أجرى فريق من الباحثين من الصين وإيطاليا اختباراً لتأثير زوايا الميل المختلفة على التلف الحراري للوحدات الكهروضوئية. ووجدوا أنه عند استخدام زاوية ميل تزيد عن 30 درجة، يزداد الوقت اللازم للتلف.

باستخدام لوحة إشعاعية منتظمة وجهاز تجريبي للوحة مائلة، تتبع العلماء التكسر الحراري للزجاج، ودرجات حرارة السطح، وتدفق الحرارة الساقطة، وخصائص التلف. كما قاموا بمحاكاة الجهاز في نموذج طريقة العناصر المحدودة (FEM)، وقاسوا متوسط ​​الخطأ.

تتكون الألواح الكهروضوئية من الزجاج، وهو مادة هشة قد تنكسر أو تتساقط بسرعة عند تعرضها للحريق. ونتيجةً لتشقق الزجاج، ستتلقى المواد القابلة للاحتراق في الألواح الكهروضوئية إشعاعات الحريق مباشرةً، ما يؤدي إلى وصول الأكسجين إليها، وبالتالي تعطل أنظمة الطاقة الشمسية. علاوة على ذلك، بمجرد انكسار الزجاج في اللوح الكهروضوئي وسقوطه، قد يتحول الجزء المكشوف من واجهة اللوح إلى سطح قابل للاحتراق واسع النطاق. ومع ذلك، لم يتم اختبار أداء الألواح الكهروضوئية عند زوايا ميل مختلفة، على الرغم من استخدامها الواسع وأهميتها البالغة.

استخدم الفريق لوحة إشعاعية تعمل بالبروبان بأبعاد 600 مم × 600 مم كمصدر حراري موحد. ووضع الفريق عليها هيكلًا لتثبيت الألواح الكهروضوئية مصنوعًا من إطار فولاذي مجلفن يتحمل درجات حرارة تصل إلى 1200 درجة مئوية. ووضعوا داخله ألواحًا كهروضوئية من السيليكون أحادي البلورة بأبعاد 300 مم × 300 مم، بما في ذلك طبقة زجاجية غير مقسّاة بسمك 3.2 مم. وتم اختبار 15 لوحة إجمالًا، ثلاث لوحات لكل زاوية ميل من زوايا 0°، 15°، 30°، 45°، و60°.

أظهر التحليل أنه عند تعرض الألواح الكهروضوئية للإشعاع الحراري، تبدأ الشقوق الزجاجية عادةً عند حافة أقصى فرق في درجة الحرارة على السطح المعرض للحريق. كما أوضح التحليل أنه نظرًا لوجود شرائط متقاربة في أسفل اللوح الكهروضوئي، فإن الشقوق تميل إلى البدء هناك بدلاً من حواف اللوح عندما يكون الميل أكبر من 45 درجة.

علاوة على ذلك، تم العثور على فقاعات غاز قابلة للاشتعال بين طبقة الزجاج وطبقة الخلايا الشمسية، وكذلك بين اللوحة الخلفية وطبقة الخلايا الشمسية، والتي قال العلماء إنه من المحتمل أن تشتعل بواسطة شرارة أو في حريق حقيقي.

بالإضافة إلى ذلك، أظهرت القياسات أن متوسط ​​زمن أول عطل في الألواح الكهروضوئية يزداد مع زيادة زاوية ميل الألواح من 0° إلى 60°. وبشكل أكثر تحديدًا، بلغ متوسط ​​زمن أول عطل 36 ثانية، و33 ثانية، و40 ثانية، و62 ثانية، و71 ثانية لحالات الميل 0°، و15°، و30°، و45°، و60° على التوالي.
قال الباحثون: "ازداد وقت التعطل بشكل ملحوظ عندما تم إمالة الألواح الكهروضوئية بزاوية تتجاوز 30 درجة مئوية، وهي زاوية ميل حرجة لحدوث العطل الحراري للألواح الكهروضوئية. وعلى الرغم من اختلاف أوقات التعطل بين الحالات، إلا أن فروق درجات الحرارة الحرجة كانت متقاربة، حيث تراوحت بين 61 و84 درجة مئوية، وحدثت معظم التشققات ضمن نطاق 8-15 كيلوواط/م²."

ثم قام الفريق بتطوير نموذج عددي باستخدام طريقة العناصر المحدودة (FEM) للنظام ضمن برنامج Abaqus، مع تحديد مدة المحاكاة بـ 100 ثانية، حيث من المفترض أن يحدث أول كسر للزجاج خلال هذه الفترة. وبالمقارنة مع النتائج التجريبية، حقق نموذج العناصر المحدودة متوسط ​​خطأ قدره 13.5% لتوزيعات درجات الحرارة، وأقل من 15% لأوقات أول كسر.

وخلص العلماء إلى أنه "بالنظر إلى الصعوبات الناجمة عن فقاعات الغاز في أسيتات فينيل الإيثيلين (EVA) وتمدد مادة تيدلار-بوليستر-تيدلار (TPT)، فإن هذا الاتفاق يشير إلى أن النموذج الحراري قادر على التنبؤ بمجالات درجة حرارة الألواح الكهروضوئية". وأضافوا: "ثبتت ملاءمة افتراض ارتفاع درجة الحرارة عبر ثلاث طبقات للحالات ذات الميلان الكبير".

جزء من المقال مقتطف من الشبكة، وتم حذف معلومات الاتصال المتعلقة بانتهاك حقوق الملكية الفكرية.