La durée de vie et les performances de production d'énergie des modules photovoltaïques sont largement affectées par des facteurs environnementaux, tels que l'oxygène, la température, la lumière, l'humidité relative et les chocs externes. Ce sont les principales raisons de l'échec des modules. Parmi eux, les backsheets, le verre photovoltaïque, les matériaux d'emballage, etc. sont les planches courtes pour assurer la durée de vie des modules photovoltaïques. Cependant, les matériaux de fond de panier et d'emballage dépendent fortement de l'environnement et sont facilement affectés par la température et les phénomènes de vieillissement photo-oxydant, entraînant une dégradation des performances. Par conséquent, le verre photovoltaïque, les matériaux d'emballage et les fonds de panier sont analysés et étudiés séparément ci-dessous.
1 Verre photovoltaïque
La fonction principale du verre photovoltaïque est de protéger les cellules solaires contre les dommages causés par divers facteurs agressifs et d'utiliser la transmission élevée de la lumière du verre lui-même pour que l'absorption de l'énergie lumineuse des cellules solaires ne soit pas affectée autant que possible. Le verre photovoltaïque est un verre trempé, qui est un matériau inorganique. Il est moins affecté par l'environnement, mais est fortement affecté par l'impact de la force externe et se brise facilement en raison de la pression du vent, de la grêle et d'autres impacts. Si des modules photovoltaïques sont utilisés dans la région de l'Antarctique, l'impact des vents forts et des blizzards tout au long de l'année peut facilement provoquer la rupture du verre photovoltaïque, entraînant une défaillance de ses performances de protection et affectant la sécurité et la durée de vie des modules photovoltaïques. La densité du verre est proportionnelle à sa probabilité de rupture par impact, et la résistance aux chocs peut être améliorée en augmentant la densité du verre lui-même. Par conséquent, l'augmentation appropriée de la proportion de silice dans la formulation de la matière première du verre et la réduction de la teneur en oxyde de sodium et en oxyde de calcium peuvent améliorer efficacement la résistance aux chocs du verre trempé, réduisant ainsi efficacement l'impact des vents forts, des blizzards et d'autres forces externes dans des conditions extrêmes. environnements. Risque de bris de verre. blizzards et autres forces externes dans des environnements extrêmes. Risque de bris de verre. blizzards et autres forces externes dans des environnements extrêmes. Risque de bris de verre.
Des études ont montré que pour chaque augmentation de 1 % de l'efficacité de conversion des cellules solaires, le coût de production d'électricité sera réduit de 7 % et la transmission de la lumière du verre photovoltaïque affectera l'efficacité de conversion des cellules solaires, ce qui est également un facteur important. affectant le rendement de conversion des modules photovoltaïques. Le verre photovoltaïque est une sorte de verre sodocalcique. S'il est exposé à une humidité extrême pendant une longue période, il s'hydrolysera pour générer de l'hydroxyde de sodium et du gel d'acide silicique ; tandis que l'hydroxyde de sodium corrodera et endommagera la couche de revêtement, et le gel d'acide silicique collera. Attachés au verre, qui entraînent tous deux une diminution significative de la transmission du verre photovoltaïque. En même temps, le fort rayonnement ultraviolet dans l'environnement climatique extrême favorisera l'oxydation et la décomposition de la matière organique à la surface du film de verre photovoltaïque, provoquant le froissement, la fissuration et la chute du film, et provoquant des taches arc-en-ciel sur la surface du verre, ce qui réduira la transmission du verre photovoltaïque. . De plus, les molécules d'eau pénétrant dans le substrat de verre à travers la couche de film sont plus susceptibles de geler à des températures extrêmement basses, ce qui endommagera la couche de film ; l'impact des graines de neige et de la grêle dans les environnements climatiques extrêmes endommagera également la couche de film de verre et conduira éventuellement à une diminution de la transmission de la lumière. Les effets de défaillance de ces facteurs environnementaux sur le verre photovoltaïque affecteront sérieusement l'efficacité de conversion et la durée de vie des modules photovoltaïques.
Selon les données, l'élément de fer peut colorer le verre et réduire la transmission de la lumière du verre, tandis que l'oxyde de cérium de métal de terre rare (CeO2) a les fonctions d'agent clarifiant, d'agent décolorant et d'absorption anti-ultraviolet. Par conséquent, dans le processus de fabrication du verre photovoltaïque, l'ajustement de la teneur en fer dans le verre et l'ajout d'une quantité appropriée de CeO2 peuvent non seulement améliorer la transmission du verre photovoltaïque, réduire sa réflexion et son absorption de la lumière solaire, mais également réduire la transmission de l'ultraviolet. rayons et protéger les panneaux solaires. N'étant pas endommagé par les rayons ultraviolets puissants, il peut améliorer efficacement la résistance aux rayonnements UV des modules photovoltaïques et, en même temps, il peut également améliorer la durée de vie et l'efficacité de conversion des modules photovoltaïques.
2 Matériaux d'emballage
Le rôle du matériau d'encapsulation est de lier les cellules solaires, les rubans de cuivre-étain, les fonds de panier et le verre photovoltaïque. Il s'agit d'un composant clé des modules photovoltaïques. Les principaux matériaux d'emballage sont le gel de silice à deux composants, la résine de butyral de polyvinyle (PVB), le film de polymère d'éthylène-acétate de vinyle (EVA), etc. À l'heure actuelle, le film EVA le plus utilisé dans l'industrie photovoltaïque est le film EVA contenant 33% l'acétate de vinyle, utilisé dans l'industrie depuis plus de 20 ans.
En tant que matériau polymère, l'EVA est sujet à la réaction de déséthylène sous une forte irradiation ultraviolette et produit de l'acide acétique et de l'oléfine. Non seulement le taux de décomposition de l'EVA est proportionnel à l'intensité des UV, mais également l'augmentation de la quantité d'acide acétique accélérera le taux de vieillissement de l'EVA. Le ruban de soudure, le fond de panier et les électrodes des modules photovoltaïques sont également corrodés par l'acide acétique. La réaction de déséthylène provoque le changement de couleur du film EVA, qui change progressivement les modules photovoltaïques de l'incolore et transparent au jaune ou même au brun foncé, affectant ainsi la transmission lumineuse des modules. l'efficacité et la puissance de sortie, entraînant une diminution significative de l'efficacité de conversion et de la durée de vie des panneaux solaires.
La température de transition vitreuse Tg et la température de fragilité Tb sont les températures correspondantes lorsque les propriétés mécaniques des polymères subissent des modifications morphologiques à basse température. Parmi eux, la température de transition vitreuse est directement liée aux performances à basse température du film EVA. En dessous de la température de transition vitreuse, le film EVA est à l'état vitreux, présentant un certain degré de fragilité. Certaines données expérimentales montrent que la température de transition vitreuse du film EVA est de 0 à 10 °C. Lorsque la température est inférieure à 0 °C, le film EVA perd progressivement son élasticité et entre dans un état rigide. La température de fragilité du film EVA est de -30 à -50 °C. Lorsque la température descend en dessous de la température de fragilité, le film EVA présente une fragilité, et une petite force externe et une petite déformation l'endommageront.
À l'heure actuelle, le film EVA n'a qu'une résistance aux chocs mécaniques. Une fois qu'il est impacté par des forces externes telles qu'une forte pression du vent, la grêle ou le transport, il est facile de se casser et les cellules solaires encapsulées à l'intérieur se fissureront ou même se briseront. Dans le même temps, l'environnement à basse température réduira également considérablement les performances de liaison du film EVA, provoquant un délaminage des modules photovoltaïques. La structure polaire du film EVA pour le photovoltaïque est faible et sujette à la dégradation et au vieillissement sous un fort rayonnement ultraviolet. La stabilité du film EVA est affectée par sa composition, ainsi que par des additifs tels que des agents anti-âge, des stabilisants, des agents de couplage et des agents de réticulation. L'agent anti-âge peut réduire la dégradation et la décoloration du film EVA par les rayons ultraviolets,
3 fond de panier
La feuille de fond photovoltaïque est située à l'arrière du module photovoltaïque et joue principalement le rôle de protection et de support de la cellule solaire. En tant que matériau polymère utilisé pour l'encapsulation de grande surface la plus externe des modules photovoltaïques, les feuilles de fond photovoltaïques sont le matériau le plus critique affectant la durée de vie des modules photovoltaïques. À l'heure actuelle, une feuille de fond couramment utilisée dans l'industrie photovoltaïque est une feuille de fond TPT, qui a une structure à 3 couches, à savoir une structure PVF (film de fluorure de polyvinyle)-PET (film de polyester)-PVF. La couche externe de PVF a une bonne résistance à l'érosion environnementale, la couche intermédiaire de PET a de bonnes propriétés isolantes et la couche interne de PVF a une bonne adhérence au film EVA après traitement de surface. Selon les données, la température de fragilité du PVF et du PET sont toutes les deux à -70°C. Étant donné que le matériau contenant du fluor PVF est mince, ses performances à basse température peuvent généralement répondre à des environnements climatiques extrêmes, tandis que le PET est plus épais dans la structure de fond de panier et son élasticité est faible à des températures extrêmement basses. sera considérablement réduite, ce qui entraînera une diminution de sa capacité à résister aux chocs externes, entraînant des fissures ou une usure, et les performances de protection seront également affectées. Dans le même temps, la feuille de fond TPT est un matériau polymère. Sous un fort rayonnement ultraviolet, les fissures dans la couche protectrice externe amèneront la couche intermédiaire à entrer directement en contact avec l'environnement extérieur, entraînant une hydrolyse et un vieillissement photo-oxydant du PET, ce qui entraînera éventuellement une baisse de ses performances protectrices. tandis que le PET est plus épais dans la structure du fond de panier et son élasticité est faible à des températures extrêmement basses. sera considérablement réduite, ce qui entraînera une diminution de sa capacité à résister aux chocs externes, entraînant des fissures ou une usure, et les performances de protection seront également affectées. Dans le même temps, la feuille de fond TPT est un matériau polymère. Sous un fort rayonnement ultraviolet, les fissures dans la couche protectrice externe amèneront la couche intermédiaire à entrer directement en contact avec l'environnement extérieur, entraînant une hydrolyse et un vieillissement photo-oxydant du PET, ce qui entraînera éventuellement une baisse de ses performances protectrices. tandis que le PET est plus épais dans la structure du fond de panier et son élasticité est faible à des températures extrêmement basses. sera considérablement réduite, ce qui entraînera une diminution de sa capacité à résister aux chocs externes, entraînant des fissures ou une usure, et les performances de protection seront également affectées. Dans le même temps, la feuille de fond TPT est un matériau polymère. Sous un fort rayonnement ultraviolet, les fissures dans la couche protectrice externe amèneront la couche intermédiaire à entrer directement en contact avec l'environnement extérieur, entraînant une hydrolyse et un vieillissement photo-oxydant du PET, ce qui entraînera éventuellement une baisse de ses performances protectrices. et les performances de protection seront également affectées. Dans le même temps, la feuille de fond TPT est un matériau polymère. Sous un fort rayonnement ultraviolet, les fissures dans la couche protectrice externe amèneront la couche intermédiaire à entrer directement en contact avec l'environnement extérieur, entraînant une hydrolyse et un vieillissement photo-oxydant du PET, ce qui entraînera éventuellement une baisse de ses performances protectrices. et les performances de protection seront également affectées. Dans le même temps, la feuille de fond TPT est un matériau polymère. Sous un fort rayonnement ultraviolet, les fissures dans la couche protectrice externe amèneront la couche intermédiaire à entrer directement en contact avec l'environnement extérieur, entraînant une hydrolyse et un vieillissement photo-oxydant du PET, ce qui entraînera éventuellement une baisse de ses performances protectrices.
Par conséquent, en plus de diverses propriétés équilibrées telles que la résistance aux intempéries, l'isolation, la barrière à la vapeur d'eau, la résistance à la corrosion et la résistance à l'abrasion du sable, la feuille de fond TPT utilisée dans les environnements climatiques extrêmes doit également renforcer la résistance mécanique à basse température, la ténacité et les propriétés anti-vieillissement. , de sorte que les modules photovoltaïques puissent résister efficacement aux environnements météorologiques extrêmes pendant plus longtemps et garantir que la durée de vie et les performances de production d'énergie des modules ne sont pas affectées.
4 Performance globale des modules PV
Pour résumer, en examinant les performances du verre photovoltaïque, des matériaux d'encapsulation et des feuilles de fond des modules photovoltaïques, divers facteurs pouvant entraîner une défaillance des modules photovoltaïques dans des environnements climatiques extrêmes sont explorés. Les résultats montrent que :
1) En ajustant la proportion de dioxyde de silicium, d'oxyde de sodium et de calcium trempé dans la formule du verre photovoltaïque, la résistance aux chocs du verre photovoltaïque peut être améliorée, réduisant ainsi la probabilité de dommages aux modules photovoltaïques causés par une force externe ; en même temps, en contrôlant la teneur en fer et en CeO2 dans le verre, il peut améliorer les performances de transmission de la lumière du verre photovoltaïque et, en fin de compte, améliorer l'efficacité de conversion des modules photovoltaïques.
2) En adoptant la technologie de modification pour le film EVA du matériau d'emballage, l'apparition de phénomènes de défaillance tels que le vieillissement ultraviolet EVA et la fragilité à froid à basse température peut être réduite.
3) Le renforcement de la résistance mécanique à basse température et de la ténacité de la feuille de fond TPT peut améliorer les performances de protection de la feuille de fond pour les modules photovoltaïques. En recherchant et en analysant les raisons de la défaillance de chaque composant du module photovoltaïque et en proposant des mesures d'amélioration technique, la résistance aux intempéries de chaque composant peut être considérablement améliorée, améliorant ainsi encore les performances globales du module photovoltaïque contre les environnements météorologiques extrêmes, efficacement réduire la consommation d'énergie photovoltaïque. La probabilité de vieillissement, d'endommagement et de défaillance des composants après avoir subi une température extrêmement basse, un vent fort, une tempête de neige, un fort rayonnement ultraviolet et d'autres environnements difficiles, et permettant de maintenir une efficacité de conversion élevée.
Conclusion
Grâce à une analyse complète des performances de chaque composant des modules photovoltaïques, cet article présente les propriétés matérielles du verre photovoltaïque, des matériaux d'emballage et des feuilles de fond, et comment améliorer la résistance aux intempéries extrêmes des modules photovoltaïques de chaque composant, en particulier dans les régions alpines. La poursuite de l'application et de la promotion des systèmes de production d'énergie photovoltaïque dans les régions polaires fournit certaines orientations et références.