Исследователи из Национального института стандартов и технологий США (NIST) обнаружили, что взаимодействие некоторых пластиков, присутствующих в солнечных панелях, с факторами окружающей среды и архитектурой самих панелей может ускорить их разрушение. Это открытие может помочь разработать улучшенные испытания на долговечность и более долговечные солнечные панели.

Солнечные батареи обычно длятся долго, но они не вечны. Ультрафиолетовые лучи, порывы ветра, проливные дожди и другие неблагоприятные явления изнашивают их на протяжении всей их жизни.  Тем не менее, производители гарантируют, что они выдержат неблагоприятные атмосферные условия в течение по крайней мере 25 лет (обычно дольше), прежде чем начнутся значительные падения выработки электроэнергии.

Однако есть панели, которые выходят из строя гораздо раньше, чем ожидалось.  в некоторых моделях в течение некоторого времени обнаруживается повышенное растрескивание пластиковой пленки, которая электрически изолирует и физически защищает заднюю часть солнечных панелей.

Преждевременное растрескивание обычно объясняется широким использованием некоторых пластмасс, таких как полиамид, но причина их быстрой деградации неясна. Теперь, внимательно изучив треснувшие задние листы на основе полиамида, исследователи NIST обнаружили, как взаимодействие между этими пластмассами, факторами окружающей среды и архитектурой самих панелей может ускорить процесс деградации.

Часто трещины начинают появляться вблизи определенных точек, таких как сетчатое пространство между солнечными элементами, производящими электричество, и могут в конечном итоге распространиться на всю фольгу. Эти дефекты уступают место проникновению кислорода и влаги и повреждают внутреннюю часть структуры, где расположены ячейки, и позволяют электрическому току выходить, увеличивая риск поражения электрическим током.

Исследователи объясняют, что если оставить их достаточно долго, любой лист пластика начнет разрушаться. Некоторые пластмассы портятся гораздо быстрее, чем другие. 

«В период с 2010 по 2012 год было установлено много модулей, содержащих задние листы из полиамида, и эти листы начали быстро растрескиваться всего за четыре года, несмотря на соответствие требуемым стандартам», — отмечает Сяохун Гу, инженер по материалам NIST и соавтор исследования.

Корень проблемы

Чтобы выяснить причину разложения полиамида, Гу и его команда приобрели образцы подложек для солнечных панелей, развернутых в регионах по всему миру, от США до Китая, Таиланда и Италии.  Большинство из этих панелей показали признаки преждевременного растрескивания после использования в течение трех-шести лет.

Исследователи подвергли листы серии химических и механических испытаний, чтобы изучить закономерности и тяжесть деградации на всей ее глубине. Результаты, описанные в журнале Progress in Photovoltaics: Research and Applications, показывают, что области листов, которые подверглись большему растрескиванию, были теми, которые стали более жесткими. И как ни странно, самые хрупкие области были на внутренней стороне листов.

Как может качество изолированного материала ухудшаться быстрее, чем внешний наружный слой?  Гу и его команда предположили, что вызванная солнечным светом деградация верхней части инкапсулятора-пленки, окружающей солнечные элементы, — приводит к образованию вредных химических веществ, которые спускаются к листам, ускоряя их распад.

Исследователи определили уксусную кислоту в качестве основного подозреваемого, поскольку она, как известно, вредна для полиамида и образуется при деградации полимера, обычно используемого в качестве инкапсулятора, называемого этиленвинилацетатом (EVA). Чтобы проверить свою гипотезу, они хранили несколько полос полиамида в флаконах с уксусной кислотой, а затем через пять месяцев проанализировали, как они разлагаются по сравнению с полосками, помещенными в воздух или воду. Химический анализ показал, что продукты разложения полиамида были выше в полосках, подвергшихся воздействию уксусной кислоты, что дало дополнительные доказательства того, что кислота ускоряет порчу материала задней фольги.

Это новое понимание преждевременного выхода из строя солнечных панелей может способствовать разработке улучшенных испытаний долговечности и все более долговечных солнечных панелей.