Aunque la humedad y el agua se desgastan en toda la superficie exterior de las láminas traseras, se agrietan más rápidamente en el área entre las células solares por donde atraviesa la luz del sol. Los investigadores del NIST proponen que la degradación es peor allí porque el ácido acético, que se forma cuando la luz del sol golpea las capas superiores elásticas, puede pasar entre las células solares hacia las láminas traseras, haciendo que se descompongan de adentro hacia afuera. Crédito:N. Hanacek / NIST
A diferencia de los diamantes, Los paneles solares no son para siempre. Rayos ultravioleta, ráfagas de viento y fuertes lluvias los desgastan a lo largo de su vida.
Los fabricantes generalmente garantizan que los paneles resistirán los elementos durante al menos 25 años antes de experimentar caídas significativas en la generación de energía. pero informes recientes destacan una tendencia de paneles que fallan décadas antes de lo esperado. Para algunos modelos, ha habido un aumento en el número de láminas traseras agrietadas, capas de plástico que aíslan eléctricamente y protegen físicamente la parte trasera de los paneles solares.
El agrietamiento prematuro se ha atribuido en gran parte al uso generalizado de ciertos plásticos, como poliamida, pero la razón de su rápida degradación no ha sido clara. Al examinar de cerca las láminas posteriores de poliamida agrietadas, Los investigadores del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) y sus colegas han descubierto cómo las interacciones entre estos plásticos, Los factores ambientales y la arquitectura de los paneles solares pueden estar acelerando el proceso de degradación. Estos hallazgos podrían ayudar a los investigadores en el desarrollo de pruebas de durabilidad mejoradas y paneles solares de mayor duración.
Las grietas en las láminas traseras a menudo aparecen primero cerca de ciertas características, como el espacio en forma de cuadrícula entre las células solares que producen electricidad de color azul o negro, y eventualmente pueden propagarse a través de todo el grosor de una lámina. Estos defectos dan paso a que el oxígeno y la humedad se infiltre y dañen el interior donde se encuentran las células y también permiten que escape la corriente eléctrica. crecientes riesgos de electrocución.
Si se deja afuera por el tiempo suficiente, cualquier lámina posterior de plástico comenzará a desmoronarse, pero no todas las hojas posteriores son iguales. Algunos plásticos se deterioran mucho más rápidamente que otros.
"En el período de 2010 a 2012, Se implementaron muchos módulos que contenían láminas posteriores basadas en poliamida, que presentó una falla dramática por agrietamiento en tan solo cuatro años a pesar de cumplir con los requisitos estándar, "dijo Xiaohong Gu, Ingeniero de materiales del NIST y coautor del estudio.
Las grietas se forman a menudo en las láminas posteriores de los paneles solares en línea recta, a lo largo de los espacios entre las células solares. Crédito:NIST
Para llegar a la raíz del problema de degradación de la poliamida, Gu y su equipo adquirieron muestras de láminas traseras de paneles solares desplegados en regiones de todo el mundo. incluidos los sitios en los EE. UU., Porcelana, Tailandia e Italia. La mayoría de los paneles que estuvieron en uso de tres a seis años, mostró claros signos de agrietamiento prematuro.
Con las hojas traseras desgastadas en la mano, los investigadores llevaron a cabo una gama de pruebas químicas y mecánicas para examinar los patrones y la gravedad de la degradación a lo largo de la profundidad de las láminas. Los resultados, descrito en la revista Avances en Fotovoltaica: Investigación y Aplicaciones, mostró que las áreas de las láminas que habían sufrido el peor agrietamiento eran las que se habían vuelto más rígidas. Y curiosamente las áreas más frágiles estaban en el lado interior de las sábanas, Dijo Gu.
¿Cómo podría la calidad del interior amurallado disminuir más rápidamente que la capa exterior expuesta? Gu y su equipo especularon que la degradación inducida por la luz solar del lado superior del encapsulante, una película que rodea las células solares, producía sustancias químicas dañinas que descendían hacia las láminas posteriores. acelerando su decadencia. Si es verdad, el mecanismo propuesto explicaría por qué se forman grietas entre las células solares, ya que los productos químicos podrían encontrar un paso hacia la parte posterior a través de estas regiones.
Los investigadores identificaron al ácido acético como el principal sospechoso, ya que se sabe que es perjudicial para la poliamida y se produce durante la degradación de un polímero comúnmente utilizado como encapsulante, llamado etileno acetato de vinilo (EVA). Para probar su hipótesis, los investigadores guardaron varias tiras de poliamida en viales de ácido acético y luego, después de cinco meses, analizaron cómo se descomponían en comparación con las tiras colocadas en el aire o en el agua.
Bajo el microscopio grietas que reflejan las de las láminas traseras desgastadas aparecieron en la superficie de las tiras de plástico expuestas al ácido acético, que parecía mucho peor que en los que habían estado en el aire o en el agua. El análisis químico mostró que los productos de degradación de la poliamida eran más altos en las tiras expuestas al ácido acético, proporcionando más evidencia de que el ácido acelera el deterioro del material de la hoja posterior.
El estudio destaca la interacción entre los componentes del panel solar (el encapsulante de EVA y la lámina posterior de poliamida en este caso) como un factor potencialmente crítico a considerar al diseñar paneles solares que están construidos para durar.
Estos nuevos conocimientos sobre fallas prematuras también podrían ser valiosos para los investigadores del NIST y otros que buscan replicar el proceso de degradación en el laboratorio como una forma de probar y predecir la longevidad de los componentes del panel solar.
