Un gruppo di ricercatori cinesi e italiani ha testato l'influenza di diversi angoli di inclinazione sul guasto termico dei moduli fotovoltaici. Hanno scoperto che, utilizzando un angolo di inclinazione superiore a 30 gradi, il tempo di guasto aumentava.

Utilizzando un pannello radiante uniforme e una configurazione sperimentale con un pannello inclinato, gli scienziati hanno monitorato la rottura termica del vetro, le temperature superficiali, il flusso di calore incidente e le caratteristiche di rottura. Hanno inoltre simulato la configurazione in un modello agli elementi finiti (FEM), misurando l'errore medio.

“I moduli fotovoltaici sono composti di vetro, un materiale fragile che può rompersi o staccarsi rapidamente se esposto al fuoco. A seguito della rottura del vetro, i materiali combustibili dei pannelli fotovoltaici verrebbero esposti direttamente alle radiazioni del fuoco e all'ossigeno, facilitando il guasto degli impianti fotovoltaici. Inoltre, una volta che il vetro del modulo fotovoltaico si rompe e si stacca, la parte esposta della facciata fotovoltaica può trasformarsi in un'ampia superficie combustibile”, ha affermato il gruppo. “Ciononostante, le prestazioni dei pannelli fotovoltaici a diverse angolazioni di inclinazione non sono state testate, nonostante il loro ampio utilizzo e la loro rilevanza”.

Il gruppo ha utilizzato un pannello radiante a propano di 600 mm x 600 mm come fonte termica uniforme. Su di esso, il team ha posizionato un sistema di montaggio fotovoltaico costituito da un telaio in acciaio zincato in grado di resistere a temperature fino a 1.200 °C. All'interno di questo sistema sono stati installati pannelli fotovoltaici in silicio monocristallino di 300 mm x 300 mm, con uno strato di vetro ricotto non temperato di 3,2 mm di spessore. In totale, sono stati testati 15 pannelli, tre per ciascuna inclinazione: 0°, 15°, 30°, 45° e 60°.

L'analisi ha dimostrato che, quando i pannelli fotovoltaici sono esposti a radiazioni termiche, le crepe nel vetro si innescano comunemente sul bordo della massima differenza di temperatura sulla superficie esposta al fuoco. Ha inoltre dimostrato che, a causa della presenza di nastri convergenti nella parte inferiore del pannello fotovoltaico, le crepe tendono a innescarsi in quella zona piuttosto che sui bordi del pannello quando l'inclinazione è superiore a 45°.

Inoltre, sono state trovate bolle di gas combustibile tra lo strato di vetro e lo strato di celle solari, così come tra la piastra posteriore e lo strato di celle solari, che secondo gli scienziati potrebbero potenzialmente incendiarsi con una scintilla o in un vero incendio.

Inoltre, le misurazioni hanno mostrato che il tempo medio per il primo guasto dei pannelli fotovoltaici presentava una tendenza crescente all'aumentare dell'inclinazione dei pannelli da 0° a 60°. Più specificamente, il tempo medio per il primo guasto è stato di 36 secondi, 33 secondi, 40 secondi, 62 secondi e 71 secondi per gli scenari di inclinazione di 0°, 15°, 30°, 45° e 60°, rispettivamente.
"Il tempo di guasto è aumentato significativamente quando i pannelli fotovoltaici sono stati inclinati oltre i 30 °C, un angolo di inclinazione critico per il cedimento termico del pannello fotovoltaico", hanno affermato gli accademici. "Sebbene i tempi di guasto fossero diversi nei vari casi, le differenze di temperatura critiche erano simili, comprese tra 61 e 84 °C, e la maggior parte delle crepe si è verificata entro 8-15 kW/m2."

Il gruppo ha quindi sviluppato un modello numerico FEM del sistema utilizzando il software Abaqus, limitando la simulazione a 100 secondi poiché la prima rottura del vetro dovrebbe verificarsi durante questo periodo. Rispetto ai risultati sperimentali, il modello FEM ha ottenuto un errore medio del 13,5% per le distribuzioni di temperatura e inferiore al 15% per i tempi di prima rottura.

"Considerate le difficoltà causate dalle bolle di gas dell'etilene vinil acetato (EVA) e dall'espansione del tedlar-poliestere-tedlar (TPT), questo accordo ha suggerito che il modello termico potrebbe prevedere i campi di temperatura dei pannelli fotovoltaici", hanno concluso gli scienziati. "L'ipotesi di un aumento di temperatura a tre strati si è dimostrata adatta per i casi con grandi inclinazioni."

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