Chất bịt kín silicone có thể chảy được để sửa chữa các tấm nền mô-đun năng lượng mặt trời bị hư hỏng

Một nhóm nghiên cứu người Áo-người Séc đã phát triển một loại gel polysiloxane-hiệu suất cao có thể sửa chữa hiệu quả các tấm nền mô-đun năng lượng mặt trời đã xuống cấp, khôi phục đặc tính cách nhiệt của chúng và kéo dài tuổi thọ hoạt động của các hệ thống quang điện (PV) cũ kỹ. Giải pháp đổi mới này giải quyết một vấn đề quan trọng mà các nhà vận hành nhà máy năng lượng mặt trời phải đối mặt, vì sự xuống cấp của tấm nền-đặc biệt là ở các mô-đun được sản xuất vào khoảng năm 2010-thường dẫn đến những lo ngại về an toàn và tổn thất đáng kể trong sản xuất năng lượng.

Các nhà nghiên cứu đã sử dụng một loại gel polysiloxane chuyên dụng, được phát triển với sự hợp tác của nhà sản xuất silicon Siltech Solutions có trụ sở tại Séc-. Loại gel này thường được sử dụng làm chất phụ trợ đóng gói cho các mô-đun quang điện. Không giống như các vật liệu sửa chữa cứng nhắc truyền thống, nhóm nghiên cứu đã sửa đổi gel để tăng cường khả năng chảy, cho phép nó lấp đầy các vết nứt hẹp và tạo thành một lớp bảo vệ liền mạch trên các tấm nền bị hư hỏng. Gel này bao gồm một ma trận polyme gốc silicone-được gia cố bằng silica bốc khói làm chất độn để tăng độ bền và chất đóng rắn-độ ẩm cho phép gel cứng lại khi tiếp xúc với không khí và độ ẩm xung quanh.

Các nhà nghiên cứu giải thích: "Quá trình đóng rắn do hơi ẩm bắt đầu diễn ra từ bề mặt ra bên ngoài, với gel dần dần cứng lại khi hơi ẩm khuếch tán vào vật liệu". "Sau khi được xử lý hoàn toàn, gel sẽ tạo thành một chất đàn hồi linh hoạt có độ bền kéo và đặc tính kéo dài tuyệt vời, đảm bảo độ bám dính mạnh mẽ với tất cả các vật liệu tấm nền thông thường-ngay cả những vật liệu đã có-sự xuống cấp hoặc bề mặt không đều." Độ bám dính này rất quan trọng để ngăn chặn sự xâm nhập của hơi ẩm, đây là nguyên nhân chính gây ra hư hỏng thêm cho tấm nền và hỏng lớp cách nhiệt.

 

Thử nghiệm trên vật liệu tấm nền

Gel polysiloxane lần đầu tiên được thử nghiệm trên năm loại vật liệu tấm nền phổ biến, phản ánh sự đa dạng của các thành phần được sử dụng trong mô-đun quang điện trong thập kỷ qua: polyamide ép đùn (tấm nền AAA); polyvinyl fluoride (PVF)-lớp PET kép; polyvinylidene fluoride (PVDF)-lớp PET kép; sơn lót-PET; và hỗn hợp dựa trên ethylene tetrafluoroethylene (ETFE)-mới hơn. Những vật liệu này được lựa chọn do khả năng sử dụng rộng rãi và dễ bị xuống cấp theo thời gian.

Các mẫu hình chữ nhật (rộng 3 cm, dài 12 cm) được cắt từ mỗi loại tấm nền và gel được bôi lên mặt-tiếp xúc với không khí của mỗi dải. Nhóm nghiên cứu mô tả chi tiết: "Dải tấm nền thứ hai, mặt không khí hướng xuống dưới, được đặt lên trên mẫu đã phủ gel-và ấn nhẹ để đạt được độ dày gel đồng đều khoảng 1,2 mm". "Gel dư thừa được loại bỏ khỏi các cạnh và các mẫu được xử lý ở nhiệt độ 25 độ C và độ ẩm tương đối 55% trong 30 ngày. Sau khi xử lý, các mẫu được đưa vào quá trình lão hóa nhanh trong buồng điều hòa ở nhiệt độ 85 độ C và độ ẩm tương đối 85% trong 1.000 giờ-một thử nghiệm tiêu chuẩn về độ bền của thành phần quang điện."

Phân tích sau{0}}kiểm tra cho thấy rằng gel thể hiện độ bám dính đặc biệt với tất cả năm loại tấm nền, với tỷ lệ thất bại liên kết 100% được quan sát thấy trong mọi mẫu. Điều này cho thấy rằng liên kết giữa gel và tấm nền mạnh hơn bản thân gel, khẳng định độ tin cậy-lâu dài và khả năng chống phân tách.

 

Thử nghiệm trên các tấm đã xuống cấp-năm{1}}tám năm tuổi

Tiếp theo, gel được thử nghiệm trên các mô-đun quang điện cũ có tấm nền AAA đã hoạt động được 8 năm và có dấu hiệu xuống cấp nghiêm trọng, bao gồm các vết nứt dọc sâu phía trên thanh cái tế bào và độ giòn bề mặt. Gel được phân phối trực tiếp vào các vết nứt bằng cách sử dụng hộp mực chính xác, sau đó trải đều trên toàn bộ bề mặt tấm nền bằng thìa rộng để tạo thành một lớp phủ bảo vệ. Sau đó, các mô-đun đã sửa chữa được đặt vào cùng một buồng điều hòa trong 1.000 giờ xử lý nhiệt ẩm.

Các phép đo được thực hiện sau khi lão hóa cho thấy các vết nứt đã được bịt kín hoàn toàn và không còn nhìn thấy được nữa, đồng thời các mô-đun được sửa chữa đã đạt được giá trị điện trở cách điện trên 200 MΩ-vượt xa yêu cầu an toàn khi vận hành mô-đun quang điện. Các nhà nghiên cứu lưu ý: "Ngay cả sau khi thử nghiệm nhiệt ẩm tăng tốc, các mô-đun vẫn duy trì hiệu suất cách nhiệt cao và vượt qua thử nghiệm rò rỉ ướt mà không có dấu hiệu xâm nhập của hơi ẩm". Điều này khẳng định khả năng của gel trong việc khôi phục các số liệu hiệu suất và an toàn quan trọng trong các mô-đun lão hóa.

 

Thử nghiệm vận hành nhà máy năng lượng mặt trời

Để xác thực hiệu suất-thực tế, nhóm nghiên cứu đã triển khai kỹ thuật sửa chữa tại một nhà máy năng lượng mặt trời 10MW ở Cộng hòa Séc, nơi nhiều mô-đun đã bị xuống cấp ở tấm nền. Nhóm nghiên cứu nhấn mạnh: "Gel polysiloxane được sử dụng tại hiện trường mà không cần tháo rời các mô-đun-được phân phối từ hộp mực cầm tay và làm phẳng bề mặt tấm nền bằng thìa". "Các mô-đun đã sửa chữa được để lại hoạt động trong-điều kiện thực tế trong ba tháng, tiếp xúc với nhiệt độ, độ ẩm và bức xạ tia cực tím khác nhau."

Các thử nghiệm rò rỉ ướt được tiến hành sau khi thử nghiệm hiện trường đã xác nhận rằng các mô-đun đã sửa chữa vẫn giữ được điện trở cách điện cao và hoạt động bình thường, không giảm năng lượng đầu ra so với các mô-đun không bị hư hại. Các nhà nghiên cứu cho biết: "Các kết quả thực địa ban đầu chứng minh rằng gel ổn định hiệu suất mô-đun một cách hiệu quả, mặc dù cần phải thử nghiệm lâu dài trong vài năm để đánh giá đầy đủ độ bền của nó". "Câu hỏi quan trọng còn lại là liệu tấm nền sau đã được sửa chữa có phù hợp với hiệu suất chống ẩm lâu dài-của bản gốc hay không, đặc biệt là ở những vùng có điều kiện thời tiết khắc nghiệt."

Nghiên cứu đã được công bố trên bài báo "Sửa chữa-gel polysiloxane có thể áp dụng cho các tấm nền mô-đun quang điện bị xuống cấp" trên Tạp chí Nghiên cứu Quang điện. Nhóm nghiên cứu bao gồm các nhà khoa học từ Siltech Solutions Cộng hòa Séc, Viện nghiên cứu hóa học và công nghệ Áo (OFI) và Đại học kỹ thuật Séc ở Praha-dựa trên những nỗ lực hợp tác để phát triển các giải pháp bảo trì quang điện bền vững, hiệu quả về mặt chi phí.