مادة مانعة للتسرب من السيليكون لإصلاح الألواح الخلفية التالفة لوحدة الطاقة الشمسية

طوّر فريق بحث تشيكي-نمساويًا-هلام بولي سيلوكسان عالي الأداء يمكنه إصلاح الألواح الخلفية لوحدات الطاقة الشمسية المتدهورة بشكل فعال، واستعادة خصائصها العازلة وإطالة العمر التشغيلي لأنظمة الطاقة الكهروضوئية المتقادمة. يعالج هذا الحل المبتكر مشكلة حرجة تواجه مشغلي محطات الطاقة الشمسية، حيث يؤدي تدهور الألواح الخلفية-خاصة في الوحدات المنتجة في عام 2010 تقريبًا - غالبًا إلى مخاوف تتعلق بالسلامة وخسائر كبيرة في إنتاج الطاقة.

استخدم الباحثون هلام بوليسيلوكسان متخصص، تم تطويره بالتعاون مع شركة Siltech Solutions المصنعة للسيليكون ومقرها التشيك، والذي يُستخدم عادةً كمواد تغليف مساعدة للوحدات الكهروضوئية. على عكس مواد الإصلاح الصلبة التقليدية، قام الفريق بتعديل الجل لتعزيز قابلية التدفق، مما يسمح له بملء الشقوق الضيقة وتشكيل طبقة واقية سلسة فوق الألواح الخلفية التالفة. يتكون الجل من مصفوفة بوليمر قائمة على السيليكون-، معززة بالسيليكا المدخنة كمادة حشو لتعزيز المتانة، وعامل معالجة للرطوبة-يمكّنه من التصلب عند التعرض للهواء المحيط والرطوبة.

وأوضح الباحثون أن "عملية المعالجة{0} التي بدأتها الرطوبة تبدأ من السطح إلى الخارج، مع تصلب الهلام تدريجيًا مع انتشار الرطوبة داخل المادة". "بمجرد معالجته بالكامل، يشكل الجل مادة مطاطية مرنة تتمتع بقوة شد وخصائص استطالة ممتازة، مما يضمن التصاق قوي بجميع مواد الصفائح الخلفية الشائعة-حتى تلك التي تحتوي على-تدهور موجود مسبقًا أو عدم انتظام سطحي." يعد هذا الالتصاق أمرًا بالغ الأهمية لمنع دخول الرطوبة، وهو السبب الرئيسي لمزيد من تلف الألواح الخلفية وفشل العزل.

 

اختبار على المواد backsheet

تم اختبار هلام البولي سيلوكسان لأول مرة على خمسة أنواع شائعة من مواد الصفائح الخلفية، مما يعكس مجموعة متنوعة من المكونات المستخدمة في الوحدات الكهروضوئية على مدار العقد الماضي: -البولي أميد المبثوق المشترك (الصفائح الخلفية AAA)؛ فلوريد البولي فينيل (PVF)-طبقة ثنائية PET؛ فلوريد البولي فينيلدين (PVDF)-طبقة ثنائية PET؛ مادة أولية -مغلفة بالـ PET؛ ومركب أحدث قائم على إيثيلين رباعي فلورو إيثيلين (ETFE)-. تم اختيار هذه المواد نظرًا لاستخدامها على نطاق واسع وقابليتها للتدهور مع مرور الوقت.

تم قطع عينات مستطيلة (عرض 3 سم وطول 12 سم) من كل نوع من أنواع الصفائح الخلفية، وتم وضع الجل على الجانب المكشوف للهواء - من كل شريط. "تم وضع شريط خلفي ثانٍ، بحيث يكون الجانب الهوائي لأسفل، أعلى العينة المطلية بالهلام -} وتم الضغط عليه بلطف للحصول على سماكة هلامية موحدة تبلغ حوالي 1.2 ملم،" كما أوضح الفريق. "تمت إزالة الهلام الزائد من الحواف، وتمت معالجة العينات عند درجة حرارة 25 درجة مئوية ورطوبة نسبية 55% لمدة 30 يومًا. وبعد المعالجة، تم إخضاع العينات لشيخوخة متسارعة في غرفة مناخية عند درجة حرارة 85 درجة مئوية ورطوبة نسبية 85% لمدة 1000 ساعة-وهو اختبار قياسي لمتانة المكونات الكهروضوئية."

كشف تحليل ما بعد الاختبار- أن الجل أظهر التصاقًا استثنائيًا بجميع أنواع الألواح الخلفية الخمسة، مع ملاحظة فشل التماسك بنسبة 100% في كل عينة. يشير هذا إلى أن الرابطة بين الجل والطبقة الخلفية كانت أقوى من الجل نفسه، مما يؤكد الموثوقية على المدى الطويل -ومقاومة التصفيح.

 

تم الاختبار على لوحات متدهورة عمرها -سنوات-ثمانية أعوام

بعد ذلك، تم اختبار الجل على وحدات كهروضوئية قديمة ذات صفائح خلفية AAA كانت قيد التشغيل لمدة ثماني سنوات وأظهرت علامات شديدة للتدهور، بما في ذلك الشقوق الطولية العميقة فوق قضبان التوصيل الخلوية وهشاشة السطح. تم توزيع الجل مباشرة في الشقوق باستخدام خرطوشة دقيقة، ثم تم توزيعه بالتساوي على سطح الطبقة الخلفية بالكامل باستخدام ملعقة عريضة لتشكيل طبقة واقية. تم بعد ذلك وضع الوحدات التي تم إصلاحها في نفس غرفة المناخ لمدة 1000 ساعة من المعالجة الحرارية الرطبة.

أظهرت القياسات التي تم إجراؤها بعد التعتيق أن الشقوق كانت مغلقة تمامًا ولم تعد مرئية، وحققت الوحدات التي تم إصلاحها قيم مقاومة عزل أعلى من 200 ميجا أوم- وهو ما يتجاوز متطلبات السلامة لتشغيل الوحدة الكهروضوئية. وأشار الباحثون إلى أنه "حتى بعد اختبار الحرارة الرطبة المتسارع، حافظت الوحدات على أداء عزل عالي واجتازت اختبار التسرب الرطب دون أي علامات لدخول الرطوبة". وهذا يؤكد قدرة الجل على استعادة مقاييس السلامة والأداء الهامة في وحدات الشيخوخة.

 

اختبار تشغيل محطة الطاقة الشمسية

وللتحقق من صحة الأداء-الواقعي، نفذ فريق البحث تقنية الإصلاح في محطة للطاقة الشمسية بقدرة 10 ميجاوات في جمهورية التشيك، حيث تعرضت العديد من الوحدات لتدهور في الألواح الخلفية. وشدد الفريق على أنه "تم تطبيق هلام البوليسيلوكسان في الحقل دون تفكيك الوحدات-التي تم توزيعها من خرطوشة محمولة وتم تنعيمها على سطح الطبقة الخلفية باستخدام ملعقة". "تُركت الوحدات التي تم إصلاحها لتعمل في ظل ظروف العالم-الحقيقية لمدة ثلاثة أشهر، حيث تعرضت لدرجات حرارة ورطوبة وأشعة فوق البنفسجية متفاوتة."

وأكدت اختبارات التسرب الرطب التي أجريت بعد التجربة الميدانية أن الوحدات التي تم إصلاحها احتفظت بمقاومة عزل عالية وعملت بشكل طبيعي، مع عدم وجود انخفاض في إنتاج الطاقة مقارنة بالوحدات غير التالفة. "توضح النتائج الميدانية المبكرة أن الجل يعمل على استقرار أداء الوحدة بشكل فعال، على الرغم من أن هناك حاجة إلى اختبار طويل الأمد-على مدار عدة سنوات لتقييم متانته بشكل كامل"، حسبما ذكر الباحثون. "السؤال الرئيسي المتبقي هو ما إذا كانت الطبقة الخلفية التي تم إصلاحها يمكن أن تتطابق مع أداء حاجز الرطوبة الأصلي-على المدى الطويل، خاصة في المناطق ذات الظروف الجوية القاسية."

تم نشر البحث في المقالة بعنوان "الإصلاح الميداني القابل للتطبيق باستخدام هلام البولي سيلوكسان للألواح الخلفية للوحدات الكهروضوئية المتدهورة" في مجلة أبحاث الخلايا الكهروضوئية. ضمت مجموعة البحث علماء من Siltech Solutions Czech Republic، ومعهد الأبحاث النمساوي للكيمياء والتكنولوجيا (OFI)، والجامعة التقنية التشيكية في براغ-بناءً على الجهود التعاونية لتطوير-حلول صيانة الطاقة الكهروضوئية المستدامة والفعالة من حيث التكلفة.