Đánh giá về hiệu suất của các mô-đun quang điện trong môi trường thời tiết khắc nghiệt

Phân tích cấu trúc của các mô-đun quang điện

Yêu cầu về tuổi thọ cơ bản của các mô-đun quang điện là "sau 25 năm làm việc ngoài trời, nó vẫn có thể duy trì 80% công suất đầu ra tối đa của giá trị ban đầu và cũng yêu cầu nó có thể chống lại hiệu quả tác động của ngoại lực.Các mô-đun quang điện chủ yếu bao gồm pin mặt trời, bảng nối đa năng, kính quang điện, vật liệu đóng gói, hộp nối, khung, v.v.

Tuổi thọ và hiệu suất phát điện của các mô-đun quang điện phần lớn bị ảnh hưởng bởi các yếu tố môi trường, chẳng hạn như oxy, nhiệt độ, ánh sáng, độ ẩm tương đối và các cú sốc bên ngoài. Đây là những lý do chính cho sự thất bại của các mô-đun. Trong số đó, tấm nền, kính quang điện, vật liệu đóng gói, v.v. là những bảng mạch ngắn để đảm bảo tuổi thọ của các mô-đun quang điện. Tuy nhiên, bảng nối đa năng và vật liệu đóng gói phụ thuộc nhiều vào môi trường và dễ bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ cũng như hiện tượng lão hóa do quang hóa, dẫn đến suy giảm hiệu suất. Do đó, kính quang điện, vật liệu đóng gói và bảng nối đa năng được phân tích và nghiên cứu riêng bên dưới.

1 kính quang điện

Chức năng chính của kính quang điện là bảo vệ pin mặt trời khỏi bị hư hại bởi các yếu tố khắc nghiệt khác nhau và sử dụng độ truyền ánh sáng cao của bản thân kính để làm cho quá trình hấp thụ năng lượng ánh sáng của pin mặt trời không bị ảnh hưởng nhiều nhất có thể. Kính quang điện là kính cường lực, là một vật liệu vô cơ. Nó ít chịu tác động của môi trường, nhưng chịu ảnh hưởng lớn khi tác động ngoại lực, dễ bị gãy do áp lực gió, mưa đá và các tác động khác. Nếu các mô-đun quang điện được sử dụng ở khu vực Nam Cực, tác động của gió mạnh và bão tuyết quanh năm có thể dễ dàng khiến kính quang điện bị vỡ, dẫn đến hiệu quả bảo vệ của nó không đạt được và ảnh hưởng đến sự an toàn và tuổi thọ của các mô-đun quang điện. Mật độ của thủy tinh tỷ lệ thuận với xác suất vỡ do tác động của nó, và khả năng chống va đập có thể được cải thiện bằng cách tăng mật độ của kính. Do đó, việc tăng tỷ lệ silica trong công thức nguyên liệu thủy tinh một cách thích hợp và giảm hàm lượng natri oxit và canxi oxit có thể cải thiện hiệu quả khả năng chống va đập của kính cường lực, do đó làm giảm hiệu quả tác động của gió mạnh, bão tuyết và các lực bên ngoài khác. môi trường. Nguy cơ vỡ kính. bão tuyết và các lực lượng bên ngoài khác trong môi trường khắc nghiệt. Nguy cơ vỡ kính. bão tuyết và các lực lượng bên ngoài khác trong môi trường khắc nghiệt. Nguy cơ vỡ kính.

Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng cứ tăng 1% hiệu suất chuyển đổi của pin mặt trời, chi phí phát điện sẽ giảm 7% và độ truyền ánh sáng của kính quang điện sẽ ảnh hưởng đến hiệu suất chuyển đổi của pin mặt trời, đây cũng là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu suất chuyển đổi của các mô-đun quang điện. Kính quang điện là một loại thủy tinh vôi soda. Nếu nó tiếp xúc với độ ẩm cao trong một thời gian dài, nó sẽ bị thủy phân để tạo ra natri hydroxit và gel axit silicic; trong khi natri hydroxit sẽ ăn mòn và làm hỏng lớp phủ, còn gel axit silicic sẽ dính lại. Gắn vào thủy tinh, cả hai đều dẫn đến giảm đáng kể độ truyền qua của thủy tinh quang điện. Đồng thời, bức xạ cực tím mạnh trong môi trường khí hậu khắc nghiệt sẽ thúc đẩy quá trình oxy hóa và phân hủy chất hữu cơ trên bề mặt màng thủy tinh quang điện, khiến màng bị nhăn, nứt và bong ra, đồng thời gây ra các đốm cầu vồng trên bề mặt kính, làm giảm độ truyền qua của thủy tinh quang điện. . Ngoài ra, các phân tử nước đi vào đế thủy tinh qua lớp màng có nhiều khả năng bị đóng băng ở nhiệt độ cực thấp, điều này sẽ gây hư hỏng lớp màng; tác động của hạt tuyết và mưa đá trong môi trường khí hậu khắc nghiệt cũng sẽ gây hư hại cho lớp phim thủy tinh, cuối cùng dẫn đến giảm độ truyền sáng. Tác động thất bại của các yếu tố môi trường này đối với kính quang điện sẽ ảnh hưởng nghiêm trọng đến hiệu suất chuyển đổi và tuổi thọ của các mô-đun quang điện.

Theo dữ liệu, nguyên tố sắt có thể tạo màu cho kính và làm giảm độ truyền ánh sáng của kính, trong khi oxit xeri kim loại đất hiếm (CeO2) có chức năng làm trong suốt, khử màu và chống hấp thụ tia cực tím. Do đó, trong quy trình sản xuất kính quang điện, việc điều chỉnh hàm lượng sắt trong kính và thêm một lượng CeO2 thích hợp không chỉ có thể cải thiện độ truyền qua của kính quang điện, giảm sự phản xạ và hấp thụ ánh sáng mặt trời mà còn làm giảm độ truyền của tia cực tím. tia và bảo vệ các tấm pin mặt trời. Không bị tia cực tím mạnh làm hỏng, nó có thể cải thiện hiệu quả khả năng chống bức xạ UV của các mô-đun quang điện, đồng thời, nó cũng có thể cải thiện tuổi thọ và hiệu suất chuyển đổi của các mô-đun quang điện.

2 Vật liệu đóng gói

Vai trò của vật liệu đóng gói là liên kết các tế bào năng lượng mặt trời, dải băng thiếc bằng đồng, bảng nối đa năng và kính quang điện lại với nhau, đồng thời là thành phần chính của các mô-đun quang điện. Các vật liệu đóng gói chính là silica gel hai thành phần, nhựa polyvinyl butyral (PVB), màng polyme ethylene-vinyl axetat (EVA), v.v. Hiện tại, màng EVA được sử dụng rộng rãi nhất trong ngành quang điện là màng EVA chứa 33% vinyl axetat, đã được sử dụng trong ngành hơn 20 năm.

Là một vật liệu polyme, EVA dễ bị phản ứng khử etylen dưới bức xạ cực tím mạnh và tạo ra axit axetic và olefin. Không chỉ tốc độ phân hủy của EVA tỷ lệ thuận với cường độ tia cực tím, mà sự gia tăng lượng axit axetic sẽ đẩy nhanh tốc độ lão hóa của EVA. Băng hàn, bảng nối đa năng và các điện cực của mô-đun quang điện cũng bị axit axetic ăn mòn. Phản ứng deethylene gây ra sự thay đổi màu sắc của màng EVA, làm thay đổi dần các mô-đun quang điện từ không màu và trong suốt sang màu vàng hoặc thậm chí là nâu sẫm, do đó ảnh hưởng đến sự truyền ánh sáng của các mô-đun. hiệu quả và công suất đầu ra, dẫn đến giảm đáng kể hiệu suất chuyển đổi và tuổi thọ của các tấm pin mặt trời.

Nhiệt độ chuyển hóa thủy tinh Tg và nhiệt độ giòn Tb là nhiệt độ tương ứng khi tính chất cơ học của polyme bị thay đổi hình thái ở nhiệt độ thấp. Trong số đó, nhiệt độ chuyển thủy tinh có liên quan trực tiếp đến hiệu suất nhiệt độ thấp của màng EVA. Dưới nhiệt độ chuyển thủy tinh, màng EVA ở trạng thái thủy tinh, cho thấy độ giòn nhất định. Một số dữ liệu thực nghiệm cho thấy nhiệt độ chuyển thủy tinh của màng EVA là 0-10 °C. Khi nhiệt độ dưới 0 ° C, màng EVA dần mất tính đàn hồi và chuyển sang trạng thái cứng. Nhiệt độ giòn của màng EVA là -30 đến -50 °C. Khi nhiệt độ giảm xuống dưới nhiệt độ giòn, màng EVA có biểu hiện giòn, và một chút ngoại lực và biến dạng nhỏ sẽ làm hỏng màng.

Lúc này màng EVA chỉ có tác dụng chống va đập cơ học. Một khi nó bị tác động bởi các ngoại lực như áp lực gió mạnh, mưa đá hoặc phương tiện di chuyển, nó rất dễ bị gãy và các tấm pin mặt trời được bao bọc bên trong nó sẽ bị nứt, thậm chí là vỡ. Đồng thời, môi trường nhiệt độ thấp cũng sẽ làm giảm nghiêm trọng hiệu suất liên kết của màng EVA, gây ra hiện tượng phân tách các mô-đun quang điện. Cấu trúc cực của màng EVA đối với quang điện yếu, dễ bị xuống cấp và lão hóa dưới bức xạ cực tím mạnh. Độ ổn định của màng EVA bị ảnh hưởng bởi thành phần của nó, cũng như các chất phụ gia như chất chống lão hóa, chất ổn định, chất liên kết và chất liên kết ngang. Chất chống lão hóa có thể làm giảm sự xuống cấp và đổi màu của màng EVA do tia cực tím,

3 bảng nối đa năng

Tấm nền quang điện nằm ở mặt sau của mô-đun quang điện và chủ yếu đóng vai trò bảo vệ và hỗ trợ pin mặt trời. Là một vật liệu polymer được sử dụng để đóng gói các mô-đun quang điện có diện tích lớn ngoài cùng, tấm nền quang điện là vật liệu quan trọng nhất ảnh hưởng đến tuổi thọ của các mô-đun quang điện. Hiện nay, tấm nền được sử dụng phổ biến trong ngành quang điện là tấm nền TPT, có cấu trúc 3 lớp, đó là cấu trúc PVF (màng polyvinyl florua) -PET (màng polyester) -PVF. Lớp PVF bên ngoài có khả năng chống xói mòn môi trường tốt, lớp giữa PET có đặc tính cách nhiệt tốt và lớp bên trong PVF có độ bám dính tốt với màng EVA sau khi xử lý bề mặt. Theo số liệu, nhiệt độ giòn của PVF và PET đều ở -70°C. Do vật liệu chứa flo PVF mỏng nên hiệu suất nhiệt độ thấp của nó thường có thể đáp ứng các môi trường khí hậu khắc nghiệt, trong khi PET dày hơn trong cấu trúc bảng nối đa năng và độ đàn hồi của nó thấp ở nhiệt độ cực thấp. sẽ bị giảm đáng kể, dẫn đến khả năng chịu tác động bên ngoài giảm, dẫn đến nứt hoặc mòn, hiệu suất bảo vệ cũng sẽ bị ảnh hưởng. Đồng thời, tấm nền TPT là vật liệu polymer. Dưới bức xạ tia cực tím mạnh, các vết nứt trên lớp bảo vệ bên ngoài sẽ khiến lớp giữa tiếp xúc trực tiếp với môi trường bên ngoài, dẫn đến quá trình thủy phân và lão hóa do oxy hóa quang học của PET, cuối cùng sẽ dẫn đến suy giảm hiệu suất bảo vệ của nó. trong khi PET dày hơn trong cấu trúc bảng nối đa năng và độ đàn hồi của nó thấp ở nhiệt độ cực thấp. sẽ bị giảm đáng kể, dẫn đến khả năng chịu tác động bên ngoài giảm, dẫn đến nứt hoặc mòn, hiệu suất bảo vệ cũng sẽ bị ảnh hưởng. Đồng thời, tấm nền TPT là vật liệu polymer. Dưới bức xạ tia cực tím mạnh, các vết nứt trên lớp bảo vệ bên ngoài sẽ khiến lớp giữa tiếp xúc trực tiếp với môi trường bên ngoài, dẫn đến quá trình thủy phân và lão hóa do oxy hóa quang học của PET, cuối cùng sẽ dẫn đến suy giảm hiệu suất bảo vệ của nó. trong khi PET dày hơn trong cấu trúc bảng nối đa năng và độ đàn hồi của nó thấp ở nhiệt độ cực thấp. sẽ bị giảm đáng kể, dẫn đến khả năng chịu tác động bên ngoài giảm, dẫn đến nứt hoặc mòn, hiệu suất bảo vệ cũng sẽ bị ảnh hưởng. Đồng thời, tấm nền TPT là vật liệu polymer. Dưới bức xạ tia cực tím mạnh, các vết nứt trên lớp bảo vệ bên ngoài sẽ khiến lớp giữa tiếp xúc trực tiếp với môi trường bên ngoài, dẫn đến quá trình thủy phân và lão hóa do oxy hóa quang học của PET, cuối cùng sẽ dẫn đến suy giảm hiệu suất bảo vệ của nó. và hiệu suất bảo vệ cũng sẽ bị ảnh hưởng. Đồng thời, tấm nền TPT là vật liệu polymer. Dưới bức xạ tia cực tím mạnh, các vết nứt trên lớp bảo vệ bên ngoài sẽ khiến lớp giữa tiếp xúc trực tiếp với môi trường bên ngoài, dẫn đến quá trình thủy phân và lão hóa do oxy hóa quang học của PET, cuối cùng sẽ dẫn đến suy giảm hiệu suất bảo vệ của nó. và hiệu suất bảo vệ cũng sẽ bị ảnh hưởng. Đồng thời, tấm nền TPT là vật liệu polymer. Dưới bức xạ tia cực tím mạnh, các vết nứt trên lớp bảo vệ bên ngoài sẽ khiến lớp giữa tiếp xúc trực tiếp với môi trường bên ngoài, dẫn đến quá trình thủy phân và lão hóa do oxy hóa quang học của PET, cuối cùng sẽ dẫn đến suy giảm hiệu suất bảo vệ của nó.

Do đó, ngoài các đặc tính cân bằng khác nhau như khả năng chống chịu thời tiết, cách nhiệt, ngăn hơi nước, chống ăn mòn và chống mài mòn của cát, tấm nền TPT được sử dụng trong môi trường khí hậu khắc nghiệt cũng cần tăng cường độ bền cơ học ở nhiệt độ thấp, độ dẻo dai và đặc tính chống lão hóa , để các mô-đun quang điện có thể chịu được môi trường thời tiết khắc nghiệt một cách hiệu quả trong thời gian dài hơn và đảm bảo rằng tuổi thọ và hiệu suất phát điện của các mô-đun không bị ảnh hưởng.

4 Hiệu suất tổng thể của mô-đun quang điện

Tóm lại, bằng cách xem xét hiệu suất của kính quang điện, vật liệu bao bọc và tấm nền của mô-đun quang điện, các yếu tố khác nhau có thể dẫn đến hỏng hóc mô-đun quang điện trong môi trường khí hậu khắc nghiệt sẽ được khám phá. Kết quả cho thấy:

1) Bằng cách điều chỉnh tỷ lệ silicon dioxide, natri oxit và canxi đã tôi luyện trong công thức của kính quang điện, khả năng chống va đập của kính quang điện có thể được cải thiện, do đó giảm khả năng hư hỏng các mô-đun quang điện do ngoại lực gây ra. ; đồng thời, kiểm soát hàm lượng sắt và CeO2 trong kính, Nó có thể nâng cao hiệu suất truyền ánh sáng của kính quang điện, và cuối cùng là cải thiện hiệu suất chuyển đổi của các mô-đun quang điện.

2) Bằng cách áp dụng công nghệ sửa đổi cho màng EVA của vật liệu đóng gói, có thể giảm sự xuất hiện của các hiện tượng hư hỏng như lão hóa do tia cực tím EVA và độ giòn ở nhiệt độ thấp.

3) Tăng cường độ bền cơ học ở nhiệt độ thấp và độ dẻo dai của tấm nền TPT có thể cải thiện hiệu suất bảo vệ của tấm nền cho các mô-đun quang điện. Bằng cách nghiên cứu và phân tích nguyên nhân dẫn đến sự cố của từng thành phần của mô-đun quang điện và đề xuất các biện pháp cải tiến kỹ thuật, khả năng chống chịu thời tiết của từng thành phần có thể được cải thiện đáng kể, từ đó cải thiện hơn nữa hiệu suất tổng thể của mô-đun quang điện trước môi trường thời tiết khắc nghiệt, một cách hiệu quả giảm tiêu thụ năng lượng quang điện. Xác suất lão hóa, hư hỏng và hỏng hóc của các thành phần sau khi trải qua nhiệt độ cực thấp, gió mạnh, bão tuyết, bức xạ cực tím mạnh và các môi trường khắc nghiệt khác, đồng thời giúp duy trì hiệu suất chuyển đổi cao.

Phần kết luận

Thông qua phân tích toàn diện về hiệu suất của từng thành phần của mô-đun quang điện, bài báo này giới thiệu các đặc tính vật liệu của thủy tinh quang điện, vật liệu đóng gói và tấm nền cũng như cách cải thiện khả năng chống chịu thời tiết khắc nghiệt của các mô-đun quang điện từ mỗi thành phần, đặc biệt là ở các vùng núi cao. Việc áp dụng và thúc đẩy hơn nữa các hệ thống phát điện quang điện ở các vùng cực cung cấp hướng dẫn và tài liệu tham khảo nhất định.