Naukowcy pokazali, jak najlepiej ustawiać panele słoneczne
Najnowsze badania przeprowadzone przez zespół z Chin i Włoch wykazały, że kąt nachylenia modułów fotowoltaicznych ma istotny wpływ na ich odporność termiczną podczas pożaru. Badanie, opublikowane w International Journal of Thermal Sciences, wykazało, że zwiększenie kąta nachylenia do poziomu powyżej 30 stopni, może znacznie opóźnić wystąpienie awarii termicznej. To odkrycie samo w sobie może mieć istotne znaczenie dla bezpieczeństwa instalacji paneli słonecznych w miejscach narażonych na pożary, a na dodatek może być kluczowe dla projektowania bezpieczniejszych instalacji paneli słonecznych w budynkach mieszkalnych i komercyjnych.
Czytaj też: Nowa technologia przełamuje bariery. Oto ekologiczne panele słoneczne, które zrewolucjonizują rynek
Panele słoneczne są zazwyczaj wykonane z delikatnego szkła, które jest podatne na pęknięcia w wysokich temperaturach. Jeśli szkło pęknie, odsłonięte zostają palne materiały, takie jak folia EVA oraz tylna warstwa modułu, a to akurat zwiększa ryzyko zapłonu całego ogniwa. W warunkach pożaru takie odsłonięcie wrażliwych elementów może przyczynić się do szybkiego rozprzestrzenienia się ognia na powierzchni paneli lub elewacji budynku. We wspomnianym badaniu naukowcy postanowili zbadać, czy i w jaki sposób różne kąty nachylenia mogą zmniejszyć to ryzyko. Było to zresztą sprytnym posunięciem, jeśli idzie o rozszerzanie informacji na temat instalacji, bo wcześniejsze badania pomijały czynnik wychylenia, choć na całym świecie zależnie od pory roku panele słoneczne są montowane pod różnymi kątami w celu optymalizacji nasłonecznienia.
Przechodząc do rzeczy, zespół badawczy przeprowadził testy, wykorzystując panel grzewczy zasilany propanem jako źródło ciepła. Ten panel został umieszczony przed ocynkowaną ramą stalową z panelami fotowoltaicznymi ustawionymi pod pięcioma kątami nachylenia: 0°, 15°, 30°, 45° i 60°, z czego każdy miał wymiary 300 mm x 300 mm i był wykonany z 3,2 mm hartowanego szkła monokrystalicznego. Podczas testów naukowcy śledzili czas pękania szkła, temperaturę powierzchni, natężenie ciepła oraz charakterystykę awarii. Wykorzystali także model oparty na metodzie elementów skończonych (FEM), aby symulować zachowanie termiczne i porównali go z wynikami eksperymentów, uzyskując średni margines błędu wynoszący około 13,5% dla rozkładu temperatury i poniżej 15% dla przewidywania czasu awarii.
Czytaj też: Chińskie panele słoneczne Hi-MO X10 z rekordem świata. Sprawność na niespotykanym poziomie!
Eksperymenty wykazały, że większy kąt nachylenia może opóźnić awarię termiczną. Przy nachyleniach 0°, 15°, 30°, 45° i 60° czas do pierwszej awarii wynosił odpowiednio 36, 33, 40, 62 i 71 sekund. Oznacza to, że moduły nachylone pod kątem powyżej 30° wykazały znaczący wzrost odporności termicznej, co wskazuje, że nachylenie co najmniej 30 stopni może zwiększyć odporność na wysokie temperatury w sytuacjach pożarowych. Ciekawe było również to, że pęknięcia szkła zaczynały się od krawędzi punktów o najwyższej temperaturze na powierzchni narażonej na ogień, a to szczególnie w pobliżu styków przy kącie nachylenia powyżej 45°. Naukowcy zaobserwowali również powstawanie łatwopalnych bąbli gazowych między warstwą szkła a ogniwami słonecznymi oraz między tylną warstwą a ogniwami, co mogłoby potencjalnie zwiększyć ryzyko zapłonu, jeśli nie zostanie właściwie zabezpieczone.
Czytaj też: Lepsze telewizory i wydajniejsze panele słoneczne. Naukowcy przeszli samych siebie
Aby uzupełnić dane eksperymentalne, zespół opracował specjalny model FEM w oprogramowaniu Abaqus, ograniczając symulację do 100 sekund, aby uchwycić krytyczne momenty, kiedy zwykle dochodzi do awarii szkła. Zgodność modelu z danymi eksperymentalnymi sugeruje, że może on być stosowany do przewidywania termicznego zachowania modułów paneli słonecznych przy różnych kątach nachylenia i w różnych warunkach. Takie oprogramowanie ma teraz pozwolić projektantom ocenić i zoptymalizować bezpieczeństwo instalacji fotowoltaicznych. Chociaż instalacje fotowoltaiczne są projektowane głównie z myślą o efektywności i nasłonecznieniu, to uwzględnienie aspektów bezpieczeństwa termicznego może prowadzić do jeszcze bardziej kompleksowego podejścia do przygotowywania nowych inwestycji. Jeśli nie w skali domowej, to tej przemysłowej.