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太阳能板背板衰退

2020-04-07
来源:十轮网
关键词: 太阳能板 寿命 LID 模块

太阳能板并非恒久远,其寿命约25年,而紫外线、风吹雨打、砂石也会影响太阳能板的发电表现,而最近美国科学家发现,“酸”也会降低模块的寿命。而现有的能源有限,需要人们不断发展新能源,而太阳能就是一个不错的选择,人们开始大力发展太阳能能发电。

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只要太阳能板一开始运行,寿命时钟就会开始倒计时,首先太阳能板会先遇到初始光衰(LID)现象,安装几小时后,转换效率大多会下降2%左右,这是因为太阳能电池大多是由P型掺硼晶体硅体制造,当太阳能照射到电池,其中的硼会跟氧原子结合成载子再结合中心,为硼氧对(Boron-oxygen Pair)产生的缺陷,这会减少太阳能电池电荷载子寿命,进而影响电池转换效率。

以单片模块来看可能没什么,但是随着太阳能设备量增加,损失的发电量就会积少成多,最终变成难以忽略的重大损失,若要解决问题,要从改变晶体硅品质、更换掺杂剂或是先在受控环境进行光照衰减。

而最近科学家还发现,除了初始光衰外,太阳能板寿命比预期的还要短几十年,那些负责保护太阳能板的“塑胶背板”其实不如我们想象的牢靠,虽然说东西都有其寿命,但有些背板出现裂痕、破裂的速度实在太快了。

其中太阳能背板得具备保护电池的功用,最常见的背板则是聚醯胺(polyamide,PA;醯音同溪),它得具备耐紫外线、高温高湿冲击、湿冷冻、抗张强度,阻绝水气并抵御撞击,若有裂纹,水气与氧气会渐渐渗入,最后可能会有漏电的危险。

美国国家标准暨技术研究院(NIST)材料工程师Xiaohong Gu表示,团队发现在2010年到2012年间,尽管有些背板已经符合标准,但还是在短短4年内出现严重裂纹。

该团队为了解决这烦人的问题,收集来自美国、中国、泰国与意大利等地的太阳能背板,而这些背板都在3到6年间出现裂痕,而经过一系列化学与机械测试后,还发现越硬的地方越容易裂开,最容易碎裂的地方反而在背板内侧。

对此,团队推测,可能是封装材料中的聚合物EVA出了问题,EVA其中的乙酸(acetic acid,也就是醋酸)是主嫌,封装材料在太阳的曝晒下,会开始降解并产生破坏性的化学物质,进而影响底下的背板,加快背板衰退速度。

为揪出犯人,科学家把几根条状的聚醯胺泡在醋酸5个月,然后再跟泡在一般水的对照组比较,最后他们发现显微镜下,比起没有泡水、泡在水中的聚醯胺,泡在乙酸的塑胶出现了许多样裂缝;进一步分析溶液中的聚酰胺降解产物,也是乙酸溶液的浓度较高,显然酸会加速聚酰胺的衰退速度。

该团队认为,这项研究或许可有助于推出全新的耐用性测试项目,这样一来背板的耐用性检测能更加全面,同时也有助于厂商推出寿命更长的太阳能板。目前研究已发布在《Photovoltaics: Research and Applications》。目前太阳能还未能更好被人类利用,需要科研人员不断努力,研究出更高效地产品,这样才能保证我们人类的能源够人类发展所需。


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