Как измерить вибрацию солнечных батарей в составе фотоэлектрических систем транспортных средств
Аккумулятор FIAMM 12FGL120
Исследователи из Университета Миядзаки в Японии использовали новый неразрушающий метод, который позволил им изучать колебания солнечных элементов независимо от компонентов модуля. В ходе исследования были выявлены потенциальные конструктивные особенности устойчивых к резонансу фотоэлектрических модулей, которые могут увеличить собственную частоту резонанса до более чем 2000 Гц.
Исследователи из японского Университета Миядзаки использовали новый неразрушающий метод на основе доплеровского лазера для изучения влияния вибраций на солнечные элементы, встроенные в автомобильный фотоэлектрический модуль (VIPV), независимо от крыши автомобиля и компонентов модуля. В ходе исследования также изучалась возможность создания автомобильных модулей VIPV, устойчивых к резонансу.
«Насколько мне известно, ранее никто не рассматривал возможность того, что солнечные элементы внутри модуля могут вибрировать и резонировать независимо от структуры модуля. В этой статье впервые приводятся результаты измерений, указывающие на то, что солнечные элементы могут резонировать внутри модуля на своей естественной резонансной частоте», — рассказал автор исследования Кэндзи Араки журналу PV
Команда исследователей сообщила, что в отличие от стационарных установок в зданиях, которые подвергаются вибрации с частотой от 0,1 до 1 Гц, частота вибрации фотоэлектрических систем в движении находится в диапазоне 1000 Гц для грузовых автомобилей и 2000 Гц для легковых автомобилей.
По словам учёных, в этом диапазоне мягкие смолы, входящие в состав молекулярной цепи этиленвинилацетата (ЭВА), не гасят вибрацию. Несмотря на низкий коэффициент демпфирования ЭВА, испытания на вибрацию не выявили растрескивания ячеек.
«В ходе наших измерений и исследований мы обнаружили, что резонансные колебания не вызывают катастрофических напряжений, которые могли бы привести к разрушению клеток. Однако недавние исследования микроэлектромеханических систем (МЭМС) показывают, что кристаллический кремний может подвергаться усталостному разрушению при циклических нагрузках», — сказал Араки, имея в виду исследования усталости кремния и поликремния в пьезоэлектрических МЭМС-датчиках и исполнительных механизмах.
«Это означает, что даже если уровень напряжения ниже того, при котором в солнечных элементах появляются трещины, нам следует быть осторожными, поскольку повышенная плотность дислокаций из-за циклических нагрузок может привести к быстрому снижению эффективности движущихся фотоэлектрических систем», — заявил он.
Для измерения вибраций использовался неразрушающий метод с применением лазерного доплеровского виброметра (ЛДВ). По словам учёных, использование бесконтактного метода измерения было «необходимым условием», чтобы не увеличивать вес сенсорной головки для лёгких объектов, таких как солнечные батареи.
Они также использовали серебряные наклейки и микрозеркала на покровном стекле, чтобы громоздкие головки лазерных устройств не мешали друг другу и можно было проводить отдельные измерения вибрации стекла и клеток.
Метод лазерного доплера позволил обнаружить независимое колебательное движение солнечного элемента, а также то, что ламинированное стекло / EVA резонирует независимо и что резонансная частота близка к естественной резонансной частоте крыши автомобиля. Измерения подтвердили, что крыша автомобиля вибрирует с частотой до 2000 Гц, как определено в условиях испытаний на вибрацию в IEC 17650-3:2023.
В свете полученных результатов исследователи отметили, что устранение источника вибрации нецелесообразно, но конструктивные изменения могут повысить собственную частоту колебаний выше 2000 Гц, например за счёт увеличения количества ленточных направляющих.
По словам Араки, исследовательская группа в настоящее время изучает влияние циклических нагрузок на гибкие фотоэлектрические модули, в том числе то, как модули справляются с нагрузками во время транспортировки, а также взаимодействие между вибрационными нагрузками и локальной деформацией изогнутых солнечных элементов.
«Кроме того, мы разрабатываем бесконтактный метод проверки для выявления складок или других локальных искривлений на солнечных элементах, которые часто встречаются в изогнутых модулях», — сказал Араки.