مراجعة أداء الوحدات الكهروضوئية ضد بيئات الطقس القاسية

التحليل الإنشائي للوحدات الكهروضوئية

إن شرط عمر الخدمة الأساسي للوحدات الكهروضوئية هو أنه "بعد 25 عامًا من العمل في الهواء الطلق ، لا يزال بإمكانها الحفاظ على 80٪ من طاقة الإخراج القصوى من القيمة الأولية ، ومن المطلوب أيضًا أن تقاوم بفعالية تأثير القوى الخارجية: تتكون الوحدات الكهروضوئية بشكل أساسي من الخلايا الشمسية ، واللوحات الخلفية ، والزجاج الكهروضوئي ، ومواد التغليف ، وصناديق التوصيل ، والإطارات ، إلخ.

يتأثر عمر الخدمة وأداء توليد الطاقة للوحدات الكهروضوئية إلى حد كبير بالعوامل البيئية ، مثل الأكسجين ودرجة الحرارة والضوء والرطوبة النسبية والصدمات الخارجية. هذه هي الأسباب الرئيسية لفشل الوحدات. من بينها ، الألواح الخلفية ، والزجاج الكهروضوئي ، ومواد التعبئة والتغليف ، وما إلى ذلك ، هي الألواح القصيرة لضمان عمر خدمة الوحدات الكهروضوئية. ومع ذلك ، فإن اللوحة المعززة ومواد التغليف تعتمد بشكل كبير على البيئة ، وتتأثر بسهولة بدرجة الحرارة وظواهر الشيخوخة التأكسدية الضوئية ، مما يؤدي إلى تدهور الأداء. لذلك ، يتم تحليل ودراسة الزجاج الكهروضوئي ومواد التغليف واللوحات الخلفية بشكل منفصل أدناه.

1 زجاج ضوئي

تتمثل الوظيفة الرئيسية للزجاج الكهروضوئي في حماية الخلايا الشمسية من التلف الناتج عن عوامل قاسية مختلفة ، والاستفادة من نفاذية الضوء العالية للزجاج نفسه لجعل امتصاص الطاقة الضوئية للخلايا الشمسية غير متأثر قدر الإمكان. الزجاج الكهروضوئي عبارة عن زجاج مقسّى ، وهو مادة غير عضوية. إنه أقل تأثرًا بالبيئة ، ولكنه يتأثر بشكل كبير بتأثير القوة الخارجية ، ويمكن كسره بسهولة بسبب ضغط الرياح والبرد والتأثيرات الأخرى. إذا تم استخدام الوحدات الكهروضوئية في منطقة القطب الجنوبي ، فإن تأثير الرياح القوية والعواصف الثلجية على مدار العام يمكن أن يتسبب بسهولة في كسر الزجاج الكهروضوئي ، مما يؤدي إلى فشل أدائه الوقائي ويؤثر على سلامة الوحدات الكهروضوئية وعمرها التشغيلي. تتناسب كثافة الزجاج مع احتمالية كسر الصدمة ، ويمكن تحسين مقاومة الصدمات عن طريق زيادة كثافة الزجاج نفسه. لذلك ، فإن زيادة نسبة السيليكا بشكل مناسب في صياغة المواد الخام للزجاج وتقليل محتوى أكسيد الصوديوم وأكسيد الكالسيوم يمكن أن يحسن بشكل فعال مقاومة تأثير الزجاج المقسى ، وبالتالي يقلل بشكل فعال من تأثير الرياح القوية والعواصف الثلجية والقوى الخارجية الأخرى في أقصى الحدود البيئات. خطر كسر الزجاج. العواصف الثلجية والقوى الخارجية الأخرى في البيئات القاسية. خطر كسر الزجاج. العواصف الثلجية والقوى الخارجية الأخرى في البيئات القاسية. خطر كسر الزجاج.

أظهرت الدراسات أنه مقابل كل زيادة بنسبة 1٪ في كفاءة تحويل الخلايا الشمسية ، ستنخفض تكلفة توليد الطاقة بنسبة 7٪ ، وسيؤثر نفاذية الضوء للزجاج الكهروضوئي على كفاءة تحويل الخلايا الشمسية ، وهو عامل مهم أيضًا تؤثر على كفاءة تحويل الوحدات الكهروضوئية. الزجاج الكهروضوئي هو نوع من زجاج الصودا والجير. إذا تعرضت للرطوبة الشديدة لفترة طويلة ، فسوف تتحلل بالماء لتوليد هيدروكسيد الصوديوم وهلام حمض السيليك ؛ بينما هيدروكسيد الصوديوم سوف يتآكل ويتلف طبقة الطلاء ، وسوف يلتصق هلام حمض السيليك. متصل بالزجاج ، وكلاهما يؤدي إلى انخفاض كبير في نفاذية الزجاج الكهروضوئي. في نفس الوقت، ستعمل الأشعة فوق البنفسجية القوية في البيئة المناخية القاسية على تعزيز أكسدة وتحلل المواد العضوية على سطح الفيلم الزجاجي الكهروضوئي ، مما يتسبب في تجعد الفيلم وتشققه وسقوطه ، ويسبب بقع قوس قزح على سطح الزجاج ، مما يقلل نفاذية الزجاج الكهروضوئي. . بالإضافة إلى ذلك ، من المرجح أن تتجمد جزيئات الماء التي تدخل الطبقة السفلية الزجاجية من خلال طبقة الفيلم عند درجات حرارة منخفضة للغاية ، مما يؤدي إلى تلف طبقة الفيلم ؛ تأثير بذور الثلج والبرد في البيئات المناخية القاسية سوف يتسبب أيضًا في تلف طبقة الفيلم الزجاجي ، ويؤدي في النهاية إلى انخفاض نفاذية الضوء. ستؤثر تأثيرات فشل هذه العوامل البيئية على الزجاج الكهروضوئي بشكل خطير على كفاءة التحويل وعمر الخدمة للوحدات الكهروضوئية.

وفقًا للبيانات ، يمكن لعنصر الحديد أن يلون الزجاج ويقلل من نفاذية الضوء للزجاج ، في حين أن أكسيد السيريوم المعدني النادر (CeO2) له وظائف عامل التصفية وعامل إزالة اللون وامتصاص الأشعة فوق البنفسجية. لذلك ، في عملية تصنيع الزجاج الكهروضوئي ، لا يؤدي تعديل محتوى الحديد في الزجاج وإضافة كمية مناسبة من CeO2 إلى تحسين نفاذية الزجاج الكهروضوئي فحسب ، وتقليل انعكاسه وامتصاصه لأشعة الشمس ، بل يقلل أيضًا من نفاذية الأشعة فوق البنفسجية أشعة وحماية الألواح الشمسية. لا تتضرر من الأشعة فوق البنفسجية القوية ، يمكن أن تحسن بشكل فعال مقاومة الأشعة فوق البنفسجية للوحدات الكهروضوئية ، وفي الوقت نفسه ، يمكنها أيضًا تحسين عمر الخدمة وكفاءة التحويل للوحدات الكهروضوئية.

2 مواد التغليف

يتمثل دور مادة التغليف في ربط الخلايا الشمسية وشرائط القصدير النحاسية واللوحات الخلفية والزجاج الكهروضوئي معًا ، وهي مكون رئيسي للوحدات الكهروضوئية. مواد التغليف الرئيسية هي هلام السيليكا المكون من مركبين ، وراتنج البولي فينيل بوتيرال (PVB) ، وفيلم بوليمر إيثيلين فينيل أسيتات (EVA) ، إلخ. أسيتات الفينيل ، والتي تم استخدامها في الصناعة لأكثر من 20 عامًا.

كمادة بوليمر ، إيفا عرضة لتفاعل ديثيلين تحت إشعاع قوي فوق البنفسجي ، وينتج حمض الأسيتيك والأولفين. ليس فقط معدل تحلل EVA يتناسب مع كثافة الأشعة فوق البنفسجية ، ولكن أيضًا الزيادة في كمية حمض الأسيتيك ستؤدي إلى تسريع معدل شيخوخة EVA. كما يتآكل شريط اللحام واللوح المعزول والأقطاب الكهربائية للوحدات الكهروضوئية بواسطة حمض الأسيتيك. يتسبب تفاعل الديثيلين في تغير لون فيلم EVA ، والذي يغير تدريجياً الوحدات الكهروضوئية من عديم اللون وشفاف إلى اللون الأصفر أو حتى البني الداكن ، مما يؤثر على انتقال الضوء للوحدات. الكفاءة والطاقة الناتجة ، مما أدى إلى انخفاض كبير في كفاءة التحويل وعمر خدمة الألواح الشمسية.

درجة حرارة التزجج Tg ودرجة حرارة التقصف Tb هي درجات الحرارة المقابلة عندما تخضع الخواص الميكانيكية للبوليمرات لتغيرات شكلية عند درجة حرارة منخفضة. من بينها ، ترتبط درجة حرارة التزجج ارتباطًا مباشرًا بأداء درجة الحرارة المنخفضة لفيلم EVA. تحت درجة حرارة التزجج ، يكون فيلم EVA في حالة زجاجية ، مما يُظهر درجة معينة من الهشاشة. تظهر بعض البيانات التجريبية أن درجة حرارة التزجج لفيلم EVA تتراوح من 0 إلى 10 درجة مئوية. عندما تكون درجة الحرارة أقل من 0 درجة مئوية ، يفقد فيلم EVA مرونته تدريجياً ويدخل في حالة صلبة. درجة حرارة التقصف لفيلم EVA هي -30 إلى -50 درجة مئوية. عندما تنخفض درجة الحرارة إلى ما دون درجة حرارة الهشاشة ، يظهر فيلم EVA هشاشة ، وستتلفه القليل من القوة الخارجية والتشوه الصغير.

في هذا الوقت ، يكون لفيلم EVA مقاومة ميكانيكية للتأثيرات فقط. بمجرد تأثره بالقوى الخارجية مثل ضغط الرياح القوي أو البرد أو النقل ، يصبح من السهل كسره ، وسوف تتشقق الخلايا الشمسية المغلفة بداخله أو حتى تنكسر. في الوقت نفسه ، ستعمل بيئة درجة الحرارة المنخفضة أيضًا على تقليل أداء الترابط لفيلم EVA بشكل خطير ، مما يتسبب في تفريغ الوحدات الكهروضوئية. الهيكل القطبي لفيلم EVA للخلايا الكهروضوئية ضعيف ، وهو عرضة للتدهور والشيخوخة تحت الأشعة فوق البنفسجية القوية. يتأثر استقرار فيلم EVA بتكوينه ، بالإضافة إلى المواد المضافة مثل العوامل المضادة للشيخوخة ، والمثبتات ، وعوامل التوصيل ، وعوامل الربط المتقاطع. يمكن للعامل المضاد للشيخوخة أن يقلل من تدهور وتغير لون فيلم EVA بواسطة الأشعة فوق البنفسجية ،

3 لوحة الكترونية معززة

توجد الطبقة الخلفية الكهروضوئية على الجزء الخلفي من الوحدة الكهروضوئية وتلعب بشكل أساسي دور حماية ودعم الخلية الشمسية. بصفتها مادة بوليمر مستخدمة في تغليف أقصى مساحة خارجية للوحدات الكهروضوئية ، فإن الألواح الخلفية الكهروضوئية هي أهم المواد التي تؤثر على عمر خدمة الوحدات الكهروضوئية. في الوقت الحاضر ، اللوح الخلفي المستخدم بشكل شائع في صناعة الخلايا الكهروضوئية هو اللوح الخلفي TPT ، الذي يحتوي على هيكل من 3 طبقات ، وهي PVF (فيلم بولي فينيل فلوريد) -PET (فيلم بوليستر) -PVF هيكل. تتمتع الطبقة الخارجية من PVF بمقاومة جيدة للتآكل البيئي ، والطبقة الوسطى من PET لها خصائص عزل جيدة ، والطبقة الداخلية من PVF لها التصاق جيد بفيلم EVA بعد المعالجة السطحية. وفقًا للبيانات ، تكون درجة حرارة هشاشة PVF و PET عند -70 درجة مئوية. نظرًا لأن مادة PVF المحتوية على الفلور رقيقة ، فإن أدائها في درجات الحرارة المنخفضة يمكن أن يلبي عمومًا البيئات المناخية القاسية ، في حين أن PET أكثر سمكًا في هيكل اللوحة الخلفية ، ومرونتها منخفضة في درجات الحرارة المنخفضة للغاية. سوف تقل بشكل كبير ، مما يؤدي إلى انخفاض في قدرتها على تحمل التأثير الخارجي ، مما يؤدي إلى حدوث تشققات أو تآكل ، كما سيتأثر أداء الحماية. في الوقت نفسه ، فإن اللوح الخلفي TPT عبارة عن مادة بوليمر. في ظل الأشعة فوق البنفسجية القوية ، ستؤدي التشققات في الطبقة الواقية الخارجية إلى اتصال الطبقة الوسطى مباشرة بالبيئة الخارجية ، مما يؤدي إلى التحلل المائي والشيخوخة المؤكسدة للصور لـ PET ، مما سيؤدي في النهاية إلى انخفاض في أدائها الوقائي. بينما يكون PET أكثر سمكًا في هيكل اللوحة الخلفية ، وتكون مرونته منخفضة في درجات الحرارة المنخفضة للغاية. سوف تقل بشكل كبير ، مما يؤدي إلى انخفاض في قدرتها على تحمل التأثير الخارجي ، مما يؤدي إلى حدوث تشققات أو تآكل ، كما سيتأثر أداء الحماية. في الوقت نفسه ، فإن اللوح الخلفي TPT عبارة عن مادة بوليمر. في ظل الأشعة فوق البنفسجية القوية ، ستؤدي التشققات في الطبقة الواقية الخارجية إلى اتصال الطبقة الوسطى مباشرة بالبيئة الخارجية ، مما يؤدي إلى التحلل المائي والشيخوخة المؤكسدة للصور لـ PET ، مما سيؤدي في النهاية إلى انخفاض في أدائها الوقائي. بينما يكون PET أكثر سمكًا في هيكل اللوحة الخلفية ، وتكون مرونته منخفضة في درجات الحرارة المنخفضة للغاية. سوف تقل بشكل كبير ، مما يؤدي إلى انخفاض في قدرتها على تحمل التأثير الخارجي ، مما يؤدي إلى حدوث تشققات أو تآكل ، كما سيتأثر أداء الحماية. في الوقت نفسه ، فإن اللوح الخلفي TPT عبارة عن مادة بوليمر. في ظل الأشعة فوق البنفسجية القوية ، ستؤدي التشققات في الطبقة الواقية الخارجية إلى اتصال الطبقة الوسطى مباشرة بالبيئة الخارجية ، مما يؤدي إلى التحلل المائي والشيخوخة المؤكسدة للصور لـ PET ، مما سيؤدي في النهاية إلى انخفاض في أدائها الوقائي. كما سيتأثر أداء الحماية. في الوقت نفسه ، فإن اللوح الخلفي TPT عبارة عن مادة بوليمر. في ظل الأشعة فوق البنفسجية القوية ، ستؤدي التشققات في الطبقة الواقية الخارجية إلى اتصال الطبقة الوسطى مباشرة بالبيئة الخارجية ، مما يؤدي إلى التحلل المائي والشيخوخة المؤكسدة للصور لـ PET ، مما سيؤدي في النهاية إلى انخفاض في أدائها الوقائي. كما سيتأثر أداء الحماية. في الوقت نفسه ، فإن اللوح الخلفي TPT عبارة عن مادة بوليمر. في ظل الأشعة فوق البنفسجية القوية ، ستؤدي التشققات في الطبقة الواقية الخارجية إلى اتصال الطبقة الوسطى مباشرة بالبيئة الخارجية ، مما يؤدي إلى التحلل المائي والشيخوخة المؤكسدة للصور لـ PET ، مما سيؤدي في النهاية إلى انخفاض في أدائها الوقائي.

لذلك ، بالإضافة إلى الخصائص المتوازنة المختلفة مثل مقاومة الطقس والعزل وحاجز بخار الماء ومقاومة التآكل ومقاومة تآكل الرمال ، تحتاج الطبقة الخلفية TPT المستخدمة في البيئات المناخية القاسية أيضًا إلى تعزيز القوة الميكانيكية ذات درجات الحرارة المنخفضة والمتانة وخصائص مقاومة الشيخوخة ، بحيث يمكن للوحدات الكهروضوئية أن تتحمل بشكل فعال بيئات الطقس القاسية لفترة أطول ، وتضمن عدم تأثر عمر الخدمة وأداء توليد الطاقة للوحدات.

4 الأداء العام للوحدات الكهروضوئية

لتلخيص ، من خلال مراجعة أداء الزجاج الكهروضوئي ، ومواد التغليف والألواح الخلفية للوحدات الكهروضوئية ، يتم استكشاف العوامل المختلفة التي قد تؤدي إلى فشل الوحدات الكهروضوئية في البيئات المناخية القاسية. تظهر النتائج أن:

1) من خلال تعديل نسبة ثاني أكسيد السيليكون وأكسيد الصوديوم والكالسيوم المقسّى في صيغة الزجاج الكهروضوئي ، يمكن تحسين مقاومة تأثير الزجاج الكهروضوئي ، وبالتالي تقليل احتمالية تلف الوحدات الكهروضوئية الناتجة عن القوة الخارجية ؛ في الوقت نفسه ، من خلال التحكم في محتوى الحديد و CeO2 في الزجاج ، يمكن أن يعزز أداء نقل الضوء للزجاج الكهروضوئي ، وفي النهاية يحسن كفاءة التحويل للوحدات الكهروضوئية.

2) من خلال اعتماد تقنية التعديل لفيلم EVA لمواد التغليف ، يمكن تقليل حدوث ظواهر الفشل مثل تقادم الأشعة فوق البنفسجية EVA وهشاشة درجة الحرارة المنخفضة.

3) يمكن أن يؤدي تعزيز القوة الميكانيكية لدرجات الحرارة المنخفضة وصلابة اللوح الخلفي TPT إلى تحسين أداء الحماية للصفائح الخلفية للوحدات الكهروضوئية. من خلال البحث وتحليل أسباب فشل كل مكون من مكونات الوحدة الكهروضوئية ، واقتراح تدابير التحسين التقني ، يمكن تحسين مقاومة الطقس لكل مكون بشكل كبير ، وبالتالي زيادة تحسين الأداء العام للوحدة الكهروضوئية ضد بيئات الطقس القاسية ، بشكل فعال تقليل استهلاك الطاقة الكهروضوئية. احتمالية التقادم والتلف وفشل المكونات بعد التعرض لدرجة حرارة منخفضة للغاية ، ورياح قوية ، وعاصفة ثلجية ، وأشعة فوق بنفسجية قوية وبيئات قاسية أخرى ، مما يجعل من الممكن الحفاظ على كفاءة تحويل عالية.

خاتمة

من خلال تحليل شامل لأداء كل مكون من مكونات الوحدات الكهروضوئية ، تقدم هذه الورقة خصائص المواد للزجاج الكهروضوئي ، ومواد التغليف ، والأغطية الخلفية ، وكيفية تحسين مقاومة الطقس القاسية للوحدات الكهروضوئية من كل مكون ، خاصة في مناطق جبال الألب. يوفر التطبيق الإضافي والترويج لأنظمة توليد الطاقة الكهروضوئية في المناطق القطبية إرشادات ومراجع معينة.