Nowy model prognozowania przenikania wilgoci do modułów fotowoltaicznych

Zespół badawczy kierowany przez TU Delft w Holandii przeprowadził symulację przenikania wilgoci do modułów fotowoltaicznych, aby lepiej zrozumieć degradację spowodowaną wilgocią. Przeanalizowano wpływ wyboru materiału do obudowy i tylnej warstwy oraz warunków klimatycznych.

W celu analizy przenikania wilgoci do modułu fotowoltaicznego zespół przeprowadził symulację urządzeń wyprodukowanych z trzech różnych materiałów obudowy i czterech różnych folii tylnych, a także modułów umieszczonych w ośmiu miastach w czterech strefach klimatycznych przez okres 20 lat.

Do obliczenia znormalizowanej mocy w całym okresie eksploatacji modułu wykorzystano model Pecka, który jest modelem akceleracyjnym do oceny temperatury i wilgotności podczas awarii IC spowodowanych wilgocią w elementach formowanych z epoksydów.

Jako materiały obudowy zespół wybrał etylenowinylacetat (EVA), termoplastyczny poliolefin (TPO) i polidimetylosiloksan (PDMS). Jako warstwy tylne wybrano polietylenotereftalan (PET), tedlar-PET-tedlar (TPT), tedlar-PET-SiOx (TPSiOx) i poliamid (PA). Ich właściwości uzyskano z opublikowanych źródeł.

W module fotowoltaicznym referencyjnym jako materiał do obudowy zastosowano EVA, a jako warstwę tylną PET.

Osiem miast podzielono na cztery strefy klimatyczne: strefa tropikalna reprezentowana przez Manaus w Brazylii i Dżakartę w Indonezji; strefa umiarkowana reprezentowana przez Los Angeles w USA i Freiburg w Niemczech; strefa sucha reprezentowana przez Dubaj w Zjednoczonych Emiratach Arabskich i Almerię w Hiszpanii; oraz strefa kontynentalna reprezentowana przez Portland w USA i Oslo w Norwegii.

Naukowcy zweryfikowali model za pomocą eksperymentów przeprowadzonych w pomieszczeniach oraz symulacji na zewnątrz, opartych na literaturze.

„W naszych badaniach odkryliśmy, że klimat, w którym zainstalowany jest moduł fotowoltaiczny, ma znacznie większy wpływ na przenikanie wilgoci niż wybór materiałów do obudowy tylnej warstwy” – powiedział Blom. „Sugeruje to, że korzystniejsze może być stosowanie różnych konstrukcji modułów fotowoltaicznych przeznaczonych do konkretnego klimatu, zamiast jednego globalnego projektu rozwiązania”.

Następnie naukowcy opracowali „prostą równanie analityczne, które można wykorzystać do przewidywania przenikania wilgoci” bez konieczności przeprowadzania czasochłonnych i wymagających obliczeniowo symulacji. „Równanie to zawiera tylko cztery nieznane parametry, które można uzyskać na podstawie warunków klimatycznych miejsca instalacji” – wyjaśnił Blom.

Mniej wymagający obliczeniowo model analityczny wykorzystywał parametry empiryczne uzyskane z symulacji FEM i osiągnął odchylenie dokładności mniejsze niż 0,05. Naukowcy doszli do wniosku, że model ten może skutecznie przewidywać przenikanie wilgoci w nowych lokalizacjach bez konieczności stosowania wymagających obliczeniowo symulacji FEM.

Blom dodał, że jego zespół planuje przeprowadzić dalsze symulacje w celu analizy symulacji trwałości, dalszych mechanizmów degradacji i ich wpływu na moduły fotowoltaiczne.