Um grupo de pesquisadores da China e da Itália testou a influência de diferentes ângulos de inclinação na falha térmica de módulos fotovoltaicos. Eles descobriram que, ao usar um ângulo de inclinação acima de 30 graus, o tempo até a falha aumentava.

Utilizando um painel radiante uniforme e uma configuração experimental com um painel inclinado, os cientistas monitoraram a quebra térmica do vidro, as temperaturas da superfície, o fluxo de calor incidente e as características de falha. Eles também simularam a configuração em um modelo de elementos finitos (MEF), medindo o erro médio.

“Os módulos fotovoltaicos são compostos de vidro, um material frágil que pode quebrar ou se desprender rapidamente quando exposto ao fogo. Como consequência das rachaduras no vidro, os materiais combustíveis dos painéis fotovoltaicos receberiam diretamente a radiação do fogo e teriam acesso ao oxigênio, facilitando a falha dos sistemas fotovoltaicos. Além disso, uma vez que o vidro do módulo fotovoltaico quebra e se desprende, o componente exposto da fachada fotovoltaica pode se transformar em uma grande superfície combustível”, afirmou o grupo. “No entanto, o desempenho dos painéis fotovoltaicos em diferentes ângulos de inclinação não foi testado, apesar de seu uso generalizado e relevância.”

O grupo utilizou um painel radiante a propano de 600 mm x 600 mm como fonte térmica uniforme. Contra ele, a equipe instalou uma estrutura de montagem fotovoltaica feita de aço galvanizado, capaz de suportar temperaturas de até 1.200 °C. Dentro dessa estrutura, foram colocados painéis fotovoltaicos de silício monocristalino de 300 mm x 300 mm, incluindo uma camada de vidro recozido não temperado de 3,2 mm de espessura. No total, 15 painéis foram testados, três para cada cenário de inclinação: 0°, 15°, 30°, 45° e 60°.

A análise mostrou que, quando os painéis fotovoltaicos são expostos à radiação térmica, as fissuras no vidro geralmente se iniciam na borda da superfície exposta ao fogo, onde ocorre a maior diferença de temperatura. Também demonstrou que, devido à presença de faixas convergentes na parte inferior do painel fotovoltaico, as fissuras tendem a se iniciar nessa região, em vez das bordas do painel, quando a inclinação é superior a 45°.

Além disso, foram encontradas bolhas de gás combustível entre a camada de vidro e a camada da célula solar, bem como entre a placa traseira e a camada da célula solar, que, segundo os cientistas, poderiam ser potencialmente inflamadas com uma faísca ou em um incêndio real.

Além disso, as medições mostraram que o tempo médio para a primeira falha dos painéis fotovoltaicos apresentou uma tendência crescente quando os painéis foram inclinados de 0° a 60°. Mais especificamente, o tempo médio para a primeira falha foi de 36 segundos, 33 segundos, 40 segundos, 62 segundos e 71 segundos para os cenários de inclinação de 0°, 15°, 30°, 45° e 60°, respectivamente.
“O tempo até a falha aumentou significativamente quando os painéis fotovoltaicos foram inclinados além de 30°, que é um ângulo de inclinação crítico para a falha térmica do painel fotovoltaico”, disseram os acadêmicos. “Embora os tempos de falha tenham sido diferentes entre os casos, as diferenças de temperatura crítica foram próximas, variando de 61 a 84°C, e a maioria das fissuras ocorreu entre 8 e 15 kW/m².”

Em seguida, o grupo desenvolveu um modelo numérico de elementos finitos (MEF) do sistema utilizando o software Abaqus, limitando a simulação a 100 segundos, visto que a primeira quebra do vidro deveria ocorrer durante esse período. Comparado com os resultados experimentais, o modelo de elementos finitos apresentou um erro médio de 13,5% para a distribuição de temperatura e inferior a 15% para o tempo da primeira falha.

“Considerando as dificuldades causadas pelas bolhas de gás do acetato de etileno-vinila (EVA) e pela expansão do tedlar-poliéster-tedlar (TPT), este acordo sugeriu que o modelo térmico poderia prever os campos de temperatura do painel fotovoltaico”, concluíram os cientistas. “A suposição de uma elevação de temperatura em três camadas mostrou-se adequada para casos com grandes inclinações.”

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