ما هو فيلم الطبقة البينية PVB من الدرجة الكهروضوئية ولماذا يهم؟

ما هو فيلم الطبقة البينية بفب من الفئة الكهروضوئية وكيف يختلف عن PVB المعماري؟

تم استخدام طبقة البولي فينيل بوتيرال (PVB) البينية في زجاج الأمان الرقائقي لعقود من الزمن، والأكثر شهرة في الزجاج الأمامي للسيارات والزجاج المعماري. في هذه التطبيقات، تتمثل الوظائف الأساسية لـ PVB في تجميع أجزاء الزجاج معًا بعد الكسر، وامتصاص طاقة التأثير، وتوفير التخميد الصوتي. يخدم فيلم الطبقة البينية PVB من الدرجة الكهروضوئية غرضًا مختلفًا بشكل أساسي وأكثر تطلبًا: فهو يجب أن يغلف الخلايا الشمسية ويحميها داخل وحدة بينما ينقل في الوقت نفسه أقصى قدر ممكن من ضوء الشمس إلى سطح الخلية النشطة، ويحافظ على الوضوح البصري على مدى عقود من التعرض الخارجي، ويحافظ على السلامة الكهربائية لدائرة الخلية عبر النطاق الكامل لدرجات الحرارة والرطوبة وتحميل الأشعة فوق البنفسجية التي ستشهدها وحدة الطاقة الشمسية المنشورة ميدانيًا.

تم تصميم PVB المعماري القياسي للأداء الميكانيكي ولم يتم تحسينه للنقل البصري أو استقرار الأشعة فوق البنفسجية على المدى الطويل تحت الإشعاع الشمسي المستمر أو متطلبات الالتصاق ومقاومة الرطوبة المحددة لبناء الوحدة الكهروضوئية. إن فئة PVB الكهروضوئية هي فئة منتجات متميزة ذات تركيبة مصممة بعناية تتضمن مثبتات الأشعة فوق البنفسجية، والملدنات المتخصصة، ومعززات الالتصاق، وحزم مضادات الأكسدة المختارة لتلبية متطلبات الأداء لمعايير تأهيل الوحدة النمطية IEC 61215 وIEC 61730 على مدى عمر الوحدة المتوقع من 25 إلى 30 عامًا. يعد التعامل مع هاتين الفئتين من المواد على أنهما قابلتين للتبديل خطأً شائعًا ومكلفًا في تصميم الوحدة.

ما هو الدور الذي يلعبه فيلم PVB Interlayer في هيكل الوحدة الشمسية؟

الوحدة الكهروضوئية القياسية المصنوعة من الزجاج أو الزجاج الخلفي عبارة عن مجموعة مغلفة تكون فيها الخلايا الشمسية محاطة بالكامل بمادة مغلفة. يخدم المغلف العديد من الوظائف المتزامنة التي تعتبر بالغة الأهمية لأداء الوحدة والموثوقية وطول العمر. في الوحدات التي تستخدم PVB كمادة مغلف، يتم وضع الغشاء فوق وأسفل سلسلة الخلايا - بين الزجاج الأمامي والخلايا، وبين الخلايا والزجاج الخلفي أو اللوح الخلفي - مما يخلق بيئة مغلقة مستمرة حول الدائرة الكهربائية.

أثناء عملية التصفيح، يتم تسخين فيلم PVB تحت ضغط فراغ في جهاز تغليف، مما يؤدي إلى تليينه وتدفقه حول هندسة الخلية وربطه بشكل لاصق بكل من الأسطح الزجاجية وأسطح الخلايا. عندما يبرد، يتصلب الفيلم في مصفوفة لزجة صلبة وشفافة ومرنة تدعم الخلايا ميكانيكيًا، وتعزل دائرة الخلية كهربائيًا عن الزجاج والإطار، وتمنع التمدد الحراري التفاضلي بين الزجاج والسيليكون، وتخلق حاجزًا ضد دخول الرطوبة التي قد تسبب تآكل تعدين الخلية، وفصل التغليف، وفي النهاية التدهور الكهربائي للوحدة. تحدد جودة ومواصفات فيلم PVB بشكل مباشر مدى جودة أداء كل من هذه الوظائف على مدار عمر خدمة الوحدة.

ما هي خصائص الأداء الرئيسية لفيلم PVB من الدرجة الكهروضوئية؟

أداء أ فيلم الطبقة البينية PVB من الدرجة الكهروضوئية يتميز بمجموعة من الخصائص التي تحدد بشكل جماعي مدى ملاءمته لتغليف الوحدة. تحتوي كل خاصية على مواصفات قابلة للقياس ينشرها المصنعون المسؤولون ويجب على منتجي الوحدات التحقق منها من خلال مراقبة الجودة الواردة واختبار التأهيل الدوري.

النفاذية البصرية

تعد النفاذية الضوئية العالية في نطاق الطول الموجي الذي تحوله الخلايا الكهروضوئية إلى كهرباء - ما يقرب من 300 إلى 1200 نانومتر للسيليكون البلوري - ضرورية لتجنب الخسائر البصرية الطفيلية داخل الطبقة المغلفة. عادةً ما تحقق أفلام PVB من الدرجة الكهروضوئية قيم نفاذية أولية تزيد عن 90% عبر الطيف المرئي، ويتم قياسها على عينات من الزجاج الرقائقي قبل التقادم المتسارع. ومع ذلك، فإن النفاذية الأولية أقل أهمية من الاحتفاظ بالنفاذية بعد التعرض لفترة طويلة للأشعة فوق البنفسجية والتدوير الحراري. يؤدي الفيلم الذي يبدأ بنسبة نفاذية 92% ولكنه يتحول إلى اللون الأصفر إلى 80% بعد خمس سنوات من التعرض للمجال إلى خسارة دائمة وقابلة للقياس في إنتاج الطاقة. تشتمل تركيبات PV PVB عالية الجودة على مثبتات الضوء الأميني المعوق (HALS) وامتصاص الأشعة فوق البنفسجية المختارة خصيصًا لمنع تكوين الكروموفور في مصفوفة البوليمر تحت الإشعاع الشمسي المستمر.

معدل انتقال بخار الرطوبة

يعد دخول بخار الماء أحد الآليات الأساسية لتدهور الوحدة على المدى الطويل. تسبب الرطوبة تآكل تعدين الفضة والألومنيوم على الخلايا الشمسية، وتعزز التصفيح في واجهات الزجاج المغلف والخلايا المغلفة، وتسرع التدهور المستحث المحتمل (PID) في الوحدات التي تعمل بجهد عالي للنظام. يتمتع PVB بمعدل نقل بخار رطوبة (MVTR) أعلى بطبيعته من إيفا - التغليف البديل الأكثر استخدامًا على نطاق واسع في الصناعة - مما يعني أن إنشاءات الوحدات الزجاجية مفضلة بشدة عند استخدام PVB، حيث أن طبقات الزجاج المزدوجة تقلل بشكل كبير من مسار دخول الرطوبة الفعال مقارنة بالطبقة الخلفية من البوليمر. بالنسبة لوحدات PVB الزجاجية، فإن الرطوبة التي تخترق حاجز الحافة هي العامل المحدود، ويعتبر تصميم ختم الحافة المناسب ضروريًا لاستكمال مقاومة الفيلم للرطوبة.

قوة الالتصاق على الأسطح الزجاجية والخلية

يجب أن يظل الالتصاق بين طبقة PVB والزجاج الأمامي والزجاج الخلفي وأسطح الخلايا قويًا ومستقرًا عبر النطاق الكامل لدرجات الحرارة التي تتعرض لها الوحدة المنشورة ميدانيًا - من أقل من -40 درجة مئوية في المنشآت المناخية الباردة إلى أكثر من 85 درجة مئوية في البيئات الصحراوية. يعد التصفيح، الذي يظهر على شكل فقاعات مرئية أو بقع بيضاء داخل صفائح الوحدة، غير مقبول من الناحية الجمالية ومضرًا من الناحية العملية لأن المناطق المصفحة تفقد وظيفتها كحاجز للرطوبة وتخلق تشتتًا بصريًا يقلل من إنتاج الخلية. يتم تصنيع أفلام PVB من الدرجة الكهروضوئية باستخدام إضافات تعزز الالتصاق وتتوفر بمستويات التصاق يمكن التحكم فيها - وهي معلمة يمكن تعديلها لتحقيق التوازن بين الترابط الهيكلي القوي وسلوك الإطلاق المتحكم المطلوب في بعض تصميمات الوحدات.

مقاومة الحجم والعزل الكهربائي

يجب أن يحافظ التغليف على مقاومة كهربائية عالية طوال فترة خدمته لمنع تسرب التيارات من دائرة الخلية إلى إطار الوحدة وهيكل التركيب. يؤدي فقدان المقاومة - الذي يمكن أن يحدث عندما يكون امتصاص الرطوبة مرتفعًا أو عندما يتحلل البوليمر - إلى زيادة تيار التسرب، ويزيد من تفاقم PID في أنظمة الجهد العالي، ويخلق مخاطر على السلامة في الظروف الرطبة. تحافظ درجة PVB عالية الجودة من الألواح الكهروضوئية على مقاومة حجم أعلى من 10¹³ Ω·cm في الظروف الرطبة، وهي مواصفات يجب التحقق منها من خلال اختبار الحرارة الرطبة عند 85 درجة مئوية / 85% رطوبة نسبية لمدة 1000 ساعة وفقًا لبروتوكولات IEC 61215.

كيف يمكن مقارنة PVB بـ EVA ومغلفات الطاقة الشمسية الأخرى؟

لقد هيمن فيلم كوبوليمر أسيتات فينيل الإيثيلين (EVA) تاريخيًا على سوق التغليف الشمسي نظرًا لتكلفته المنخفضة وعملية التصفيح الراسخة والتوافق الواسع مع كل من تقنيات خلايا السيليكون والأغشية الرقيقة. ومع ذلك، فإن EVA لديه نقاط ضعف موثقة جيدًا والتي أدت إلى الاهتمام بالمغلفات البديلة بما في ذلك PVB، ومطاط البولي أوليفين (بو)، وأفلام الأيونومر. يلخص الجدول أدناه الخصائص المقارنة الرئيسية ذات الصلة بمصممي الوحدات وفرق المشتريات.

الميزة الحاسمة لـ PVB على EVA القياسي هي غياب توليد حمض الأسيتيك أثناء الشيخوخة. عندما يتحلل EVA تحت التعرض للأشعة فوق البنفسجية ودرجة الحرارة المرتفعة، فإنه يطلق حمض الأسيتيك كمنتج ثانوي للتفاعل العكسي للربط المتقاطع. يؤدي حمض الأسيتيك إلى تآكل تمعدن الخلايا، ويتحلل الطلاءات المضادة للانعكاس، ويهاجم بعض هياكل الخلايا ذات الأغشية الرقيقة. لا يقوم PVB بتوليد حمض الأسيتيك تحت أي ظروف تعرض ميدانية، مما يجعله مغلفًا خاملًا كيميائيًا بشكل كبير لتصميمات الوحدات طويلة العمر ولتقنيات الأغشية الرقيقة الحساسة بشكل خاص للتعرض للحمض.

ما هي التطبيقات الأكثر ملاءمة لفيلم الطبقة البينية PVB من النوع الكهروضوئي؟

يجد فيلم الطبقة البينية PVB من الدرجة الكهروضوئية أقوى مبرر تجاري له في التطبيقات التي يتم فيها إعطاء الأولوية لطول عمر الوحدة والأداء البصري والسلامة الهيكلية تحت التحميل الميكانيكي ومقاومة أوضاع التدهور المحددة على تكلفة المواد الأولية. تستفيد العديد من فئات التطبيقات باستمرار من تغليف PVB.

• تمثل الخلايا الكهروضوئية المدمجة في البناء (BIPV) واحدة من أكثر الحلول الطبيعية لتغليف PVB. تعمل وحدات BIPV في نفس الوقت كعناصر زجاجية معمارية ومكونات لتوليد الكهرباء، مما يتطلب أداء السلامة الهيكلية للزجاج المعماري الرقائقي - بما في ذلك الاحتفاظ بالشظايا بعد الكسر - جنبًا إلى جنب مع الأداء البصري والكهربائي لوحدة الطاقة الشمسية. تتمتع PVB بتاريخ طويل من شهادات السلامة في الزجاج الرقائقي المعماري، وتحمل تركيبات الدرجة الكهروضوئية اعتماد السلامة هذا مباشرة إلى منتج BIPV.
• تستفيد الوحدات ثنائية الجانب المصنوعة من الزجاج والزجاج المخصصة للأنظمة ذات الجهد العالي على نطاق المرافق من مقاومة PID الجيدة لـ PVB وغياب توليد حمض الأسيتيك، وكلاهما يصبح أكثر أهمية مع زيادة فولتية النظام إلى ما بعد 1000 فولت ومع امتداد عمر الوحدة نحو 30 عامًا وما بعدها.
• تتطلب الوحدات الزجاجية بدون إطار المستخدمة في مواقف السيارات والبرجولات والمظلات المعمارية غلافًا يحافظ على التصاق قوي بالحواف دون الدعم الميكانيكي لإطار الألومنيوم التقليدي. إن التصاق PVB العالي بالأسطح الزجاجية وصلابته الميكانيكية يجعله مناسبًا تمامًا لهذه التركيبات ذات المتطلبات الهيكلية.
• يفضل مصنعو وحدات الأغشية الرقيقة الذين يستخدمون تقنيات خلايا تيلورايد الكادميوم (CdTe) أو سيلينيد غاليوم الإنديوم النحاسي (CIGS) PVB على وجه التحديد لأن هذه التقنيات حساسة لحمض الأسيتيك الذي يمكن أن تولده EVA، كما أن الخمول الكيميائي لـ PVB يحمي كيمياء سطح الخلية طوال عمر تشغيل الوحدة.

ما الذي يجب على مصنعي الوحدات تقييمه عند اختيار مورد أفلام PVB Interlayer؟

يعد اختيار فيلم الطبقة البينية PVB من الدرجة الكهروضوئية قرارًا يؤثر على أداء الوحدة، ومسؤولية الضمان، والأهلية المصرفية - القدرة على جذب تمويل المشروع من المقرضين الذين يحتاجون إلى موثوقية مثبتة للوحدة. يجب أن تتناول عملية تقييم الموردين الصارمة الأبعاد التالية:

• اطلب أوراق بيانات فنية كاملة تغطي النفاذية الضوئية قبل وبعد 1000 ساعة من التعرض للأشعة فوق البنفسجية وفقًا للمواصفة IEC 61345، وأداء الحرارة الرطبة وفقًا للمواصفة IEC 61215، ومقاومة الحجم في الظروف الرطبة، والتصاق القشرة بالزجاج في درجات حرارة متعددة، ومعدل انتقال بخار الرطوبة - لا ينبغي النظر في تأهل أي مورد غير قادر على توفير نقاط البيانات هذه.
• تحقق من أن الفيلم قد تم تضمينه في اختبار تأهيل الوحدة النمطية IEC 61215 وIEC 61730 الناجح مع شركة تصنيع وحدة معتمدة واحدة على الأقل، واطلب مراجع تقرير الاختبار المحدد بدلاً من قبول المطالبات العامة بالامتثال.
• قم بتقييم نظام إدارة الجودة الخاص بالمورد، وبيانات الاتساق من دفعة إلى دفعة، ومواصفات تحمل السُمك - يؤثر اختلاف سمك طبقة PVB عبر عرض اللفة وعلى طول طول اللفة بشكل مباشر على تجانس التصفيح ويجب أن يكون ضمن ±5% من المواصفات الاسمية.
• قم بتقييم متطلبات التخزين والمناولة بعناية - فيلم PVB استرطابي ويجب تخزينه في ظروف رطوبة خاضعة للرقابة أقل من 30٪ من الرطوبة النسبية لمنع امتصاص الرطوبة قبل التصفيح الذي يضر بالتصفيح الخالي من الفقاعات والجودة البصرية النهائية.
• ضع في الاعتبار قدرة الدعم الفني للمورد لتحسين عملية التصفيح - يختلف ملف تعريف درجة حرارة التصفيح ووقت تعليق الفراغ ومعلمات دورة الضغط لـ PVB عن تلك المحددة لـ EVA، ويجب أن يكون المورد ذو الخبرة قادرًا على توفير إرشادات عملية خاصة بالتطبيق ودعم استكشاف الأخطاء وإصلاحها أثناء الانتقال من تغليف EVA إلى PVB.

يحتل فيلم الطبقة البينية PVB من الدرجة الكهروضوئية موقعًا محددًا جيدًا ويمكن الدفاع عنه في المشهد المغلف بالطاقة الشمسية. بالنسبة للتطبيقات التي يتم فيها إعطاء الأولوية للخمول الكيميائي، وأداء السلامة الهيكلية، والاحتفاظ بالجودة البصرية، والتوافق مع بنية الوحدة الزجاجية، فإنها توفر مجموعة من الخصائص التي لا يمكن لـ EVA مطابقتها والتي ستصبح ذات أهمية متزايدة مع دفع الصناعة لعمر الوحدة وجهود النظام إلى أبعد مما تتطلبه المعايير الحالية.