Vedador de silicone fluido para reparar backsheets danificados do módulo solar

Uma equipe de pesquisa tcheca-austríaca desenvolveu um gel de polissiloxano de alto-desempenho que pode reparar eficazmente as placas traseiras degradadas dos módulos solares, restaurando suas propriedades de isolamento e estendendo a vida útil operacional de sistemas fotovoltaicos (PV) antigos. Esta solução inovadora aborda um problema crítico enfrentado pelos operadores de usinas solares, já que a degradação da folha traseira,-particularmente em módulos produzidos por volta de 2010, geralmente leva a preocupações de segurança e perdas significativas na produção de energia.

Os pesquisadores utilizaram um gel de polissiloxano especializado, desenvolvido em colaboração com o fabricante tcheco de silicone Siltech Solutions, que normalmente é usado como auxiliar de encapsulamento para módulos fotovoltaicos. Ao contrário dos materiais de reparo rígidos tradicionais, a equipe modificou o gel para ter maior fluidez, permitindo preencher até mesmo fissuras estreitas e formar uma camada protetora contínua sobre as folhas traseiras danificadas. O gel é composto de uma matriz polimérica-à base de silicone, reforçada com sílica pirogênica como enchimento para aumentar a durabilidade, e um agente de cura-de umidade que permite endurecer após exposição ao ar ambiente e à umidade.

"O processo de cura iniciado-pela umidade prossegue da superfície para fora, com o gel endurecendo gradualmente à medida que a umidade se difunde no material", explicaram os pesquisadores. "Depois de totalmente curado, o gel forma um elastômero flexível com excelente resistência à tração e propriedades de alongamento, garantindo forte adesão a todos os materiais comuns de camada inferior-mesmo aqueles com-degradação pré-existente ou irregularidades de superfície." Esta adesão é crítica para evitar a entrada de umidade, que é a principal causa de mais danos à folha traseira e falhas de isolamento.

 

Teste em materiais de backsheet

O gel de polissiloxano foi testado pela primeira vez em cinco tipos comuns de materiais de folha traseira, refletindo a variedade de componentes usados ​​em módulos fotovoltaicos na última década: poliamida co-extrudada (folha traseira AAA); fluoreto de polivinila (PVF)-bicamada de PET; fluoreto de polivinilideno (PVDF)- bicamada de PET; PET-revestido com primer; e um compósito mais recente à base de etileno tetrafluoroetileno (ETFE)-. Esses materiais foram selecionados devido ao seu uso generalizado e conhecida vulnerabilidade à degradação ao longo do tempo.

Amostras retangulares (3 cm de largura, 12 cm de comprimento) foram cortadas de cada tipo de folha inferior e o gel foi aplicado no lado-exposto ao ar de cada tira. "Uma segunda tira da camada inferior, com o lado do ar voltado para baixo, foi colocada em cima da amostra-revestida com gel e pressionada suavemente para obter uma espessura de gel uniforme de aproximadamente 1,2 mm", detalhou a equipe. "O excesso de gel foi removido das bordas e as amostras foram curadas a 25 graus Celsius e 55% de umidade relativa por 30 dias. Após a cura, as amostras foram submetidas ao envelhecimento acelerado em uma câmara climática a 85 graus Celsius e 85% de umidade relativa por 1.000 horas-um teste padrão para durabilidade de componentes fotovoltaicos."

A análise pós{0}}teste revelou que o gel exibiu adesão excepcional a todos os cinco tipos de camada inferior, com falha coesiva de 100% observada em todas as amostras. Isso indica que a ligação entre o gel e a camada inferior era mais forte do que o próprio gel, confirmando a confiabilidade-de longo prazo e a resistência à delaminação.

 

Teste em painéis degradados-com{1}}anos de idade

Em seguida, o gel foi testado em módulos fotovoltaicos antigos com placas traseiras AAA que estavam em operação há oito anos e apresentavam sinais graves de degradação, incluindo fissuras longitudinais profundas acima dos barramentos da célula e fragilidade superficial. O gel foi aplicado diretamente nas fissuras usando um cartucho de precisão e depois espalhado uniformemente sobre toda a superfície da folha traseira com uma espátula larga para formar uma camada protetora. Os módulos reparados foram então colocados na mesma câmara climática durante 1.000 horas de tratamento térmico úmido.

Medições feitas após o envelhecimento mostraram que as fissuras estavam totalmente seladas e não eram mais visíveis, e os módulos reparados alcançaram valores de resistência de isolamento acima de 200 MΩ-superando bem o requisito de segurança para operação de módulos fotovoltaicos. “Mesmo após o teste acelerado de calor úmido, os módulos mantiveram alto desempenho de isolamento e passaram no teste de vazamento úmido sem sinais de entrada de umidade”, observaram os pesquisadores. Isto confirma a capacidade do gel de restaurar métricas críticas de segurança e desempenho em módulos envelhecidos.

 

Teste em usina solar operacional

Para validar o desempenho{0}}no mundo real, a equipe de pesquisa implementou a técnica de reparo em uma usina solar de 10 MW na República Tcheca, onde vários módulos sofreram degradação da camada traseira. “O gel de polissiloxano foi aplicado em campo sem desmontar os módulos-dispensados ​​de um cartucho portátil e alisados ​​sobre a superfície da folha traseira com uma espátula”, enfatizou a equipe. "Os módulos reparados foram deixados operando em condições-do mundo real durante três meses, expostos a temperaturas, umidade e radiação UV variadas."

Testes de vazamento úmido realizados após o teste de campo confirmaram que os módulos reparados mantiveram alta resistência de isolamento e operaram normalmente, sem queda na produção de energia em comparação com módulos não danificados. "Os primeiros resultados de campo demonstram que o gel estabiliza efetivamente o desempenho do módulo, embora sejam necessários testes de longo-prazo durante vários anos para avaliar completamente sua durabilidade", afirmaram os pesquisadores. "Uma questão importante que resta é se a folha traseira reparada pode corresponder ao desempenho de barreira contra umidade-de longo prazo do original, especialmente em regiões com condições climáticas extremas."

A pesquisa foi publicada no artigo "Field-applicable polysiloxane gel repair for degraded photovoltaic module backsheets" no Journal of Photovoltaics Research. O grupo de pesquisa incluiu cientistas da Siltech Solutions República Tcheca, do Instituto Austríaco de Pesquisa em Química e Tecnologia (OFI) e da Universidade Técnica Tcheca em Praga-com base em esforços colaborativos para desenvolver soluções-de manutenção fotovoltaica sustentáveis ​​e econômicas.