Evropský výzkumný tým zkoumal strategie vzájemného propojení a zapouzdření s cílem zlepšit vlhké teplo a mechanickou odolnost fotovoltaických modulů integrovaných do vozidla (VIPV). A shledal, že plasty vyztužené uhlíkovými vlákny jsou slibné.
Aby se prodloužila dojezdová vzdálenost elektrických vozidel, výzkumné skupiny hledají integraci solárních článků na střechu vozidla, kapotu, kufr a boční panely karoserie. Ale takovéto fotovoltaické aplikace integrované do vozidla (VIPV) budou potřebovat nové lehčí moduly založené na hlubokém pochopení mechanismů potenciálních poruch a návrhů odolných modulů.
Evropský výzkumný tým oznámil určitý pokrok směrem k tomuto cíli poté, co prozkoumal strategie propojení a zapouzdření. A to s cílem zlepšit spolehlivost modulu VIPV proti vlhkému teplu a mechanickým vlivům.
„Při vývoji lehkých odlehčujících fotovoltaických modulů s vysokou spolehlivostí bylo zjištěno, že mechanické vlastnosti použitých kusovníků jsou rozhodující. Prozkoumali jsme různé kompozity a zjistili jsme, že plasty vyztužené uhlíkovými vlákny jsou slibné,“ řekl odpovídající autor výzkumu Bin Luo. ,,Nejnáročnějším aspektem bylo pochopit různé mechanismy degradace/selhání při použití různých materiálů.“
Tým vyrobil lehké mini moduly o hmotnosti přibližně 3,45 kg/m2. Vybrané zadní vrstvy se vyztužily buď polypropylenem se skleněnými vlákny nebo polypropylenem s uhlíkovými vlákny. Zadní zapouzdřovací látka se vyrobila z polyolefinového elastomeru (POE) vyztuženého náhodně orientovanými krátkými skleněnými vlákny v hmotnostním poměru 8,2 %. Strukturu zařízení doplnily vícedrátově propojené řetězce heteropřechodných článků, kontaktní fólie z termoplastického polyolefinu (TPO), přední zapouzdření z polyolefinového elastomeru (POE) a přední vrstva z polyethylentereftalátu.
Pokrok směrem k vývoji lehkých až odlehčujících fotovoltaických modulů
Tým poté provedl testy vlhkého tepla a mechanického nárazu. Ty odhalily poruchy, jako jsou praskliny v solárním článku, delaminace modulu a mikrotrhliny v zadních vrstvách. Ty se poté analyzovaly, aby se dospělo k novému kusovníku. Ten zahrnoval vyztužení vlákny v zadní vrstvě a silnější přední zapouzdřovací film.
Použití zadní vrstvy s vyšší tuhostí v ohybu může snížit celkové ohýbání. Což snižuje smyková napětí, a proto by mohlo zabránit praskání buněk, vysvětlil tým. Pokud jde o odolnost vůči vlhkému teplu, která závisí na propustnosti vodní páry materiálů v sestavě modulů, tým ji řešil zepředu a zezadu.
Výsledkem byl návrh, který zahrnoval zadní vrstvy z polyamidu z uhlíkových vláken a nové vrstvy propustné pro nízkou vlhkost v modulu. Návrhová rozhodnutí zvýšila hmotnost na 5,21 kg/m2 a zvýšila náklady, ale tato strategie umožnila zvýšenou odolnost vůči dříve pozorovaným poruchám.
Testování zakřivených lehkých fotovoltaických modulů
V diskusi o použití netradičních materiálů k zajištění ochrany modulu a spolehlivosti tým zaznamenal kompromisy mezi hmotností a cenou. „Aby se to dostalo ke komercializaci, je zapotřebí dalšího testování a optimalizace nákladů,“ řekl Luo.
Studie se popisuje v „Strategie zapouzdření pro zlepšení spolehlivosti mechanických dopadů a vlhkého tepla u lehkých fotovoltaických modulů směrem k aplikacím integrovaným do vozidel“. Ta se publikovala v Solar energy materials and solar cells. Výzkumníci přišli z belgických KU Leuven, IMEC, Hasselt University a EnergyVille. Plus švýcarské Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) a Rakouského výzkumného ústavu pro chemii a technologii.
Při pohledu na budoucí témata výzkumu tým vidí potřebu kombinovaných testů spolehlivosti. Včetně testů nárazu krupobití, tepelného cyklování a vlhkého tepla, ve spojení se statistickou analýzou. Vyžaduje se také další testování zakřivených lehkých fotovoltaických modulů ve větší velikosti.
Luo rozšířil výhled budoucího výzkumu, když řekl: „Chceme dále stavět na našem porozumění mechanismům selhání v různých lehkých fotovoltaických konstrukcích. A taky na vazbě na materiálové vlastnosti za různých podmínek namáhání. Ty jsou relevantní pro fotovoltaiku obecně, ale konkrétně také pro různé integrované fotovoltaické aplikace.”
Zdroj: pv-magazine, Vapol
