en måde at teste og forudsige levetiden af ​​solpanelkomponenter.