Flydende silikoneforsegling til reparation af beskadigede solcellemodulbagsideark

Et tjekkisk-østrigsk forskerhold har udviklet en høj-polysiloxangel, der effektivt kan reparere nedbrudte solcellemoduls bagsideark, genoprette deres isoleringsegenskaber og forlænge driftslevetiden for aldrende solcellesystemer (PV). Denne innovative løsning løser et kritisk problem, som operatører af solcelleanlæg står over for, da nedbrydning af bagsideark-især i moduler produceret omkring 2010 - ofte fører til sikkerhedsproblemer og betydelige tab af energiproduktion.

Forskerne brugte en specialiseret polysiloxan-gel, udviklet i samarbejde med den tjekkisk-baserede silikoneproducent Siltech Solutions, som typisk bruges som indkapslingshjælpemiddel til PV-moduler. I modsætning til traditionelle stive reparationsmaterialer modificerede holdet gelen til at have forbedret flydeevne, så den kunne udfylde selv smalle revner og danne et sømløst beskyttende lag over beskadigede bagsideark. Gelen er sammensat af en silikone-baseret polymermatrix, forstærket med pyrogen silica som fyldstof for at øge holdbarheden, og et fugtigheds-hærdermiddel, der gør det muligt at hærde ved eksponering for omgivende luft og fugt.

"Den fugt-initierede hærdningsproces fortsætter fra overfladen og udad, hvor gelen gradvist hærder, efterhånden som fugt diffunderer ind i materialet," forklarede forskerne. "Når gelen er fuldstændig hærdet, danner den en fleksibel elastomer med fremragende trækstyrke og forlængelsesegenskaber, hvilket sikrer stærk vedhæftning til alle gængse bagsidearkmaterialer-selv dem med allerede-eksisterende nedbrydning eller overfladeuregelmæssigheder." Denne vedhæftning er afgørende for at forhindre fugtindtrængning, som er den primære årsag til yderligere skader på bagsideark og isolationsfejl.

 

Test på bagsidearkmaterialer

Polysiloxan-gelen blev først testet på fem almindelige materialetyper til bagsideark, hvilket afspejler de mange forskellige komponenter, der er brugt i PV-moduler i løbet af det sidste årti: co-ekstruderet polyamid (AAA-bagsideark); polyvinylfluorid (PVF)-PET-dobbeltlag; polyvinylidenfluorid (PVDF)-PET-dobbeltlag; primer-belagt PET; og en nyere ethylen-tetrafluorethylen (ETFE)-baseret komposit. Disse materialer blev udvalgt på grund af deres udbredte anvendelse og kendte sårbarhed over for nedbrydning over tid.

Rektangulære prøver (3 cm brede, 12 cm lange) blev skåret fra hver bagsidearktype, og gelen blev påført den luft-eksponerede side af hver strimmel. "En anden bagsidestrip, med luftsiden nedad, blev placeret oven på den gel-belagte prøve og presset forsigtigt for at opnå en ensartet geltykkelse på ca. 1,2 mm," sagde teamet detaljeret. "Overskydende gel blev fjernet fra kanterne, og prøverne blev hærdet ved 25 grader Celsius og 55 % relativ luftfugtighed i 30 dage. Efter hærdning blev prøverne udsat for accelereret ældning i et klimakammer ved 85 grader Celsius og 85 % relativ luftfugtighed i 1.000 timers PVa-komponentstandardtest for 15}."

Efter-testanalyse afslørede, at gelen udviste enestående vedhæftning til alle fem bagsidearktyper, med 100 % kohæsionsfejl observeret i hver prøve. Dette indikerer, at bindingen mellem gelen og bagsidearket var stærkere end selve gelen, hvilket bekræfter langsigtet-pålidelighed og modstandsdygtighed over for delaminering.

 

Test på otte-år-forringede paneler

Dernæst blev gelen testet på aldrende PV-moduler med AAA-bagsideark, der havde været i drift i otte år og viste alvorlige tegn på nedbrydning, herunder dybe langsgående revner over celleskinnerne og overfladeskørhed. Gelen blev dispenseret direkte ind i revnerne ved hjælp af en præcisionspatron, og derefter spredt jævnt over hele bagsidearkets overflade med en bred spatel for at danne en beskyttende belægning. De reparerede moduler blev derefter placeret i det samme klimakammer til 1.000 timers fugtig varmebehandling.

Målinger taget efter ældning viste, at revnerne var helt forseglede og ikke længere synlige, og de reparerede moduler opnåede isolationsmodstandsværdier over 200 MΩ-, der langt oversteg sikkerhedskravet for PV-moduldrift. "Selv efter den accelererede fugtvarmetest, opretholdt modulerne høj isoleringsevne og bestod vådlækagetesten uden tegn på fugtindtrængning," bemærkede forskerne. Dette bekræfter gelens evne til at genoprette kritiske sikkerheds- og ydeevnemålinger i aldrende moduler.

 

Test på solcelleanlæg i drift

For at validere den virkelige-verdens ydeevne implementerede forskerteamet reparationsteknikken på et 10MW solcelleanlæg i Tjekkiet, hvor adskillige moduler havde oplevet forringelse af bagsideark. "Polysiloxan-gelen blev påført i marken uden at adskille modulerne-, der blev dispenseret fra en håndholdt patron og glattet over bagsidearkets overflade med en spatel," understregede teamet. "De reparerede moduler blev efterladt til at fungere under virkelige-verdensforhold i tre måneder, udsat for varierende temperaturer, fugtighed og UV-stråling."

Vådlækagetest udført efter feltforsøget bekræftede, at de reparerede moduler bibeholdt høj isolationsmodstand og fungerede normalt uden fald i energioutput sammenlignet med ubeskadigede moduler. "Tidlige feltresultater viser, at gelen effektivt stabiliserer modulets ydeevne, selvom der er behov for langtidstest over flere år for fuldt ud at vurdere dens holdbarhed," sagde forskerne. "Et centralt tilbageværende spørgsmål er, om det reparerede bagsideark kan matche originalens langsigtede-fugtbarriereydelse, især i områder med ekstreme vejrforhold."

Forskningen blev offentliggjort i papiret "Field-applicable polysiloxane gel repair for degraded photovoltaic module backsheets" i Journal of Photovoltaics Research. Forskergruppen omfattede forskere fra Siltech Solutions Czech Republic, det østrigske forskningsinstitut for kemi og teknologi (OFI) og det tjekkiske tekniske universitet i Prag-, der bygger på en samarbejdsindsats for at udvikle omkostningseffektive, bæredygtige PV-vedligeholdelsesløsninger.