Grupa badaczy z Chin i Włoch zbadała wpływ różnych kątów nachylenia na awarię termiczną modułów fotowoltaicznych. Stwierdzili, że przy kącie nachylenia powyżej 30 stopni czas do awarii wydłużał się.

Wykorzystując jednorodny panel promiennikowy i eksperymentalną konstrukcję nachylonego panelu, naukowcy śledzili pękanie szkła pod wpływem ciepła, temperatury powierzchni, padający strumień ciepła i charakterystykę uszkodzeń. Przeprowadzili również symulację konstrukcji w modelu metody elementów skończonych (MES), mierząc średni błąd.

„Moduły fotowoltaiczne są wykonane ze szkła, delikatnego materiału, który może pęknąć lub szybko wypaść pod wpływem ognia. W wyniku pęknięć szkła, palne materiały paneli fotowoltaicznych bezpośrednio wystawione byłyby na działanie promieniowania pożarowego i miałyby dostęp do tlenu, co sprzyjałoby awarii systemów fotowoltaicznych. Co więcej, gdy szkło w module fotowoltaicznym pęknie i wypadnie, odsłonięty element fasady fotowoltaicznej może przekształcić się w dużą powierzchnię łatwopalną” – poinformowała grupa. „Niemniej jednak, pomimo powszechnego stosowania i znaczenia, wydajność paneli fotowoltaicznych pod różnymi kątami nachylenia nie została przetestowana”.

Grupa wykorzystała panel promiennikowy o wymiarach 600 mm x 600 mm, zasilany propanem, jako jednorodne źródło ciepła. Na nim zespół umieścił instalację fotowoltaiczną wykonaną z ocynkowanej ramy stalowej, wytrzymującej temperatury do 1200°C. Wewnątrz zamontowano monokrystaliczne panele fotowoltaiczne z krzemu o wymiarach 300 mm x 300 mm, w tym warstwę szkła hartowanego o grubości 3,2 mm. Łącznie przetestowano 15 paneli, po trzy dla każdego kąta nachylenia: 0°, 15°, 30°, 45° i 60°.

Analiza wykazała, że ​​gdy panele fotowoltaiczne są wystawione na działanie promieniowania cieplnego, pęknięcia szkła zazwyczaj powstają na granicy maksymalnej różnicy temperatur na powierzchni narażonej na ogień. Wykazano również, że ze względu na obecność zbieżnych wstęg u dołu panelu fotowoltaicznego, pęknięcia są bardziej podatne na powstawanie w tym miejscu, a nie na krawędziach panelu, gdy kąt nachylenia przekracza 45°.

Co więcej, pomiędzy warstwą szkła a warstwą ogniwa słonecznego, a także pomiędzy płytą tylną a warstwą ogniwa słonecznego, znaleziono pęcherzyki gazu palnego, które zdaniem naukowców potencjalnie mogłyby zapalić się od iskry lub w prawdziwym ogniu.

Ponadto pomiary wykazały, że średni czas pierwszej awarii paneli fotowoltaicznych wykazywał tendencję wzrostową, gdy panele były nachylone od 0° do 60°. Dokładniej, średni czas pierwszej awarii wynosił odpowiednio 36 sekund, 33 sekundy, 40 sekund, 62 sekundy i 71 sekund dla nachylenia 0°, 15°, 30°, 45° i 60°.
„Czas do awarii znacznie się wydłużył, gdy panele fotowoltaiczne były nachylone powyżej 30°C, co stanowi krytyczny kąt nachylenia dla awarii termicznej panelu fotowoltaicznego” – stwierdzili naukowcy. „Chociaż czasy awarii były różne w poszczególnych przypadkach, krytyczne różnice temperatur były zbliżone i wahały się od 61 do 84°C, a większość pęknięć wystąpiła w zakresie 8–15 kW/m²”.

Następnie grupa opracowała numeryczny model MES systemu w oprogramowaniu Abaqus, ograniczając symulację do 100 sekund od momentu wystąpienia pierwszego pęknięcia szkła w tym okresie. W porównaniu z wynikami eksperymentalnymi, model MES osiągnął średni błąd 13,5% dla rozkładów temperatur i mniej niż 15% dla czasu wystąpienia pierwszego pęknięcia.

„Biorąc pod uwagę trudności powodowane przez pęcherzyki gazu w octanie etylenowo-winylowym (EVA) i ekspansję struktury tedlar-poliester-tedlar (TPT), to porozumienie sugerowało, że model termiczny może przewidywać pola temperatury paneli fotowoltaicznych” – podsumowali naukowcy. „Założenie wzrostu temperatury w trzech warstwach okazało się trafne w przypadku dużych nachyleń”.

Fragment artykułu pobrano z sieci, usunięto kontakt w sprawie naruszenia.