PV_2_22
Welcome to interactive presentation, created with Publuu. Enjoy the reading!
nauka
31
magazyn fotowoltaika 2/2022
partii modułów (około 10 GW) z powodu nowego materiału
warstwy spodniej, który był szeroko stosowany w latach 2010–
2015. Ten materiał zaczął pękać po kilku latach pracy w tere-
nie, pomimo posiadania testów kwalifikacyjnych oraz spełnienia
wszystkich standardów branżowych.
Warstwa spodnia to dolna warstwa modułu słonecznego,
która zabezpiecza tył modułu i jest często wykonana z mate-
riałów polimerowych. Warstwa ta zapewnia zasadniczą izolację
elektryczną i integralność mechaniczną modułu. Ta awaria mate-
riału zmusiła deweloperów PV do zastąpienia modułów z wadli-
wym arkuszem tylnym nowymi urządzeniami. Branża fotowol-
taiczna, na szczęście, dysponuje także kilkoma sprawdzonymi
materiałami na warstwy spodnie, które przetrwały bezawaryjnie
przez dziesięciolecia.
Wykorzystanie znanych dobrych i złych podkładek (warstw
tylnych) umożliwiło zespołowi DuraMAT opracowanie proce-
dury walidacji nowych sekwencji testowych. Łącząc te sekwen-
cje z zaawansowanymi technikami analizy materiałów, zespół był
w stanie zrozumieć, dlaczego tylne warstwy nieodpowiedniego
materiału zawodzą zarówno na poziomie chemicznym, jak i mecha-
nicznym. Porównując próbki, których wytrzymałość zawiodła,
pochodzące z połączonych testów warunków skrajnych z wadli-
wymi modułami w terenie, zespół naukowców na wczesnym eta-
pie badawczym potwierdził, że za tego typu awarie w terenie odpo-
wiadają niekompletne testy warunków skrajnych. Obecnie w celu
opracowania nowych warstw tylnych zespół bada róźne rodzaje
materiałów, sprawdzając ich zachowanie w projektowanych modu-
łach. Opracowywane są procedury eliminacyjne. Zespół prowadzi
także badania modułów ze szklanymi arkuszami tylnymi.
– DuraMAT z założenia inkubuje początkujących naukowców
w wyjątkowy sposób – powiedziała Laura Schelhas, która uczest-
niczyła w zespole jako początkujący badacz w SLAC Natio-
nal Accelerator Laboratory. Po zakończeniu projektu rozpo-
częła pracę w NREL jako dyrektor wykonawczy drugiego etapu
prac konsorcjum DuraMAT. – DuraMAT pozwala początkują-
cym naukowcom spróbować swoich sił jako główny badacz w projek-
cie i daje im posmak raportowania, zarządzania projektami, obsady
personelu i budżetowania, co naprawdę stwarza możliwość roz-
woju kariery dla mniej doświadczonych, lecz zdolnych naukowców.
Projekt backsheet był doskonałym przykładem tego, jak to działa –
dodaje. Początkujący badacze zostali zaproszeni na konferencje,
aby zaprezentować rezultaty swoich prac. Dzięki interesującym
wynikom swoich badań niektórzy z nich otrzymali stałe posady
w NREL i innych laboratoriach.
Cel DuraMAT – 50 lat żywotności modułu
Wiele badań DuraMAT koncentruje się na niezawodności
i trwałości technologii komercyjnych. – Przenosimy teraz nacisk na
metody testowania predykcyjnego i modelowania, które umożliwią nam
szybszą i dokładniejszą ocenę niezawodności w nowych technologiach.
Energia słoneczna musi być ciągle ulepszana, a cykle rozwoju produktów
mogą być znacznie szybsze niż cykle testowania niezawodności. Ponie-
waż branża szybko się rozwija, musimy znaleźć sposób na ocenę nieza-
wodności i trwałości w tempie rozwoju produktu – powiedział Barnes,
zapytany, dokąd zmierza DuraMAT.
Jest to ambitny cel dla społeczności DuraMAT, która zamierza
teraz rozpocząć przewidywanie żywotności modułów do nowego,
długiego okresu, oraz jak właściwie można ukształtować łańcuch
dostaw materiałów dla tych urządzeń. Kierując się fizyką awarii
i fizyką mechanizmów degradacji, badacze położą większy nacisk
na modelowanie predykcyjnego czasu życia, co pozwoli na dalsze
badania i możliwą komercjalizację modułów o żywotności 50 lat.
– Próbujemy przejść na tryb badania niezawodności, w którym
bezpośrednio kierujemy się modułami mającymi przetrwać 50 lat –
powiedział Barnes. – Jesteśmy bardzo skoncentrowani na modu-
łach o wysokiej wydajności energetycznej i wytwarzaniu ich w sposób
zrównoważony. Wiemy, że przyspieszenie wdrażania tak szybko, jak
jest to potrzebne do transformacji energetycznej, będzie miało duży
wpływ na materiały i energię. Ale nasze pytanie brzmi, jak możemy to
zrobić w sposób, który jest zrównoważony dla środowiska, i w sposób,
w jaki nasz łańcuch dostaw może nadążyć – dodaje.
W marcu 2022 r. ukazał się najnowszy roczny raport prze-
zentujący analizę techniczno-ekonomiczną wyników prac kon-
sorcjum. We wstępie raportu czytamy:
„Celem DuraMAT jest umożliwienie opracowania 50-letnich
modułów o wysokiej wydajności energetycznej. Jest to trudne
zadanie, ale kluczowe dla transformacji energetycznej. Staje się
tym trudniejsze, im szybsze jest wprowadzanie nowych techno-
logii podnoszących wydajność projektowanych modułów i wpro-
wadzanie ich do masowej produkcji bez należytych procesów
testowych. Poprawa wytrzymałości modułów pracujących w tere-
nie i zdolności przewidywania niezawodności wymaga zastoso-
wania bardziej wytrzymałych komponentów i konstrukcji".
Identyfikacja różnych mechanizmów degradacji, niektó-
rych przebiegających bardzo powoli, innych w szybko zmienia-
jącym się tempie, zachodzących w ciągu 30–50 lat pracy modułu
PV, jest możliwa dzięki zastosowaniu zaawansowanego systemu
testowania. Zaawansowany system testowania umożliwia otrzy-
manie rzetelnych i wiarygodnych danych wynikowych w celu
zestawienia ich z danymi historycznymi. Analiza porównawcza
jest niezbędna dla wykrywania słabości, solidnego modelowa-
nia oraz stanowi podstawę do stosowania właściwych materia-
łów i technologii do budowy modułów. To klucz do uzyskania
bardzo długiej trwałości urządzenia.
Opracowanie: Mirosław Grabania.
Źródło: NREL, DuraMAT
Obraz elektroluminescencyjny pokazuje pękanie, które może wystąpić po ustawieniu się na module słonecz-
nym. Wydaje się, że stopień, w jakim te pęknięcia mogą zmniejszyć moc wyjściową modułu, zależy od wa-
runków i czasu. Zdjęcie: Byron McDanold, NREL
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60