Le microfratture nei pannelli solari sono minuscole fratture o fessure che possono emergere all'interno delle celle fotovoltaiche o degli strati protettivi della struttura del pannello solare. Queste fratture, sebbene spesso microscopiche e non rilevabili a occhio nudo, svolgono un ruolo cruciale nell'influenzare le prestazioni complessive e la durata di vita dei pannelli solari. Le microfratture possono compromettere le prestazioni del pannello solare, causando una perdita di potenza, una vita utile molto più breve o addirittura l'interruzione della produzione di energia dell'intero pannello solare. Questo articolo spiega le cause delle microfessure nei pannelli solari, come vengono rilevate, i loro effetti e quali tipi di pannelli solari hanno meno probabilità di produrle.
Sommario:
Perché ci sono microfessure sui miei pannelli solari?
Quali danni possono essere causati dalle microfessure?
Come verificare la presenza di microfessure durante l'installazione e il funzionamento dei pannelli solari?
Scegliere i pannelli solari giusti per ridurre le microfessure
Perché ci sono microfessure sui miei pannelli solari?
Le cause delle microfessure possono essere diverse e molteplici:
Difetti di produzione:
Pratiche improprie durante il processo di produzione possono contribuire in modo significativo alla comparsa di microfessure nei pannelli solari. La manipolazione inadeguata, la selezione non ottimale dei materiali o le lacune nel controllo di qualità creano un ambiente in cui vengono introdotte vulnerabilità. Queste vulnerabilità, derivanti dalla fase di produzione, diventano potenziali catalizzatori per l'innesco e la propagazione di microcricche nella struttura del pannello solare. Pertanto, si sottolinea la necessità critica di un'attenzione meticolosa ai dettagli, di un'adeguata formazione del personale e di un'aderenza rigorosa ai protocolli di controllo della qualità durante l'intero processo di produzione per ridurre al minimo il rischio di formazione di microcricche.
Stress meccanico:
Le sollecitazioni meccaniche sono un fattore significativo che contribuisce alla formazione di microfessure nei pannelli solari e possono essere classificate in varie fasi, tra cui il trasporto, l'installazione e i fattori ambientali esterni.
Durante il trasporto, le sollecitazioni meccaniche possono avere un impatto significativo sui pannelli solari, in particolare quando si tratta di pratiche di imballaggio, stoccaggio e manipolazione nella catena di fornitura. Procedure di imballaggio o di stoccaggio inadeguate possono sottoporre i pannelli solari a una pressione eccessiva, con conseguente potenziale formazione di microfratture. Metodi di trasporto inadeguati, tra cui la movimentazione o l'impilamento improprio, possono sottoporre i pannelli solari a vibrazioni e urti, con conseguenti sollecitazioni meccaniche e un maggiore rischio di formazione di microfessure.
Pertanto, affrontare le questioni relative all'imballaggio, allo stoccaggio e alla movimentazione è fondamentale per ridurre al minimo il potenziale di formazione di microfessure durante la fase di trasporto.
Anche le sollecitazioni meccaniche indotte dall'installazione sono un problema critico per i pannelli solari. Pratiche come l'impilamento improprio, l'appoggio di apparecchiature sui pannelli, gli urti accidentali e l'installazione su superfici non piane possono creare punti di pressione localizzati, con conseguente formazione di microfessure. Il trascinamento dei pannelli durante il trasporto introduce sollecitazioni indotte dall'attrito, mentre tecniche di trasporto improprie, come l'utilizzo di una sola persona o il sedersi sul bordo del modulo, possono causare forze non uniformi. Queste pratiche mettono a rischio l'efficienza e la longevità dei pannelli solari, sottolineando la necessità di un'attenta movimentazione e di procedure di installazione per mitigare le sollecitazioni meccaniche e garantire prestazioni ottimali.
Come mostrato nella figura seguente, i test hanno dimostrato che l'errato appoggio delle spalle e della testa sul pannello durante la salita delle scale ha provocato un calo di potenza dell'1%. Il modo corretto di trasportare il pannello è quello di bilanciare il peso delle mani contro il telaio del pannello.
Esempio di degrado delle prestazioni dovuto a un trasporto non corretto del pannello solare
Il modo corretto di trasportare un pannello solare
Durante il funzionamento a lungo termine dei pannelli solari, i fattori ambientali esterni, comprese le sollecitazioni atmosferiche come vento, grandine e variazioni estreme di temperatura, svolgono un ruolo significativo nell'imporre stress meccanici ai pannelli solari. Questi fattori di stress ambientale, se persistenti nel tempo, possono contribuire allo sviluppo cumulativo di microfratture. Pertanto, un approccio completo per ridurre al minimo il rischio di formazione di microfessure nei pannelli solari implica la comprensione e la mitigazione delle sollecitazioni meccaniche in varie fasi, dal trasporto all'installazione e al funzionamento. Affrontando sia le pratiche di movimentazione interne che i fattori ambientali esterni, è possibile migliorare l'affidabilità e le prestazioni complessive dei pannelli solari.
Cicli termici:
I cicli termici, che derivano dalle fluttuazioni giornaliere e stagionali della temperatura, emergono come un fattore cruciale che contribuisce allo sviluppo di microfratture nei pannelli solari. La costante espansione e contrazione dei materiali all'interno dei pannelli solari, influenzata dalle variazioni della luce solare e delle condizioni atmosferiche, crea condizioni favorevoli all'innesco e alla propagazione delle microfessure per lunghi periodi di esposizione. Lo stress ripetitivo indotto dai cicli termici sottolinea l'importanza di considerare le variazioni di temperatura nei processi di progettazione, produzione e installazione dei pannelli solari per migliorarne la durata e la longevità.
Quali danni possono essere causati dalle microfessure?
Aumento della resistenza e danni termici: Le microfessure possono causare un aumento della resistenza elettrica, elevando le temperature e creando punti caldi. Questa escalation di danni termici contribuisce ulteriormente al deterioramento complessivo della cella solare interessata. In alcuni casi, le microfratture possono propagarsi, portando all'isolamento di un'area significativa all'interno di una singola cella dal circuito. Questo isolamento può provocare una polarizzazione inversa, inducendo temperature elevate nella sezione della cella collegata. Con l'aumento delle temperature, c'è il rischio di causare danni permanenti, non solo riducendo la produzione di energia ma, in casi estremi, portando potenzialmente a guasti catastrofici, come la rottura del vetro o, in casi sfortunati, un incendio dovuto all'intenso calore generato da una cella in polarizzazione inversa.
Riduzione della potenza di uscita: L'aumento della resistenza elettrica porta a una diminuzione della produzione di energia, causando un calo dell'efficienza complessiva del pannello solare.
Propagazione delle cricche e guasto del modulo: Se le microfessure si estendono in lunghezza, possono evolvere in fessure più grandi, potenzialmente bloccando o interrompendo la produzione di energia dell'intero modulo. Questo risultato rende necessaria la sostituzione e incide significativamente sulla durata complessiva del pannello solare.
Per mitigare questi effetti dannosi, è essenziale un'individuazione precoce attraverso ispezioni regolari. Come già accennato, è possibile utilizzare diversi metodi per identificare e risolvere tempestivamente le microfessure, assicurando prestazioni e longevità dei pannelli solari.
Come ispezionare le microfessure durante l'installazione e il funzionamento dei pannelli solari?
L'individuazione delle microfessure nei pannelli solari è un processo cruciale, essenziale per garantire prestazioni ottimali e una longevità prolungata. Diversi metodi di ispezione si adattano a scenari diversi sia durante le fasi di installazione che di funzionamento:
EL (Elettroluminescenza):
L'elettroluminescenza (EL) funziona secondo il principio della generazione di luce quando una corrente elettrica viene applicata a un materiale. Nel campo delle celle solari, l'EL viene applicata per visualizzare e identificare i difetti non facilmente visibili con metodi alternativi. I test EL si rivelano particolarmente efficaci nel rilevare microfessure, celle rotte e altri difetti interni alle celle solari. Questo metodo offre una visione diretta dell'integrità strutturale delle celle, scoprendo problemi nascosti che potrebbero sfuggire all'individuazione con altri metodi di test.
ELCD (Electroluminescence Crack Detection):
L'ELCD utilizza l'elettroluminescenza per rilevare efficacemente le microfessure nei pannelli solari. L'applicazione di una corrente elettrica attiva i materiali elettroluminescenti, producendo luce visibile che viene alterata dalle microfessure, rendendole visivamente rilevabili. Questo metodo non distruttivo è fondamentale per il controllo della qualità durante la produzione e la manutenzione preventiva sul campo. A differenza dell'elettroluminescenza tradizionale (EL), l'ELCD è stato progettato specificamente per il rilevamento delle microfessure, offrendo una maggiore precisione nell'individuare e visualizzare questi minuscoli difetti strutturali. La specificità dell'ELCD lo rende uno strumento prezioso, in grado di garantire l'affidabilità e l'efficienza delle installazioni di pannelli solari, affrontando problemi che potrebbero passare inosservati con altri metodi di analisi.
Oltre a questi due metodi, ne esistono altri:
Imaging a fotoluminescenza:
Utilizzata soprattutto durante l'installazione e il funzionamento, la fotoluminescenza identifica le microfratture che influiscono sull'efficienza della conversione fotovoltaica. Questa tecnica si integra perfettamente nelle regolari routine di manutenzione per mantenere un'efficienza costante.
Imaging a infrarossi:
L'imaging a infrarossi (IR) funziona catturando la radiazione termica emessa da un oggetto, consentendo di identificare le variazioni di temperatura indicative di difetti o irregolarità. In particolare nelle celle solari, l'IR è ampiamente utilizzato per le ispezioni termiche per rilevare il surriscaldamento, identificare i componenti malfunzionanti e individuare le irregolarità sia nelle celle solari che nei moduli fotovoltaici. Questa tecnica è particolarmente efficace per identificare i problemi associati alle connessioni elettriche, come i cavi allentati o danneggiati.
Ispezione visiva ed esame microscopico:
Utilizzabili soprattutto durante l'installazione e la manutenzione ordinaria, l'ispezione visiva e l'esame microscopico comportano l'osservazione diretta e l'esame dettagliato della struttura. Questo approccio pratico consente di identificare efficacemente le crepe visibili sulle superfici dei pannelli solari.
In pratica, i professionisti possono scegliere di utilizzare questi metodi di ispezione singolarmente o in combinazione, a seconda dei requisiti e delle circostanze specifiche del sistema di pannelli solari. È indispensabile rivolgersi a esperti qualificati, soprattutto quando si utilizzano apparecchiature tecniche avanzate, per garantire un rilevamento e un'analisi precisi delle microfessure. Un monitoraggio regolare e un approccio completo contribuiscono in modo significativo all'affidabilità e alla longevità complessiva del sistema di energia solare.
Scegliere i pannelli solari giusti per ridurre le microfessure
Nel campo dei pannelli solari, la gestione delle microfessure è fondamentale per garantire l'affidabilità e le prestazioni del sistema. Sebbene le microfessure rappresentino una sfida comune, le tecnologie innovative, come la tecnologia IBC e la tecnologia HJT, hanno ridotto significativamente l'impatto delle microfessure sulle prestazioni; i vantaggi della loro resistenza alle microfessure sono specificati nei punti seguenti:
Pannelli solari HJT:
Substrato di silicio monocristallino di tipo N:
Le celle solari HJT utilizzano un substrato di silicio monocristallino di tipo N, noto per la sua elevata purezza e uniformità. Rispetto al silicio policristallino, la struttura monocristallina è più compatta e coerente, contribuendo a ridurre le microfratture causate dalla concentrazione delle tensioni.
Strato di silicio amorfo non drogato (i-a-Si:H)
Sul substrato di silicio monocristallino viene depositato uno strato di silicio amorfo non drogato che funge da "strato cuscinetto". Questo strato fornisce ulteriore elasticità e protezione quando la cella è sottoposta a sollecitazioni fisiche, come la flessione o la pressione durante il trasporto e l'installazione. Ciò contribuisce ad alleviare le sollecitazioni sul substrato, riducendo così la formazione di microfratture.
Metodo di lavorazione completo della mezza cella:
I pannelli solari HJT utilizzano un'esclusiva tecnica di lavorazione a mezza cella completa che evita completamente i danni da taglio alle celle solari. Questo approccio innovativo riduce significativamente l'impatto delle microcricche sui pannelli solari, affrontando in modo proattivo i potenziali danni durante i processi di produzione e manipolazione.
Temperatura di produzione più bassa:
Rispetto alle tradizionali celle solari in silicio cristallino, le celle HJT sono prodotte a temperature più basse. Questa ridotta temperatura di lavorazione significa che i materiali subiscono un minore stress termico durante la produzione, favorendo la riduzione della formazione di microcricche.
Struttura complessiva ottimizzata:
La struttura complessiva delle celle HJT è ottimizzata durante la progettazione e la produzione per aumentarne la resistenza alle sollecitazioni fisiche. Ad esempio, i bordi e gli angoli delle celle sono progettati per essere più lisci, riducendo i punti di concentrazione delle sollecitazioni.
Design a barre ultra-multi:
I pannelli HJT sono caratterizzati da un design con sbarre più strette, che riduce la quantità di pasta d'argento utilizzata e, di conseguenza, gli effetti di ombreggiamento, accorciando le distanze di trasmissione della corrente. Questo design non solo migliora le prestazioni elettriche dei pannelli, ma riduce anche al minimo la perdita di corrente causata da microfratture, sbarre danneggiate e rotture, aumentando ulteriormente l'affidabilità e la durata del pannello.
Maggiore resistenza meccanica:
Grazie alle varie ottimizzazioni progettuali e produttive sopra menzionate, la resistenza meccanica complessiva delle celle solari HJT è migliorata. Questa maggiore resistenza aiuta a mantenere l'integrità delle celle durante il trasporto e l'installazione, riducendo il rischio di microfratture.
Maysun Solar sfrutta gli impareggiabili vantaggi della tecnologia a etero-giunzione (HJT), facendo sì che i nostri pannelli solari HJT rappresentino un significativo progresso nella produzione di energia solare. Questi pannelli non solo raggiungono un salto di qualità in termini di efficienza, ma mostrano anche un notevole miglioramento nella resistenza alle microfratture.
Pannelli solari IBC:
I pannelli solari IBC presentano un vantaggio significativo nella resistenza agli agenti atmosferici. L'innovativo design All Back Contact incorporato nei pannelli solari IBC previene i danni da trazione e il distacco attribuiti all'espansione e alla contrazione termica della striscia di saldatura anteriore in presenza di forti sollecitazioni termiche. Questo design garantisce una produzione di energia costante e stabile dei pannelli solari, attenuando gli effetti negativi delle variazioni termiche sull'integrità del pannello.
L'ultima generazione di pannelli solari Interdigitated Back Contact (IBC) di Maysun Solar integra perfettamente la resistenza alle microfratture, l'alta efficienza, l'estetica e una maggiore durata operativa. La scelta dei pannelli solari IBC di Maysun Solar rappresenta una decisione oculata per chi vuole massimizzare sia l'efficienza che le prestazioni. L'immagine sottostante mostra i pannelli solari IBC 430W Full Black installati su un tetto da un cliente tedesco di Maysun Solar. Per ulteriori informazioni, fare clic sul pulsante sottostante.
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Maysun Solar è specializzata nella produzione di moduli fotovoltaici di alta qualità dal 2008. Scegliete tra la nostra ampia gamma di pannelli solari full black, black frame, silver e glass-glass che utilizzano le tecnologie half-cut, MBB, IBC, HJT e Shingled. Questi pannelli offrono prestazioni superiori e design eleganti che si integrano perfettamente con qualsiasi edificio. Maysun Solar ha stabilito con successo uffici, magazzini e relazioni a lungo termine con eccellenti installatori in numerosi paesi! Contattateci per ricevere le ultime quotazioni dei moduli o per qualsiasi richiesta relativa al fotovoltaico. Saremo lieti di assistervi.
Riferimento:
Chang, T. (2023, July 31). How microcracks damage solar panels - WINAICO Australia. WINAICO Australia. https://www.winaico.com.au/blog/what-cause-microcracks
RenewSys India. (2023, February 3). Micro cracks in solar modules: Causes, detection and prevention. renewsysworld. https://www.renewsysworld.com/post/micro-cracks-in-solar-modules-causes-detection-and-prevention
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