Sellador de silicona fluido para reparar láminas traseras de módulos solares dañadas

Un equipo de investigación checo-austriaco ha desarrollado un gel de polisiloxano de alto-rendimiento que puede reparar eficazmente las láminas posteriores degradadas de los módulos solares, restaurando sus propiedades de aislamiento y extendiendo la vida útil operativa de los sistemas fotovoltaicos (PV) envejecidos. Esta solución innovadora aborda un problema crítico que enfrentan los operadores de plantas solares, ya que la degradación de la lámina posterior-particularmente en módulos producidos alrededor de 2010, a menudo genera problemas de seguridad y pérdidas significativas de producción de energía.

Los investigadores utilizaron un gel de polisiloxano especializado, desarrollado en colaboración con el fabricante de silicona checo-Siltech Solutions, que normalmente se utiliza como auxiliar de encapsulación para módulos fotovoltaicos. A diferencia de los materiales de reparación rígidos tradicionales, el equipo modificó el gel para mejorar su fluidez, lo que le permitió rellenar incluso grietas estrechas y formar una capa protectora sin costuras sobre las láminas traseras dañadas. El gel está compuesto por una matriz polimérica a base de silicona-, reforzada con sílice pirógena como relleno para aumentar la durabilidad, y un agente de curado por humedad- que le permite endurecerse al exponerse al aire y la humedad ambientales.

"El proceso de curado-iniciado por la humedad procede desde la superficie hacia afuera, y el gel se endurece gradualmente a medida que la humedad se difunde en el material", explicaron los investigadores. "Una vez curado por completo, el gel forma un elastómero flexible con excelentes propiedades de resistencia a la tracción y alargamiento, lo que garantiza una fuerte adhesión a todos los materiales de lámina posterior comunes-incluso aquellos con degradación o irregularidades superficiales pre-existentes". Esta adhesión es fundamental para evitar la entrada de humedad, que es la causa principal de mayores daños a la lámina posterior y fallas del aislamiento.

 

Prueba en materiales de lámina posterior

El gel de polisiloxano se probó por primera vez en cinco tipos comunes de materiales de lámina posterior, lo que refleja la variedad de componentes utilizados en los módulos fotovoltaicos durante la última década: poliamida co-extruida (lámina posterior AAA); bicapa de polifluoruro de vinilo (PVF)-PET; fluoruro de polivinilideno (PVDF)-bicapa de PET; imprimación-PET recubierto; y un compuesto más nuevo a base de etileno tetrafluoroetileno (ETFE)-. Estos materiales fueron seleccionados debido a su uso generalizado y su conocida vulnerabilidad a la degradación con el tiempo.

Se cortaron muestras rectangulares (3 cm de ancho, 12 cm de largo) de cada tipo de lámina posterior y el gel se aplicó al lado expuesto al aire- de cada tira. "Se colocó una segunda tira de lámina posterior, con el lado del aire hacia abajo, encima de la muestra recubierta de gel-y se presionó suavemente para lograr un espesor de gel uniforme de aproximadamente 1,2 mm", detalló el equipo. "Se eliminó el exceso de gel de los bordes y las muestras se curaron a 25 grados Celsius y 55 % de humedad relativa durante 30 días. Después del curado, las muestras se sometieron a envejecimiento acelerado en una cámara climática a 85 grados Celsius y 85 % de humedad relativa durante 1000 horas-una prueba estándar para la durabilidad de los componentes fotovoltaicos".

El análisis posterior-reveló que el gel exhibió una adhesión excepcional a los cinco tipos de láminas posteriores, observándose un fallo de cohesión del 100 % en cada muestra. Esto indica que la unión entre el gel y la lámina posterior era más fuerte que el propio gel, lo que confirma la confiabilidad y la resistencia a la delaminación a largo plazo-.

 

Prueba en paneles degradados de ocho-años-de antigüedad

A continuación, el gel se probó en módulos fotovoltaicos antiguos con láminas posteriores AAA que habían estado en funcionamiento durante ocho años y mostraban graves signos de degradación, incluidas profundas grietas longitudinales sobre las barras colectoras de las celdas y fragilidad de la superficie. El gel se distribuyó directamente en las grietas utilizando un cartucho de precisión y luego se distribuyó uniformemente sobre toda la superficie de la lámina posterior con una espátula ancha para formar una capa protectora. Luego, los módulos reparados se colocaron en la misma cámara climática durante 1.000 horas de tratamiento térmico húmedo.

Las mediciones tomadas después del envejecimiento mostraron que las grietas estaban completamente selladas y ya no eran visibles, y los módulos reparados alcanzaron valores de resistencia de aislamiento superiores a 200 MΩ-muy superiores a los requisitos de seguridad para el funcionamiento de los módulos fotovoltaicos. "Incluso después de la prueba de calor húmedo acelerado, los módulos mantuvieron un alto rendimiento de aislamiento y pasaron la prueba de fuga húmeda sin signos de entrada de humedad", anotaron los investigadores. Esto confirma la capacidad del gel para restaurar métricas críticas de seguridad y rendimiento en módulos antiguos.

 

Prueba en planta solar operativa

Para validar el rendimiento en el mundo real-, el equipo de investigación implementó la técnica de reparación en una planta solar de 10 MW en la República Checa, donde numerosos módulos habían experimentado degradación de la lámina posterior. "El gel de polisiloxano se aplicó en el campo sin desmontar los módulos-se dispensó desde un cartucho portátil y se alisó sobre la superficie de la lámina posterior con una espátula", enfatizó el equipo. "Los módulos reparados se dejaron funcionar en condiciones del mundo real-durante tres meses, expuestos a diferentes temperaturas, humedad y radiación ultravioleta".

Las pruebas de fuga de agua realizadas después de la prueba de campo confirmaron que los módulos reparados mantuvieron una alta resistencia de aislamiento y operaron normalmente, sin caída en la producción de energía en comparación con los módulos no dañados. "Los primeros resultados de campo demuestran que el gel estabiliza eficazmente el rendimiento del módulo, aunque se necesitan pruebas-a largo plazo durante varios años para evaluar completamente su durabilidad", afirmaron los investigadores. "Una pregunta clave que queda es si la lámina posterior reparada puede igualar el rendimiento de barrera contra la humedad a largo plazo-del original, particularmente en regiones con condiciones climáticas extremas".

La investigación se publicó en el artículo "Reparación de gel de polisiloxano aplicable en el campo-para láminas posteriores de módulos fotovoltaicos degradados" en el Journal of Photovoltaics Research. El grupo de investigación incluyó científicos de Siltech Solutions República Checa, el Instituto Austriaco de Investigación de Química y Tecnología (OFI) y la Universidad Técnica Checa en Praga-basándose en esfuerzos de colaboración para desarrollar soluciones de mantenimiento fotovoltaico rentables-y sostenibles.