Un pannello solare viene raramente distrutto dal sole che lo alimenta. Più spesso, i guasti iniziano ai bodi: la giuntura del telaio, il coperchio della scatola di giunzione, il pressacavo, l'alloggiamento del sensore. Questi sono i punti in cui due materiali diversi si incontrano e dove un composto adesivo e sigillante deve svolgere un lavoro che il vetro, l'alluminio e il backsheet polimerico non possono svolgere da soli. Le installazioni esterne attraversano sbalzi di temperatura che possono superare i sessanta gradi Celsius tra la notte e il giorno, assorbono la radiazione ultravioletta diretta per un decennio o più e sopportano ripetute condense, pioggia spinta dal vento e, in molte regioni, nebbia salina o inquinanti industriali.
Un adesivo per uso generale o un mastice per l’edilizia non è mai stato progettato per questa combinazione di sollecitazioni che agiscono simultaneamente e continuamente. Questo è il motivo per cui l’industria solare è convergente verso una categoria più ristretta di materiali, ampiamente raggruppati sotto adesivo siliconico e sistemi sigillanti adesivi polimerici , formulato specificatamente per incollaggi elettrici e strutturali in esterno. Questo articolo esamina ciò che distingue questi composti appositamente realizzati dai sigillanti ordinari, dove vengono applicati all'interno di un gruppo di pannelli e come installatori e produttori possono valutarli su basi tecniche piuttosto che di marketing.
La maggior parte degli adesivi generici sono formulati per uso interno, intervalli di temperatura moderati ed esposizione a breve termine all'umidità. Quando questi prodotti vengono utilizzati su apparecchiature elettriche esterne, entro i primi diciotto-trentasei mesi di servizio tendono a comparire tre tipi di guasto:
Poiché una scatola di giunzione ospita i diodi di bypass e i terminali di uscita positivo e negativo, l'ingresso di umidità in questo singolo punto può compromettere un'intera stringa di pannelli, non solo un modulo. Questo è uno dei motivi per cui le specifiche del sigillante per questo componente tendono ad essere più rigorose rispetto a quelle di quasi tutte le altre parti dell'assieme.
| Fattore di stress | Esposizione approssimativa |
|---|---|
| Intervallo di temperatura | Da negativo 40 a positivo 90 gradi Celsius |
| Esposizione ai raggi UV | Durata di progettazione continua, da 20 a 30 anni |
| Ciclo dell'umidità | Condensa giornaliera nella maggior parte dei climi |
| Sollecitazione meccanica | Carico del vento, dilatazione termica, movimentazione |
Il termine utilizzato nel settore per questa classe di materiali è gel di silice fotovoltaico , un composto siliconico a temperatura ambiente o termoindurente progettato per incollare, sigillare e isolare elettricamente i componenti all'interno di un modulo solare o l'hardware del suo involucro. A differenza di un mastice siliconico generale, è formulato attorno a una serie specifica di obiettivi prestazionali che si associano direttamente alle modalità di guasto sopra descritte.
Molte formulazioni in questa categoria vengono fornite come silicone trasparente or silicone trasparente prodotti, in parte per ragioni estetiche sulle giunture visibili e in parte perché una polimerizzazione trasparente consente un controllo visivo dell'integrità dell'incollaggio senza smontaggio. Una linea di polimerizzazione pulita, priva di bolle e di colore uniforme è uno degli indicatori più semplici sul campo che un'applicazione è stata eseguita correttamente e che il materiale non ha iniziato a degradarsi.
La scatola di giunzione è il punto di uscita elettrica di un modulo solare ed è anche uno dei più vulnerabili dal punto di vista meccanico. Solitamente è incollato al backsheet con un cordone di sigillante attorno al suo perimetro e il suo coperchio è sigillato con una guarnizione, un cordone adesivo o entrambi. Un prodotto commercializzato come a La scatola di giunzione del gruppo pannello solare può sigillare il silicone è formulato pensando a questo specifico giunto, bilanciando tre requisiti che a volte sono in conflitto tra loro: forte adesione al materiale dell'alloggiamento della scatola, un profilo di polimerizzazione compatibile con il backsheet senza causare delaminazione e flessibilità a lungo termine in modo che ripetuti cicli termici non aprano un percorso di perdita in corrispondenza della giunzione.
| Posizione | Rischio primario se scarsamente sigillato |
|---|---|
| Perimetro dalla scatola al foglio posteriore | Tracce d'acqua sotto la scatola, corrosione dei giunti di saldatura |
| Linea guarnizioni coperchio | Accumulo di condensa all'interno dell'armadio |
| Pressacavo ingresso cavo | Ingresso di umidità capillare lungo il conduttore |
| Cavità di invasatura del diodo | Arco elettrico o fuga termica sotto carico |
I dati sul campo raccolti in installazioni di lunga durata mostrano costantemente che una quota sproporzionata di stringhe con prestazioni insufficienti o guaste può essere ricondotta all’umidità nella scatola di giunzione piuttosto che alle celle fotovoltaiche stesse. Ciò rende la scelta del sigillante in questo singolo giunto una delle decisioni con maggiore influenza nell’intero processo di assemblaggio.
Oltre alla scatola di giunzione, un moderno impianto solare comprende un numero crescente di componenti più piccoli, ciascuno dei quali necessita di una propria strategia di sigillatura: giunti angolari del telaio, interfacce delle staffe di montaggio, connettori di tipo MC, sensori a livello di stringa e, in alcuni progetti, microinverter integrati o ottimizzatori montati direttamente sul modulo. A Sigillante siliconico per componenti del pannello solare l'applicazione in genere differisce dalla sigillatura della scatola di giunzione per dimensioni del cordone, velocità di polimerizzazione e talvolta viscosità, poiché questi giunti sono spesso più piccoli, più numerosi e applicati a velocità di linea più elevate durante la produzione.
Poiché questi componenti sono prodotti e installati su larga scala, i produttori valutano anche la velocità di polimerizzazione e il comportamento di erogazione insieme alle prestazioni a lungo termine. Un composto che polimerizza troppo lentamente può creare strozzature alla catena di montaggio; uno che si stacca troppo velocemente può creare problemi di adesione se le due superfici non vengono unite all'interno della finestra di lavoro.
Non tutti i prodotti siliconici venduti come sigillanti per esterni sono adatti ai lavori fotovoltaici. La tabella seguente confronta le categorie generali spesso prese in considerazione per l'assemblaggio e la manutenzione dell'energia solare, senza riferimento ad alcuna marca o produttore specifico.
| Categoria sigillante | Resistenza ai raggi UV | Isolamento elettrico | Utilizzo tipico nell'assemblaggio fotovoltaico |
|---|---|---|---|
| Silicone per costruzioni generali | Moderato | Non valutato | Non consigliato per scatole di derivazione o connettori |
| Silicone di grado PV a polimerizzazione neutra | Alto | Classificato per circuiti CC a bassa tensione | Scatola di giunzione, cuciture del telaio, alloggiamenti dei connettori |
| Silicone per impregnazione in due parti | Alto | Alto, full encapsulation | Cavità dei diodi, circuiti dei sensori, riempimento dei connettori |
| Silicone generale a reticolazione acetica | Moderato to low | Non valutato | Evitare la vicinanza ai contatti metallici a causa dei sottoprodotti corrosivi della polimerizzazione |
Vale la pena evidenziare la distinzione tra chimica a polimerizzazione neutra e chimica a polimerizzazione acetica. I siliconi a polimerizzazione acetica rilasciano un sottoprodotto durante la polimerizzazione che può essere leggermente corrosivo per alcuni metalli, il che è indesiderabile vicino a terminali in rame, giunti di saldatura o connettori placcati. Questo è uno dei filtri più chiari e non negoziabili durante lo screening di a silicone di energia rinnovabile prodotto da utilizzare ovunque vicino a contatti elettrici sotto tensione.
Anche un sigillante ben formulato avrà prestazioni inferiori se applicato in modo errato. La sequenza seguente riflette la pratica comune tra le linee di assemblaggio dei moduli e le squadre di installazione sul campo sia per a adesivo per scatola di giunzione solare e a general Sigillante per moduli fotovoltaici applicazione.
Un sigillo è forte quanto il suo pollice più debole. La geometria uniforme del cordone e la preparazione pulita del substrato in genere sono più importanti per le prestazioni a lungo termine rispetto alla differenza marginale tra due formulazioni di sigillante altrimenti comparabili.
Poiché un guasto della sigillatura sul campo è costoso da diagnosticare e ancora più costoso da riparare su un array installato, il controllo di qualità di questi materiali tende a concentrarsi sull'invecchiamento accelerato anziché fare affidamento solo su controlli di adesione a breve termine.
Il ciclo termico sposta ripetutamente un campione incollato tra temperature estreme per rivelare fessurazioni da fatica che impiegherebbero anni per apparire in normali condizioni esterne. L'esposizione al calore umido, spesso eseguita per molte centinaia di ore a temperatura e umidità elevate, viene utilizzata per verificare se l'adesione regge sotto una pressione di umidità sostenuta piuttosto che sotto una breve esposizione. I test di rigidità dielettrica confermano che il materiale indurito funziona ancora come isolante elettrico dopo l'invecchiamento, il che è particolarmente rilevante per i sigillanti utilizzati vicino alle cavità dei diodi o ai terminali sotto tensione.
Per gli installatori e i team di approvvigionamento senza accesso al laboratorio interno, richiedere rapporti di prova che coprano queste categorie, insieme a una scheda tecnica chiara che elenca il tempo di indurimento, l'orario di lavoro e l'intervallo di temperature di servizio, è un livello minimo ragionevole prima di specificare un prodotto per un progetto su scala commerciale.
Il costo del sigillante rappresenta una piccola frazione del costo totale del modulo o dell'installazione, tuttavia una scelta inadeguata del sigillante può essere responsabile di una quota sproporzionata di richieste di garanzia e di ribaltamenti del camion durante la vita utile di un sistema. Un modo utile per inquadrare questo compromesso è confrontare il costo incrementale del materiale di un sigillante adeguatamente valutato con il costo della manodopera e dei tempi di inattività di una singola riparazione sul campo.
| Fattore di costo | Sigillante sottodimensionato o errato | Sigillante adeguatamente specificato |
|---|---|---|
| Costo del materiale per modulo | Più in basso | Leggermente più alto |
| Tasso di fallimento sul campo | Altoer, especially after year 2 to 3 | Più in basso, aligned with module warranty period |
| Lavoro di riparazione | Significativo, spesso richiede l'accesso al sito | Vita utile minima sopra stimata |
| Esposizione in garanzia | Altoer | Più in basso |
Dato che la maggior parte delle garanzie sui moduli ora si estendono a venticinque anni o più, è ragionevole aspettarsi che il sigillante rimanga funzionale per un periodo di servizio comparabile, anche se non verrà mai ispezionato così spesso come i componenti elettrici che protegge.
Un sigillante siliconico generale è formulato per un ampio uso edilizio o domestico, mentre un prodotto di grado fotovoltaico è progettato in base alla combinazione specifica di esposizione prolungata ai raggi UV, ampi sbalzi di temperatura e vicinanza ai circuiti elettrici sotto tensione presenti in un modulo solare.
In molti casi è possibile utilizzare un silicone di grado fotovoltaico a polimerizzazione neutra in entrambe le aree, ma la sigillatura della scatola di giunzione vicino ai terminali sotto tensione richiede in genere un prodotto con valori di isolamento elettrico confermati, mentre la sigillatura del telaio attribuisce maggiore importanza all'adesione e alla resistenza agli agenti atmosferici.
I siliconi a polimerizzazione acetica rilasciano un sottoprodotto durante la polimerizzazione che può essere leggermente corrosivo per alcuni metalli, pertanto le formulazioni a polimerizzazione neutra sono generalmente preferite vicino a terminali in rame, giunti di saldatura o connettori placcati.
In genere si prevede che un sigillante specificato e applicato correttamente rimanga funzionale per una durata di servizio paragonabile al periodo di garanzia del modulo, spesso venticinque anni o più, presupponendo una corretta preparazione e applicazione della superficie.
La maggior parte dei guasti è riconducibile a errori di applicazione piuttosto che al materiale stesso, tra cui una pulizia inadeguata della superficie, un'applicazione discontinua del cordone o l'assemblaggio di parti dopo che il sigillante ha già iniziato a staccarsi.
Il silicone trasparente è comunemente usato perché consente un'ispezione visiva della linea di giunzione senza smontaggio, ma la decisione dovrebbe comunque basarsi principalmente sui dati di adesione, resistenza ai raggi UV e isolamento elettrico piuttosto che solo sull'aspetto.
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