การแตกร้าวของแผงโซลาร์เซลล์ด้านหลังในการวิเคราะห์ความล้มเหลวของวัสดุ

เมื่อพูดถึงผลิตภัณฑ์พลังงานแสงอาทิตย์ ผมเชื่อว่ามันกลายเป็นชื่อที่คุ้นเคยกันดี มีทั้งผลิตภัณฑ์พลังงานแสงอาทิตย์ที่ติดตั้งบนพื้นดินในโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์แบบติดตั้งบนพื้นดิน (BIPV) สำหรับการบูรณาการอาคาร ทางหลวงพลังงานแสงอาทิตย์ ยานยนต์ประหยัดพลังงาน และอื่นๆ อีกมากมาย เชื่อกันว่าการประยุกต์ใช้พลังงานแสงอาทิตย์จะแพร่หลายมากขึ้นในอนาคตอันใกล้

แผงโซลาร์เซลล์เป็นส่วนประกอบหลักของระบบผลิตไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ อายุการใช้งานของแผงโซลาร์เซลล์สัมพันธ์กับกระบวนการเคลือบแผ่นบางๆ แต่ก็ขึ้นอยู่กับประสิทธิภาพของวัตถุดิบที่ใช้เช่นกัน โดยวัสดุที่สำคัญที่สุดคือแผ่นปิดแผงโซลาร์เซลล์ แผ่นปิดแผงโซลาร์เซลล์เป็นชั้นนอกสุดของแผงโซลาร์เซลล์ สัมผัสกับสภาพแวดล้อมภายนอกโดยตรง ทนทานต่อลม ฝน การกัดกร่อน และมลภาวะภายนอก นอกจากนี้ยังสัมผัสกับวัสดุบรรจุภัณฑ์ภายในเพื่อป้องกันการรั่วไหลจากภายนอกและป้องกันไอน้ำจากภายใน

แผ่นปิดแผงโซลาร์เซลล์ทำจากวัสดุพอลิเมอร์ แผ่นปิดแผงโซลาร์เซลล์บางชนิดอาจเกิดปัญหาด้านคุณภาพที่เห็นได้ชัดหลังจากใช้งานไประยะหนึ่ง และอาจนำไปสู่ความเสียหายของโมดูลได้ หนึ่งในปัญหาสำคัญที่พบจากแผ่นปิดแผงโซลาร์เซลล์ในปัจจุบันคือการแตกร้าวของแผ่นปิดแผง งานวิจัยพบว่าปัญหาการแตกร้าวของแผ่นปิดแผงส่วนใหญ่มักเกิดขึ้นที่แผ่นปิดแผง 3A โรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ที่ใช้แผ่นปิดแผง 3A มีรอยแตกร้าวขนาดเล็กจำนวนมากบนพื้นผิวของแผ่นปิดแผงหลังจากติดตั้งเป็นเวลาหนึ่งปี และอัตราการแตกร้าวของแผ่นปิดแผงเกิน 40% หลังจากใช้งานมาสี่ปี ประมาณปี พ.ศ. 2016 โรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ระดับกิกะวัตต์หลายแห่งทั่วโลกได้รับผลกระทบ ทั้งโรงไฟฟ้าในประเทศตะวันตกและโรงไฟฟ้าในต่างประเทศ ซึ่งส่งผลกระทบอย่างรุนแรงต่อรายได้จากการลงทุนของโรงไฟฟ้า

เพื่อแก้ไขปัญหาการแตกร้าวที่แผ่นหลัง นักวิจัยได้คัดเลือกส่วนประกอบจากทั่วโลกที่มีรอยร้าวที่แผ่นหลังหลังจากใช้งานไป 3-6 ปี และผ่านการทดสอบทางเคมีและทางกลหลายชุด พบว่าบริเวณที่เปราะบางที่สุดเกิดขึ้นที่ด้านในของแผ่นหลัง ไม่ใช่บริเวณชั้นนอกที่สัมผัสกับอากาศ นอกจากนี้ ยังพบว่ารอยแตกร้าวส่วนใหญ่เกิดขึ้นระหว่างช่องว่างของเซลล์

ในระหว่างการใช้งานแผงโซลาร์เซลล์ วัสดุบรรจุภัณฑ์ EVA (เอทิลีนไวนิลอะซิเตท) จะเกิดปฏิกิริยาไฮโดรไลซิสที่อุณหภูมิหนึ่งภายใต้อิทธิพลของไอน้ำ (แผงโซลาร์เซลล์มีคุณสมบัติการซึมผ่านของน้ำในระดับหนึ่ง) และแสงแดด (รวมถึงแสงอัลตราไวโอเลต) กรดอะซิติกจะถูกสร้างขึ้น และการที่วัสดุแผ่นหลังสัมผัสกับกรดอะซิติกจะทำให้เกิดการเสื่อมสภาพและการแตกร้าว วัสดุบรรจุภัณฑ์ EVA ที่ด้านหลังของแบตเตอรี่จะถูกไฮโดรไลซ์น้อยกว่า EVA ในช่องว่างของแบตเตอรี่เนื่องจากแสงที่อ่อนกว่า กล่าวโดยสรุป สาเหตุหลักของการแตกร้าวของแผ่นหลังคือการไฮโดรไลซ์ EVA เพื่อผลิตกรดอะซิติก และรอยแตกร้าวในช่องว่างระหว่างเซลล์ส่วนใหญ่เกิดจาก EVA ในช่องว่างถูกแสงส่องโดยตรง

จากผลการวิเคราะห์ข้างต้น จะเห็นได้ว่าสภาวะที่จำเป็นสำหรับการไฮโดรไลซิส EVA ได้แก่ แสง ไอน้ำ และอุณหภูมิ ซึ่งล้วนเป็นสิ่งจำเป็น ปัจจุบัน มาตรฐานการทดสอบที่ใช้กันมากที่สุดสำหรับผลิตภัณฑ์พลังงานแสงอาทิตย์ ได้แก่ IEC61215 และ IEC61730 มีเพียงชุดการทดสอบการเสื่อมสภาพด้วยรังสี UV และชุดการทดสอบ DH ที่อุณหภูมิสูงและความชื้นสูงแยกต่างหาก กล่าวคือ ไม่สามารถจำลองการทดสอบการเสื่อมสภาพด้วยรังสี UV ทั่วไปและการทดสอบ DH ที่อุณหภูมิสูงและความชื้นสูงได้ ผลของปฏิกิริยาไฮโดรไลซิส EVA ต่ออายุการใช้งานโดยรวมของส่วนประกอบ ห้องทดสอบสภาพแวดล้อมการเสื่อมสภาพคอมโพสิต UV+DH สามารถตรวจสอบความสามารถของวัสดุส่วนประกอบ (รวมถึงแผ่นหลัง) ในการต้านทานคุณสมบัติการเสื่อมสภาพต่างๆ ในสภาพแวดล้อมการทดสอบที่ซับซ้อนได้อย่างมีประสิทธิภาพ

ห้องทดสอบการเสื่อมสภาพแบบคอมโพสิต UV+DH ถูกออกแบบมาเพื่อรวมการทดสอบการเสื่อมสภาพสองแบบอิสระ (UV+DH) เข้าด้วยกัน เพื่อให้สามารถทำการทดสอบสองรายการพร้อมกัน (UV+DH) ได้ นั่นคือ การทดสอบการเสื่อมสภาพด้วยรังสีอัลตราไวโอเลตในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูงและความชื้นสูง สามารถใช้งานได้อย่างแพร่หลายในการทดสอบความทนทานต่อสภาพอากาศของขั้วต่อแผงโซลาร์เซลล์ แผงโซลาร์เซลล์ด้านหลัง และโมดูลโซลาร์เซลล์ขนาดเล็ก

ตามมาตรฐานการทดสอบและประสบการณ์การทดสอบวัสดุส่วนประกอบ Huayang Testing ขอแนะนำพารามิเตอร์การทดสอบสำหรับการทดสอบการเสื่อมสภาพของคอมโพสิตดังต่อไปนี้:

การทดสอบดังกล่าวสามารถประเมินคุณภาพของชิ้นส่วนและวัสดุได้ในเวลาอันสั้น และเป็นวิธีการคัดกรองที่รวดเร็วและมีประสิทธิภาพ Huayang Testing ใช้กล่อง DH+UV Composite Aging Box เพื่อทำการทดสอบวัสดุเชื่อมต่อภายใต้อุณหภูมิสูงและความชื้นสูงด้วยรังสีอัลตราไวโอเลตสำหรับลูกค้า ดังแสดงในภาพด้านล่าง (พารามิเตอร์การตั้งค่า: อุณหภูมิ 85°C, ความชื้น 85%RH, ปริมาณรังสี 120kWh/m2, เวลาทดสอบ 1000 ชั่วโมง)

จนถึงปัจจุบัน ผู้ผลิตวัสดุจำนวนมากเริ่มให้ความสนใจและดำเนินการทดสอบวัสดุคอมโพสิตมากขึ้น เชื่อว่าในอนาคตอันใกล้นี้ การทดสอบการเสื่อมสภาพของวัสดุคอมโพสิตจะถูกรวมไว้ในการทดสอบตามปกติ