Деградация инкапсулянта под воздействием ультрафиолетового излучения

Батареи используют слои инкапсулянта для удержания остальных слоев модуля вместе, электрически изолируют СЭ и защищают от определенных воздействий окружающей среды. Поскольку в модуле, такие параметры инкапсулянта как, цвет, ясность или общий коэффициент пропускания изменяются, то это влияет  на общее количество света, которое поглощается и, следовательно, на количество произведенной энергии. Между стеклом и СЭ находится инкапсулянт, также как между СЭ и нижним слоем. Это визуально смотрится как «пожелтение» инкапсулянта; в крайних случаях инкапсулянт может превращаться в янтарный коричневый цвет. Как правило, пожелтение инкапсулянтов вызвано фототермической генерацией радикалов внутри пластика, которые в свою очередь реагируют с молекулярным скелетом полимера для создания различных ненасыщенных хромофоров. Как и в большинстве фотохимических процессов, скорость реакции зависит от длины волны и интенсивности света, а также общей температуры системы. Как показывают различные эксперименты инкапсулянтное пожелтение сильно зависит от температуры[1].

Многие солнечные инкапсулянты разработаны с УФ-поглотителями (УФП), они являются фотоактивными химикатами, встроенными во всю пленку, блокирующими самые разрушительные солнечные лучи от проникания и взаимодействия с полимерной матрицей. К сожалению, как и любой солнцезащитный крем, эти EVA имеют конечный срок службы, потому что они подвержены фототермической окислительной деградации с течением времени. Снижение защитного экранирования должны учитываться для экстраполяции скоростей деградации EVA с течением времени.

а)                                                                                  б)

а– инкапсулянт до эксперементов, б – инкапсулянт после экспереметов

Рисунок 1. Исследуемый солнечный модуль

Хотя деградация УФП не вызывает непосредственного пожелтения инкапсулянта, две реакции являются оптически связанными друг с другом в пространстве и времени, потому что УФП отфильтровывает падающий свет, необходимый для инициирования реакции пожелтения. Первоначально УФ-излучение может проникать только на короткое расстояние через инкапсулянт, и поэтому только верхние несколько микрометров могут обесцвечиваться.

Простая модель обесцвечивания УФ-абсорбера с последующим образованием желтых хромофоров, представляет собой двухступенчатый кинетический механизм. Первая кинетическая стадия – фотоотбеливание УФ-поглотителей, она моделируется как 1-ступенчатая реакция, показанная в уравнении (1). Второй этап – реакция первого порядка для превращение полимерных фрагментов, R, в желтые хромофоры, Y, показанные в уравнении (2).

A+hv→B;                                                                                                                       (1)

где  B – абсорбер с отбеленными фотографиями.

R+hν→Y.                                                                                                                       (2)

Эти две реакции связаны законом Бира для поглощения УФ-излучения и объединены в пару частичных дифференциальные уравнения, которые могут быть решены аналитическими методом. Графики соответствующие этой модели в сравнении с графиками ускоренных испытаний выполнялись при контролируемом температуре (50, 80, и 110 °C) УФ-облучение образцов с контролируемой толщиной 20X и 1,4X для обеспечения линейного повреждения с интенсивностью экспозиции (т. е. тест, который составляет половину времени, при удвоенной интенсивность будет иметь одинаковый результат), чтобы получить энергию активации для реакций, в модели численное решение используется для обработки произвольной освещенности и температуры при имитации поведения системы с реальными погодными условиями[2].

Рисунок 2. Ускоренные данные лабораторных испытаний типичного инкапсулянта EVA по сравнению с двухступенчатой кинетической моделью

Важным следствием этого является температурная зависимость наблюдаемой пропускной способности (рисунок 3.9). При 50 °С, например, потери на пропускании при λ = 500 нм в течение ускоренного эксперимента 800 ч наблюдались менее 7%. Однако при 110 °C потери составляют почти 40%. Это наблюдение согласуется с данными многочисленных исследователей. Температура активации реакции вторичного поджаривания приблизительно равна 4700 K, что означает, что разницы температур 10 °C могут привести к 65%-ным различиям в скорости реакции. Фактически, разность 3 °C приводит к 15% -ной разнице в скорости поджаривания. Это означает, что 25-летняя производительность большинства EVA на рынке, вероятно, сильно зависит от температуры. На основе экспериментальных исследований  СБ и ускоренных лабораторных данных в экстремальных условиях, ожидаемая деградация из-за этого режима составляет приблизительно 2,75% в течение 25 лет.