Fließfähiges Silikondichtmittel zur Reparatur beschädigter Solarmodul-Rückseitenfolien

Ein tschechisches-österreichisches Forschungsteam hat ein hochleistungsfähiges Polysiloxangel entwickelt, das beschädigte Rückseitenfolien von Solarmodulen effektiv reparieren, ihre Isolationseigenschaften wiederherstellen und die Betriebslebensdauer alternder Photovoltaiksysteme (PV) verlängern kann. Diese innovative Lösung befasst sich mit einem kritischen Problem, mit dem Betreiber von Solaranlagen konfrontiert sind, da eine Verschlechterung der Rückseitenfolie-insbesondere bei Modulen, die um das Jahr 2010 hergestellt wurden, oft zu Sicherheitsbedenken und erheblichen Energieproduktionsverlusten führt.

Die Forscher verwendeten ein spezielles Polysiloxangel, das in Zusammenarbeit mit dem tschechischen Silikonhersteller Siltech Solutions entwickelt wurde und typischerweise als Verkapselungshilfsmittel für PV-Module verwendet wird. Im Gegensatz zu herkömmlichen starren Reparaturmaterialien hat das Team das Gel so modifiziert, dass es eine verbesserte Fließfähigkeit aufweist, sodass es selbst schmale Risse füllen und eine nahtlose Schutzschicht über beschädigten Rückseitenfolien bilden kann. Das Gel besteht aus einer Polymermatrix auf Silikonbasis, die zur Erhöhung der Haltbarkeit mit pyrogener Kieselsäure als Füllstoff verstärkt ist, und einem Feuchtigkeitshärter, der es ermöglicht, bei Einwirkung von Umgebungsluft und Feuchtigkeit auszuhärten.

„Der durch Feuchtigkeit-initiierte Aushärtungsprozess verläuft von der Oberfläche nach außen, wobei das Gel allmählich aushärtet, wenn Feuchtigkeit in das Material diffundiert“, erklärten die Forscher. „Sobald das Gel vollständig ausgehärtet ist, bildet es ein flexibles Elastomer mit hervorragenden Zugfestigkeits- und Dehnungseigenschaften, das eine starke Haftung auf allen gängigen Rückseitenfolienmaterialien-sogar solchen mit bereits vorhandener Beeinträchtigung oder Oberflächenunregelmäßigkeiten gewährleistet.“ Diese Haftung ist entscheidend, um das Eindringen von Feuchtigkeit zu verhindern, die die Hauptursache für weitere Schäden an der Rückseitenfolie und Isolationsfehler ist.

 

Test auf Rückseitenmaterialien

Das Polysiloxan-Gel wurde zunächst an fünf gängigen Rückseitenmaterialtypen getestet, was die Vielfalt der im letzten Jahrzehnt in PV-Modulen verwendeten Komponenten widerspiegelt: co-extrudiertes Polyamid (AAA-Rückseite); Polyvinylfluorid (PVF)-PET-Doppelschicht; Polyvinylidenfluorid (PVDF)-PET-Doppelschicht; Grundierung-beschichtetes PET; und ein neuerer Verbundwerkstoff auf der Basis von Ethylen-Tetrafluorethylen (ETFE)-. Diese Materialien wurden aufgrund ihrer weit verbreiteten Verwendung und der bekannten Anfälligkeit für Zersetzung im Laufe der Zeit ausgewählt.

Von jedem Rückseitenfolientyp wurden rechteckige Proben (3 cm breit, 12 cm lang) ausgeschnitten und das Gel auf die der Luft ausgesetzte Seite jedes Streifens aufgetragen. „Ein zweiter Rückseitenfolienstreifen wurde mit der Luftseite nach unten auf die gelbeschichtete Probe gelegt und leicht angedrückt, um eine gleichmäßige Geldicke von etwa 1,2 mm zu erreichen“, erläuterte das Team. „Überschüssiges Gel wurde von den Rändern entfernt und die Proben wurden 30 Tage lang bei 25 Grad Celsius und 55 % relativer Luftfeuchtigkeit ausgehärtet. Nach dem Aushärten wurden die Proben einer beschleunigten Alterung in einer Klimakammer bei 85 Grad Celsius und 85 % relativer Luftfeuchtigkeit für 1.000 Stunden unterzogen -ein Standardtest für die Haltbarkeit von PV-Komponenten.“

Die Analyse nach dem-Test ergab, dass das Gel eine außergewöhnliche Haftung auf allen fünf Rückseitenfolientypen aufwies, wobei bei jeder Probe ein Kohäsionsversagen von 100 % beobachtet wurde. Dies weist darauf hin, dass die Bindung zwischen dem Gel und der Rückseitenfolie stärker war als das Gel selbst, was die langfristige Zuverlässigkeit und Beständigkeit gegen Delaminierung bestätigt.

 

Testen Sie an acht{{0}Jahren-alten, degradierten Panels

Als nächstes wurde das Gel an alternden PV-Modulen mit AAA-Rückseitenfolien getestet, die seit acht Jahren in Betrieb waren und starke Anzeichen einer Verschlechterung aufwiesen, darunter tiefe Längsrisse über den Zellsammelschienen und Oberflächensprödigkeit. Das Gel wurde mit einer Präzisionskartusche direkt in die Risse dosiert und dann mit einem breiten Spatel gleichmäßig über die gesamte Rückseitenoberfläche verteilt, um eine Schutzschicht zu bilden. Anschließend wurden die reparierten Module in derselben Klimakammer einer 1.000-stündigen feuchten Wärmebehandlung unterzogen.

Messungen nach der Alterung ergaben, dass die Risse vollständig versiegelt und nicht mehr sichtbar waren und die reparierten Module Isolationswiderstandswerte von über 200 MΩ erreichten-, was die Sicherheitsanforderungen für den Betrieb von PV-Modulen deutlich übertraf. „Selbst nach dem beschleunigten Feuchte-Hitze-Test behielten die Module eine hohe Isolationsleistung bei und bestanden den Nass-Leckagetest ohne Anzeichen von Feuchtigkeitseintritt“, stellten die Forscher fest. Dies bestätigt die Fähigkeit des Gels, kritische Sicherheits- und Leistungskennzahlen in alternden Modulen wiederherzustellen.

 

Test einer in Betrieb befindlichen Solaranlage

Um die Leistung in der Praxis zu validieren, implementierte das Forschungsteam die Reparaturtechnik in einer 10-MW-Solaranlage in der Tschechischen Republik, wo es bei zahlreichen Modulen zu einer Verschlechterung der Rückseitenfolie kam. „Das Polysiloxan-Gel wurde vor Ort aufgetragen, ohne die Module zu demontieren,-aus einer Handkartusche entnommen und mit einem Spachtel über die Rückseitenoberfläche geglättet“, betonte das Team. „Die reparierten Module wurden drei Monate lang unter realen Bedingungen betrieben und waren unterschiedlichen Temperaturen, Luftfeuchtigkeit und UV-Strahlung ausgesetzt.“

Nach dem Feldversuch durchgeführte Nassleckagetests bestätigten, dass die reparierten Module einen hohen Isolationswiderstand beibehielten und normal funktionierten, ohne dass die Energieabgabe im Vergleich zu unbeschädigten Modulen abfiel. „Erste Feldergebnisse zeigen, dass das Gel die Modulleistung effektiv stabilisiert, obwohl Langzeittests über mehrere Jahre erforderlich sind, um seine Haltbarkeit vollständig zu beurteilen“, erklärten die Forscher. „Eine wichtige verbleibende Frage ist, ob die reparierte Rückseitenfolie die langfristige Feuchtigkeitsbarriereleistung des Originals erreichen kann, insbesondere in Regionen mit extremen Wetterbedingungen.“

Die Forschung wurde im Artikel „Field-applicable polysiloxane gel repair for degraded photovoltaic module backsheets“ im Journal of Photovoltaics Research veröffentlicht. Zur Forschungsgruppe gehörten Wissenschaftler von Siltech Solutions Czech Republic, dem Österreichischen Forschungsinstitut für Chemie und Technologie (OFI) und der Tschechischen Technischen Universität in Prag, die auf gemeinsamen Bemühungen zur Entwicklung kostengünstiger, nachhaltiger PV-Wartungslösungen aufbauen.