Quando si tratta di implementare sistemi fotovoltaici (PV), le prestazioni e la durata delle celle solari sono due delle variabili più importanti. Grazie alle sue eccezionali caratteristiche di trasparenza, flessibilità e adesività, l'acetato di etilene e vinile (EVA) è attualmente molto utilizzato come materiale incapsulante nei moduli solari. D'altra parte, i problemi associati all'invecchiamento e all'acidificazione possono avere un impatto sostanziale sull'efficienza e sulla durata dell'EVA, che a sua volta può influire sulle prestazioni complessive delle celle solari. Questo articolo esplora i meccanismi responsabili di questi problemi, gli effetti che hanno sulle prestazioni delle celle solari e le varie soluzioni che possono essere implementate per risolvere questi problemi.

Comprendere il concetto di film fotovoltaico EVA

L'EVA è un copolimero che viene generalmente utilizzato nei moduli solari allo scopo di incapsulare e proteggere le celle solari da elementi ambientali quali umidità, radiazioni ultraviolette e stress meccanico. L'EVA è prodotto a partire da etilene e acetato di vinile per la sua composizione. Oltre a preservare la chiarezza ottica, essenziale per un efficace assorbimento della luce, garantisce l'isolamento elettrico delle celle. Tuttavia, come qualsiasi altro polimero, l'EVA è soggetto a deterioramento nel tempo, in particolare quando è sottoposto a condizioni climatiche estreme.

Il processo di invecchiamento di EVA

Le cause più comuni dell'invecchiamento degli incapsulanti EVA sono l'esposizione prolungata ai raggi ultravioletti, al calore e all'ossigeno dell'ambiente. Questa esposizione provoca una serie di cambiamenti chimici all'interno della sostanza, tra cui i seguenti:

Come risultato della fotodegradazione, i legami chimici dell'EVA possono essere rotti dalle radiazioni ultraviolette, con conseguente creazione di radicali liberi. Questi radicali sono in grado di subire ulteriori reazioni con l'ossigeno, che possono portare alla produzione di una serie di prodotti di degradazione, tra cui l'acido acetico e i composti organici volatili (VOC).

La rottura delle catene polimeriche dell'EVA è accelerata dalle temperature più elevate, con conseguente scolorimento e perdita delle capacità meccaniche. Questo fenomeno viene definito degrado ambientale. Ciò causa la fragilità del materiale, che a sua volta riduce la capacità di schermare adeguatamente le celle solari.

Nel processo di degradazione ossidativa, la penetrazione dell'ossigeno può provocare reazioni ossidative all'interno dell'EVA, che possono portare alla formazione di molecole di perossido e accelerare il processo di degradazione.

Processo di acidificazione dell'EVA

Il termine "acidificazione" si riferisce al processo di formazione di sostanze chimiche acide, in particolare acido acetico, all'interno dell'incapsulante EVA. I meccanismi di fotodegradazione e degradazione termica sono direttamente responsabili del verificarsi di questa condizione. La presenza di acido acetico all'interno dell'incapsulante può causare una serie di impatti negativi sul modulo solare, tra cui i seguenti:

Interconnessioni e contatti metallici Corrosione: l'acido acetico è in grado di corrodere i contatti metallici e le interconnessioni contenute nel modulo solare. Ciò può provocare un aumento della resistenza elettrica e la possibilità di guasti elettrici.

Degradazione delle proprietà adesive: La creazione di composti acidi può causare l'indebolimento delle proprietà adesive dell'EVA, con conseguente delaminazione tra l'incapsulante e le celle solari o lo strato protettivo di vetro. A causa di questa delaminazione, l'umidità può penetrare, aggravando ulteriormente il degrado.

Impatto sulle prestazioni elettriche: L'accumulo di sostanze chimiche acide può provocare la formazione di punti caldi localizzati all'interno del modulo, con conseguente riduzione della potenza e dell'efficienza.

Implicazioni per le prestazioni delle celle solari

C'è il rischio che le prestazioni e la durata delle celle solari siano notevolmente ostacolate dall'invecchiamento e dall'acidità degli incapsulanti EVA. Gli effetti principali sono i seguenti:

L'EVA può scolorirsi e perdere la sua trasparenza con il deterioramento, con conseguente riduzione della sua chiarezza ottica. A causa di questa diminuzione della trasparenza ottica, la quantità di luce solare che raggiunge le celle solari si riduce, con conseguente diminuzione della potenza erogata dalle celle solari.

Aumento della resistenza in serie: La corrosione dei contatti metallici e delle interconnessioni che si verifica a causa di sostanze acide può portare a un aumento della resistenza in serie del modulo solare, che a sua volta comporta un aumento delle perdite di potenza e una diminuzione dell'efficienza.

Degradazione potenziale indotta (PID): I composti di degradazione dell'EVA possono potenzialmente aumentare il PID, che è un processo in cui i potenziali di tensione elevati tra le celle solari e il telaio a terra creano correnti di dispersione, che a loro volta riducono le prestazioni del modulo.

Guasto meccanico: La fragilità e la perdita di integrità meccanica che si verificano nelle vecchie EVA possono provocare danni fisici e guasti alle celle solari, che a loro volta compromettono la stabilità strutturale dell'intero modulo.

Infiltrazione di umidità: La delaminazione, che si verifica quando le caratteristiche adesive di un modulo si riducono, permette all'umidità di permeare nel modulo, causando a sua volta una maggiore corrosione e degradazione delle celle solari e delle interconnessioni.

Affrontare i problemi di invecchiamento e acidificazione dell'EVA

Per quanto riguarda gli incapsulanti EVA, i problemi legati all'invecchiamento e all'acidificazione hanno portato allo sviluppo di numerose soluzioni e sviluppi, tra cui i seguenti:

Stabilizzatori UV e antiossidanti: L'uso di stabilizzatori UV e antiossidanti nella formulazione dell'EVA ha il potenziale di rallentare notevolmente il processo di degradazione. Ciò avviene neutralizzando i radicali liberi e proteggendo le catene polimeriche dalla rottura.

Agenti di reticolazione: Il processo di reticolazione porta alla formazione di una rete polimerica più robusta, che a sua volta aumenta la stabilità termica e meccanica dell'EVA. La suscettibilità del materiale alla degradazione termica diminuisce grazie a questo aumento e la sua resistenza alle sollecitazioni ambientali viene contemporaneamente migliorata.

Pellicole barriera: L'uso di pellicole barriera sopra l'incapsulante EVA può offrire un'ulteriore protezione contro l'ingresso di ossigeno e umidità, aumentando così in modo significativo la durata di vita del modulo solare.

Additivi antiacidi: Questi additivi neutralizzano le sostanze chimiche acide generate durante il processo di degradazione. Di conseguenza, prevengono gli effetti corrosivi dell'acido acetico sui contatti metallici e sulle interconnessioni.

L'uso di film multistrato coestrusi o di altri materiali incapsulanti, come gli elastomeri poliolefinici (POE), può garantire una maggiore resistenza alla degradazione termica e ai raggi ultravioletti (UV), mantenendo al contempo eccellenti qualità adesive. Si tratta di una delle tecniche avanzate di incapsulamento.

Prospettive sul futuro e nuovi sviluppi

Nel campo degli incapsulanti fotovoltaici, la ricerca e lo sviluppo sono attualmente condotti con l'intento di migliorare ulteriormente la qualità delle prestazioni e la durata dei moduli solari. I nano-additivi, che offrono una maggiore stabilità termica e ai raggi UV, e i materiali incapsulanti autorigeneranti, che sono in grado di correggere da soli piccoli difetti, sono esempi di innovazioni molto promettenti per il futuro dell'energia solare.

Riassumere

COACE si dedica alla ricerca, allo sviluppo, alla produzione e all'assistenza di additivi per film di imballaggio fotovoltaicocon un team di ricerca e sviluppo guidato da numerosi ingegneri senior e dottori di ricerca. La maggior parte dei consumatori utilizza gli additivi per film di imballaggio fotovoltaico COACES grazie alla loro elevata trasparenza, al basso punto di cristallo, all'alto tasso di innesto, alla buona fluidità e all'alta resistività.

L'invecchiamento e l'acidità del film fotovoltaico EVA riducono notevolmente le prestazioni e la durata delle celle solari, ponendo sfide significative. L'industria solare può ridurre queste conseguenze e migliorare l'affidabilità e l'efficienza dei moduli solari comprendendo meglio i meccanismi che causano questi processi di degrado e impiegando materiali e tecniche migliori. Per soddisfare la crescente necessità di soluzioni sostenibili e durature per l'energia solare, sarà fondamentale una costante innovazione nella tecnologia degli incapsulanti. A tal fine, COACE continuerà a lavorare duramente per creare prodotti migliori che vadano a beneficio sia dei film fotovoltaici che dell'intero settore!