Även om fukt och vatten slits bort på hela ytterytan på baksidan, de spricker snabbare i området mellan solceller där solljuset lyser igenom. NIST -forskare föreslår att nedbrytningen är värre där eftersom ättiksyra, som bildas när solljus träffar de övre skikten i gummi, kan passera mellan solcellerna mot baksidan, får dem att förfalla inifrån och ut. Upphovsman:N. Hanacek/NIST
Till skillnad från diamanter, solpaneler är inte för evigt. Ultravioletta strålar, vindbyar och kraftigt regn sliter på dem under deras livstid.
Tillverkare garanterar vanligtvis att paneler kommer att tåla elementen i minst 25 år innan de upplever betydande nedgångar i kraftproduktion, men de senaste rapporterna belyser en trend med paneler som misslyckas decennier innan förväntat. För vissa modeller, det har blivit en ökning av antalet spruckna baksidor - plastskikt som elektriskt isolerar och fysiskt skyddar baksidan av solpaneler.
Den för tidiga sprickbildningen har till stor del tillskrivits den utbredda användningen av viss plast, såsom polyamid, men orsaken till deras snabba nedbrytning har varit oklar. Genom att noggrant undersöka spruckna polyamidbaserade baksidor, forskare vid National Institute of Standards and Technology (NIST) och kollegor har avslöjat hur interaktioner mellan dessa plaster, miljöfaktorer och solpanelarkitektur kan påskynda nedbrytningsprocessen. Dessa resultat kan hjälpa forskare att utveckla förbättrade hållbarhetstester och solceller med längre livslängd.
Sprickor i baksidor visas ofta först nära vissa funktioner-till exempel det rutformade utrymmet mellan de blå eller svarta elproducerande solcellerna-och kan så småningom sprida sig genom hela tjockleken på ett ark. Dessa defekter gör det möjligt för syre och fukt att infiltrera och skada det inre där cellerna ligger och tillåter också elektrisk ström att fly, ökande risk för elstötar.
Om den lämnas ute tillräckligt länge, någon plastbaserad baksida kommer att falla sönder, men inte alla baksidor är lika. Vissa plaster försämras mycket snabbare än andra.
"Under perioden 2010 till 2012, många moduler distribuerades med polyamidbaserade baksidor, som presenterade dramatiskt sprickfel på så lite som fyra år trots att de uppfyllde standardkraven, "sa Xiaohong Gu, NIST materialingenjör och medförfattare till studien.
Sprickor bildas ofta på solpanelens baksida i raka linjer, längs luckorna mellan solceller. Kredit:NIST
För att komma till roten till polyamidens nedbrytningsproblem, Gu och hennes team förvärvade baksidesarkprover från solpaneler som distribuerades i regioner runt om i världen, inklusive webbplatser i USA, Kina, Thailand och Italien. De flesta panelerna, som var i bruk från tre till sex år, visade tydliga tecken på för tidig sprickbildning.
Med de vittrade baksidorna i handen, forskarna genomförde en rad kemiska och mekaniska tester för att undersöka mönstren och svårighetsgraden av nedbrytning genom arkens djup. Resultaten, beskrivs i tidningen Framsteg inom solceller: Forskning och tillämpningar, visade att de områden på arken som hade genomgått den värsta sprickbildningen var de som hade blivit de mest styva. Och nyfiket, de mest spröda områdena var på insidan av arken, Sa Gu.
Hur kan kvaliteten på det avmurnade interiören minska snabbare än det exponerade yttre lagret? Gu och hennes team spekulerade i att den solljusinducerade nedbrytningen av inkapslingsmedlets ovansida-en film som omger solcellerna-producerade skadliga kemikalier som sjönk mot baksidan, påskyndar deras förfall. Om sant, den föreslagna mekanismen skulle förklara varför sprickor bildas mellan solceller, eftersom kemikalier kan hitta passage till baksidan genom dessa regioner.
Forskarna identifierade ättiksyra som en huvudmisstänkt, eftersom det är känt att det är skadligt för polyamid och produceras under nedbrytningen av en polymer som vanligen används som inkapslingsmedel, kallad etenvinylacetat (EVA). För att testa deras hypotes, forskarna stuvade undan flera polyamidremsor i flaskor med ättiksyra och sedan, efter fem månader, analyserat hur de förfallit jämfört med remsor placerade i antingen luft eller vatten.
Under mikroskopet, sprickor som speglar dem från de vittrade baksidorna framträdde på ytan av plastremsorna utsatta för ättiksyra, som verkade mycket värre än på de som hade varit i luft eller vatten. Kemisk analys visade att nedbrytningsprodukter av polyamid var högre i ättiksyra-exponerade remsor, tillhandahållande av ytterligare bevis för att syran påskyndar försämringen av underfoliematerialet.
Studien belyser samspelet mellan solpanelkomponenter (EVA -inkapslingsmedel och polyamidbaksida i detta fall) som en potentiellt kritisk faktor att tänka på när man designar solpaneler som är byggda för att hålla.
Dessa nya insikter om för tidiga misslyckanden kan också bli värdefulla för NIST -forskare och andra som försöker replikera nedbrytningsprocessen i laboratoriet som ett sätt att testa och förutsäga livslängden för solpanelskomponenter.
