Segellador de silicona fluid per reparar fulls posteriors de mòduls solars danyats

Un equip d'investigació txec-austríac ha desenvolupat un gel de polisiloxà-alt rendiment que pot reparar eficaçment les làmines posteriors de mòduls solars degradats, restaurant-ne les propietats d'aïllament i allargant la vida útil dels sistemes fotovoltaics (PV) envellits. Aquesta solució innovadora aborda un problema crític amb què s'enfronten els operadors de plantes solars, ja que la degradació de la fulla posterior-sobretot en els mòduls produïts cap al 2010, sovint comporta problemes de seguretat i pèrdues importants en la producció d'energia.

Els investigadors van utilitzar un gel de polisiloxà especialitzat, desenvolupat en col·laboració amb el fabricant txec-de silicona Siltech Solutions, que normalment s'utilitza com a auxiliar d'encapsulació per als mòduls fotovoltaics. A diferència dels materials de reparació rígids tradicionals, l'equip va modificar el gel per tenir una fluïdesa millorada, cosa que li va permetre omplir fins i tot esquerdes estretes i formar una capa protectora perfecta sobre els fulls posteriors danyats. El gel es compon d'una matriu de polímer-a base de silicona, reforçada amb sílice aromàtica com a farciment per augmentar la durabilitat, i un agent de curat-d'humitat que li permet endurir-se amb l'exposició a l'aire i la humitat ambientals.

"El procés de curat-iniciat per la humitat procedeix de la superfície cap a l'exterior, amb el gel endurint-se gradualment a mesura que la humitat es difon al material", van explicar els investigadors. "Un cop curat completament, el gel forma un elastòmer flexible amb excel·lents propietats de resistència a la tracció i d'allargament, assegurant una forta adhesió a tots els materials de fulla posterior comuns-fins i tot aquells amb degradació o irregularitats superficials-preexistents". Aquesta adhesió és fonamental per evitar l'entrada d'humitat, que és la causa principal de danys a la fulla posterior i fallades d'aïllament.

 

Prova amb materials de fulla posterior

El gel de polisiloxà es va provar per primera vegada en cinc tipus de material de fulla posterior comuns, que reflecteixen la varietat de components utilitzats en mòduls fotovoltaics durant l'última dècada: poliamida co-extruïda (full posterior AAA); fluorur de polivinil (PVF)-bicapa de PET; fluorur de polivinilidè (PVDF)-bicapa de PET; PET recobert-imprimació; i un compost més nou basat en etilè tetrafluoroetilè (ETFE)-. Aquests materials van ser seleccionats pel seu ús generalitzat i la seva vulnerabilitat coneguda a la degradació al llarg del temps.

Es van tallar mostres rectangulars (3 cm d'ample, 12 cm de llarg) de cada tipus de full posterior i es va aplicar el gel al costat-exposat a l'aire de cada tira. "Es va col·locar una segona tira de full posterior, amb el costat de l'aire cap avall, a la part superior de la mostra recoberta de gel- i es va pressionar suaument per aconseguir un gruix de gel uniforme d'aproximadament 1,2 mm", va detallar l'equip. "Es va eliminar l'excés de gel de les vores i les mostres es van curar a 25 graus centígrads i un 55% d'humitat relativa durant 30 dies. Després de la curació, les mostres es van sotmetre a un envelliment accelerat en una cambra climàtica a 85 graus centígrads i una humitat relativa del 85% durant 1.000 hores de durabilitat estàndard de PV.

L'anàlisi posterior a la-prova va revelar que el gel mostrava una adherència excepcional als cinc tipus de fulls posteriors, amb una fallada de cohesió del 100% observada a cada mostra. Això indica que l'enllaç entre el gel i el full posterior era més fort que el mateix gel, confirmant la fiabilitat-a llarg termini i la resistència a la delaminació.

 

Prova en panells degradats de vuit-anys-antiguitat

A continuació, es va provar el gel en mòduls fotovoltaics envellits amb fulls posteriors AAA que havien estat en funcionament durant vuit anys i que mostraven signes greus de degradació, incloses esquerdes longitudinals profundes per sobre de les barres de la cèl·lula i fragilitat superficial. El gel es va dispensar directament a les esquerdes amb un cartutx de precisió, després es va estendre uniformement per tota la superfície del full posterior amb una espàtula àmplia per formar un recobriment protector. Els mòduls reparats es van col·locar després a la mateixa cambra climàtica durant 1.000 hores de tractament tèrmic humit.

Les mesures realitzades després de l'envelliment van mostrar que les esquerdes estaven completament segellades i ja no es veien, i els mòduls reparats van assolir valors de resistència d'aïllament superiors a 200 MΩ-que superen molt els requisits de seguretat per al funcionament dels mòduls fotovoltaics. "Fins i tot després de la prova de calor humida accelerada, els mòduls van mantenir un alt rendiment d'aïllament i van passar la prova de fuites humides sense signes d'entrada d'humitat", van assenyalar els investigadors. Això confirma la capacitat del gel per restaurar les mètriques crítiques de seguretat i rendiment en mòduls d'envelliment.

 

Prova de la planta solar en funcionament

Per validar el rendiment-real, l'equip d'investigació va implementar la tècnica de reparació en una planta solar de 10 MW a la República Txeca, on nombrosos mòduls havien experimentat una degradació de la fulla posterior. "El gel de polisiloxà es va aplicar al camp sense desmuntar els mòduls-dispensats d'un cartutx de mà i es van suavitzar la superfície del full posterior amb una espàtula", va subratllar l'equip. "Els mòduls reparats es van deixar funcionar en condicions reals-durant tres mesos, exposats a diferents temperatures, humitat i radiació UV".

Les proves de fuites en humit realitzades després de l'assaig de camp van confirmar que els mòduls reparats conservaven una alta resistència d'aïllament i funcionaven amb normalitat, sense caiguda en la producció d'energia en comparació amb els mòduls no danyats. "Els primers resultats de camp demostren que el gel estabilitza eficaçment el rendiment del mòdul, tot i que es necessiten proves a llarg termini durant diversos anys per avaluar-ne la durabilitat", van afirmar els investigadors. "Una pregunta clau que queda és si el full posterior reparat pot coincidir amb el rendiment de la barrera d'humitat a llarg termini-de l'original, especialment a les regions amb condicions meteorològiques extremes".

La investigació es va publicar al document "Field-applicable polysiloxane gel repair for degraded photovoltaic module backsheets" al Journal of Photovoltaics Research. El grup de recerca incloïa científics de Siltech Solutions República Txeca, l'Institut Austríac de Recerca de Química i Tecnologia (OFI) i la Universitat Tècnica Txeca de Praga-a partir d'esforços col·laboratius per desenvolupar solucions de manteniment fotovoltaic rendibles i sostenibles-.