Nový model pro předpovídání pronikání vlhkosti do fotovoltaických modulů

Výzkumný tým vedený TU Delft v Nizozemsku simuloval pronikání vlhkosti do fotovoltaických modulů, aby lépe porozuměl degradaci způsobené vlhkostí. Analyzoval vliv volby materiálu pro zapouzdření a zadní vrstvu a klimatických podmínek.

Pro analýzu pronikání vlhkosti do fotovoltaického modulu tým simuloval zařízení po dobu 20 let vyrobená ze tří různých zapouzdřovacích materiálů a čtyř různých zadních fólií, jakož i moduly umístěné v osmi městech ve čtyřech klimatických zónách.  

K výpočtu normalizovaného výkonu během životnosti modulu byl použit model Peck, který je akceleračním modelem pro hodnocení teploty a vlhkosti při poruchách IC způsobených vlhkostí v epoxidových přetvarovaných součástech.

Jako zapouzdřovací materiály tým vybral ethylenvinylacetát (EVA), termoplastický polyolefin (TPO) a polydimethylsiloxan (PDMS). Jako zadní vrstvy byly vybrány polyethylentereftalát (PET), tedlar-PET-tedlar (TPT), tedlar-PET-SiOx (TPSiOx) a polyamid (PA). Jejich vlastnosti byly získány z publikovaných zdrojů.

Referenční fotovoltaický modul používal jako zapouzdřovací materiál EVA a jako zadní vrstvu PET.

Osm měst bylo rozděleno do čtyř klimatických zón: tropická zóna reprezentovaná Manausem v Brazílii a Jakartou v Indonésii; mírná zóna reprezentovaná Los Angeles v USA a Freiburgem v Německu; suchá zóna reprezentovaná Dubají ve Spojených arabských emirátech a Almerií ve Španělsku; a kontinentální zóna reprezentovaná Portlandem v USA a Oslem v Norsku.

Vědci ověřili model pomocí experimentů v interiéru a simulací v exteriéru z literatury.

„V našem výzkumu jsme zjistili, že klima, ve kterém je fotovoltaický modul instalován, má mnohem větší vliv na pronikání vlhkosti než volba materiálů pro zapouzdření zadní vrstvy,“ řekl Blom. „To naznačuje, že může být výhodné mít různé konstrukce fotovoltaických modulů určené pro konkrétní podnebí, spíše než jeden globální návrh řešení.“

Vědci následně vyvinuli „jednoduchou analytickou rovnici, kterou lze použít k předpovědi pronikání vlhkosti“ bez nutnosti časově náročných a výpočetně náročných simulací. „Tato rovnice obsahuje pouze čtyři neznámé parametry, které lze získat z klimatických podmínek místa instalace,“ vysvětlil Blom.

Výpočetně méně náročný analytický model používal empirické parametry odvozené ze simulací FEM a dosáhl odchylky přesnosti menší než 0,05. Vědci dospěli k závěru, že dokáže účinně předpovídat vnikání vlhkosti na nových místech, aniž by bylo nutné používat výpočetně náročné simulace FEM.

Blom a dodal, že jeho tým plánuje provést další simulace, aby analyzoval simulace životnosti, další degradační mechanismy a jejich vliv na fotovoltaické moduly.