In tegenstelling tot diamanten, zonnepanelen zijn niet voor altijd. UV straling, windstoten en hevige regen verslijten ze gedurende hun leven.

Fabrikanten garanderen doorgaans dat panelen de elementen minstens 25 jaar zullen doorstaan ​​voordat ze significante dalingen in de stroomopwekking ervaren, maar recente rapporten wijzen op een trend dat panelen tientallen jaren eerder falen dan verwacht. Voor sommige modellen is er is een piek in het aantal gebarsten backsheets - lagen plastic die de achterkant van zonnepanelen elektrisch isoleren en fysiek afschermen.

Het voortijdige barsten wordt grotendeels toegeschreven aan het wijdverbreide gebruik van bepaalde kunststoffen, zoals polyamide, maar de reden voor hun snelle degradatie is onduidelijk. Door de gebarsten achterbladen op basis van polyamide nauwkeurig te onderzoeken, onderzoekers van het National Institute of Standards and Technology (NIST) en collega's hebben ontdekt hoe interacties tussen deze kunststoffen, omgevingsfactoren en de architectuur van zonnepanelen kunnen het degradatieproces versnellen. Deze bevindingen kunnen onderzoekers helpen bij de ontwikkeling van verbeterde duurzaamheidstests en zonnepanelen met een langere levensduur.

Scheuren in de achterplaten komen vaak als eerste naar voren in de buurt van bepaalde kenmerken, zoals de roostervormige ruimte tussen de blauwe of zwarte elektriciteitsproducerende zonnecellen, en kunnen zich uiteindelijk door de hele dikte van een plaat voortplanten. Deze defecten maken plaats voor zuurstof en vocht om te infiltreren en het interieur waar de cellen liggen te beschadigen en ook om elektrische stroom te laten ontsnappen, toenemende risico's op elektrocutie.

Als het lang genoeg buiten blijft, elke op plastic gebaseerde achterlaag begint uit elkaar te vallen, maar niet alle achterbladen zijn gelijk gemaakt. Sommige kunststoffen verslechteren veel sneller dan andere.

"In het tijdsbestek van 2010 tot 2012 er werden veel modules ingezet met achtervellen op basis van polyamide, die in slechts vier jaar een dramatische scheurfout vertoonde, ondanks het voldoen aan de standaardvereisten, " zei Xiaohong Gu, NIST materiaalingenieur en co-auteur van de studie.

Om tot de kern van het afbraakprobleem van polyamide te komen, Gu en haar team hebben backsheet-monsters verkregen van zonnepanelen die in regio's over de hele wereld zijn ingezet, inclusief locaties in de VS, China, Thailand en Italië. De meeste panelen, die drie tot zes jaar in gebruik waren, vertoonde duidelijke tekenen van voortijdig kraken.

Met de verweerde achterbladen in de hand, de onderzoekers voerden een scala aan chemische en mechanische tests uit om de patronen en ernst van degradatie door de diepte van de platen te onderzoeken. De resultaten, beschreven in het journaal Vooruitgang in fotovoltaïsche energie: Onderzoek en toepassingen, toonde aan dat de delen van de platen die de ergste barsten hadden ondergaan, die waren die het meest stijf waren geworden. En nieuwsgierig, de meest broze plekken zaten aan de binnenkant van de platen, zei Gu.

Hoe kon de kwaliteit van het ommuurde interieur sneller afnemen dan de blootgestelde buitenlaag? Gu en haar team speculeerden dat de door zonlicht veroorzaakte degradatie van de bovenkant van de inkapseling - een film die de zonnecellen omringt - schadelijke chemicaliën produceerde die naar de achterplaten afdaalden, hun verval versnellen. Als het waar is, het voorgestelde mechanisme zou verklaren waarom er scheuren ontstaan ​​tussen zonnecellen, omdat chemicaliën door deze regio's doorgang naar de rug konden vinden.

De onderzoekers identificeerden azijnzuur als hoofdverdachte, omdat bekend is dat het schadelijk is voor polyamide en wordt geproduceerd tijdens de afbraak van een polymeer dat gewoonlijk wordt gebruikt als inkapselingsmiddel, ethyleenvinylacetaat (EVA) genoemd. Om hun hypothese te testen, de onderzoekers stopten verschillende polyamide strips weg in flesjes azijnzuur en dan, na vijf maanden, analyseerden hoe ze vergaan in vergelijking met strips die in lucht of water zijn geplaatst.

Onder de microscoop, barsten die die van de verweerde achterplaten weerspiegelen, verschenen op het oppervlak van de plastic strips die waren blootgesteld aan azijnzuur, die er veel erger uitzag dan op degenen die in de lucht of in het water waren geweest. Chemische analyse toonde aan dat de afbraakproducten van polyamide hoger waren in de aan azijnzuur blootgestelde strips, verder bewijs leveren dat het zuur de achteruitgang van het materiaal van de achterlaag versnelt.

De studie benadrukt het samenspel tussen componenten van zonnepanelen (in dit geval de EVA-inkapseling en de achterlaag van polyamide) als een potentieel kritische factor om te overwegen bij het ontwerpen van zonnepanelen die zijn gebouwd om lang mee te gaan.

Deze nieuwe inzichten in voortijdige storingen kunnen ook waardevol worden voor NIST-onderzoekers en anderen die het degradatieproces in het laboratorium willen repliceren als een manier om de levensduur van zonnepaneelcomponenten te testen en te voorspellen.