Когда речь идет о создании фотоэлектрических систем (ФЭС), производительность и долговечность солнечных элементов являются двумя наиболее важными параметрами. Благодаря тому, что этиленвинилацетат (EVA) обладает исключительной прозрачностью, гибкостью и адгезивными свойствами, он широко используется в качестве материала для инкапсуляции солнечных модулей. С другой стороны, проблемы, связанные со старением и окислением, могут существенно повлиять на эффективность и долговечность EVA, что, в свою очередь, может сказаться на комплексных характеристиках солнечных элементов. В данной статье рассматриваются механизмы, ответственные за эти проблемы, влияние, которое они оказывают на производительность солнечных элементов, и различные решения, которые могут быть реализованы для устранения этих проблем.

Осмысление концепции фотоэлектрической пленки EVA

EVA - это сополимер, который обычно используется в солнечных модулях для инкапсуляции и защиты солнечных элементов от внешних воздействий, таких как влага, ультрафиолетовое излучение и механические нагрузки. EVA производится из этилена и винилацетата, входящих в его состав. Помимо сохранения оптической прозрачности, необходимой для эффективного поглощения света, он гарантирует электроизоляцию элементов. Однако, как и любой другой полимер, EVA подвержен разрушению со временем, особенно если он подвергается воздействию экстремальных погодных условий.

Процесс старения Евы

Наиболее распространенными причинами старения капсул EVA являются длительное воздействие ультрафиолетового излучения, тепла и кислорода из окружающей среды. Такое воздействие вызывает ряд химических изменений внутри вещества, в том числе следующие:

В результате фотодеградации химические связи в EVA могут быть разрушены ультрафиолетовым излучением, что приводит к образованию свободных радикалов. Эти радикалы способны вступать в дальнейшие реакции с кислородом, что может привести к образованию различных продуктов деградации, включая уксусную кислоту и летучие органические соединения (ЛОС).

Разрушение полимерных цепей EVA ускоряется под воздействием высоких температур, что приводит к обесцвечиванию и потере механических свойств. Это явление называется экологической деградацией. В результате материал становится хрупким, что, в свою очередь, снижает его способность адекватно защищать солнечные батареи.

В процессе окислительной деградации проникновение кислорода может привести к окислительным реакциям внутри EVA, которые в свою очередь могут привести к образованию молекул перекиси и ускорить процесс деградации.

Процесс окисления EVA

Термин "подкисление" относится к процессу, в ходе которого внутри EVA-инкапсулянта образуются кислые химические вещества, в частности уксусная кислота. Механизмы фотодеградации и тепловой деградации непосредственно ответственны за возникновение этого состояния. Наличие уксусной кислоты в составе капсулы может привести к ряду неблагоприятных последствий для солнечного модуля, включая следующие:

Коррозия межсоединений и металлических контактов：Уксусная кислота способна разъедать металлические контакты и межсоединения, находящиеся внутри солнечного модуля. Это может привести к увеличению электрического сопротивления и возможности электрических сбоев.

Деградация адгезивных свойств: Образование кислотных соединений может привести к ослаблению адгезивных свойств EVA, что может привести к расслоению между капсулой и солнечными элементами или защитным стеклянным слоем. Из-за такого расслоения может проникнуть влага, что еще больше усугубит деградацию.

Влияние на электрические характеристики: Накопление кислотных химикатов может привести к образованию локальных горячих точек внутри модуля, что в конечном итоге может привести к снижению выходной мощности и эффективности.

Последствия для производительности солнечных элементов

Существует большой риск того, что производительность и срок службы солнечных элементов будут значительно снижены из-за старения и кислотности капсул EVA. Ниже перечислены основные последствия:

По мере износа EVA может обесцвечиваться и терять прозрачность, что приводит к снижению его оптической четкости. Из-за такого снижения оптической прозрачности уменьшается количество солнечного света, попадающего на солнечные элементы, что, в свою очередь, приводит к снижению выходной мощности солнечных элементов.

Увеличение последовательного сопротивления: Коррозия металлических контактов и межсоединений, возникающая под воздействием кислотных веществ, может привести к увеличению последовательного сопротивления солнечного модуля, что, в свою очередь, приводит к увеличению потерь мощности и снижению эффективности.

Потенциально-индуцированная деградация (ПИД): Деградационные соединения EVA способны увеличить PID - процесс, в котором высокие потенциалы напряжения между солнечными элементами и заземленной рамой создают токи утечки, что, в свою очередь, снижает производительность модуля.

Механическое разрушение: Хрупкость и потеря механической целостности, которые происходят в старых EVA, могут привести к физическому повреждению и выходу из строя солнечных батарей, что, в свою очередь, нарушает структурную стабильность всего модуля.

Проникновение влаги: Отслоение, возникающее при снижении адгезивных свойств модуля, позволяет влаге проникать внутрь модуля, что, в свою очередь, вызывает усиление коррозии и деградацию солнечных элементов и межсоединений.

Решение проблем старения и окисления EVA

Когда речь идет об инкапсулянтах EVA, проблемы, возникающие в результате старения и окисления, привели к разработке многочисленных решений и разработок, в том числе следующих:

УФ-стабилизаторы и антиоксиданты: Использование УФ-стабилизаторов и антиоксидантов в рецептуре EVA способно значительно замедлить процесс деградации. Это достигается за счет нейтрализации свободных радикалов и защиты полимерных цепей от разрушения.

Агенты сшивания: Процесс сшивания приводит к образованию более прочной полимерной сети, что, в свою очередь, повышает термическую и механическую стабильность EVA. В результате этого снижается восприимчивость материала к термической деградации и одновременно повышается его устойчивость к воздействию окружающей среды.

Барьерные пленки: Использование барьерных пленок поверх EVA-инкапсулянта может обеспечить дополнительную защиту от проникновения кислорода и влаги, что значительно увеличивает срок службы солнечного модуля.

Антикислотные добавки: Эти добавки нейтрализуют кислотные химические вещества, образующиеся в процессе деградации. В результате они предотвращают коррозионное воздействие уксусной кислоты на металлические контакты и межсоединения.

Использование соэкструдированных многослойных пленок или других инкапсулирующих материалов, таких как полиолефиновые эластомеры (POE), может обеспечить повышенную устойчивость к ультрафиолетовому (УФ) и термическому разрушению при сохранении превосходных адгезивных свойств. Это один из передовых методов инкапсуляции.

Перспективы на будущее и новые разработки

В области фотоэлектрических капсул сегодня ведутся исследования и разработки, направленные на дальнейшее повышение качества работы и долговечности солнечных модулей. Нанодобавки, обеспечивающие большую устойчивость к ультрафиолетовому излучению и температуре, и самовосстанавливающиеся капсулирующие материалы, способные самостоятельно устранять крошечные дефекты, - вот примеры инноваций, которые сулят большое будущее солнечной энергетике.

Подведите итоги

Компания COACE занимается исследованиями, разработкой, производством и обслуживанием добавки для фотоэлектрических упаковочных пленокВ компании работает команда R&D, возглавляемая многочисленными старшими инженерами и докторами наук. Большинство потребителей используют добавки COACES для фотоэлектрических упаковочных пленок благодаря их высокой прозрачности, низкой температуре кристаллизации, высокой скорости прививки, хорошей текучести и высокому удельному сопротивлению.

Старение и закисление фотоэлектрической пленки EVA значительно снижают производительность и долговечность солнечных элементов, создавая серьезные проблемы. Солнечная индустрия может уменьшить эти последствия и повысить надежность и эффективность солнечных модулей за счет лучшего понимания механизмов, вызывающих эти процессы деградации, а также применения более совершенных материалов и технологий. Чтобы удовлетворить постоянно растущую потребность в устойчивых и долговечных решениях в области солнечной энергетики, постоянные инновации в технологии инкапсулянтов будут иметь решающее значение. С этой целью COACE будет продолжать упорно работать над созданием лучших продуктов, которые принесут пользу как фотоэлектрическим пленкам, так и всей отрасли в целом!