Повреждённые фотоэлектрические панели распространяют пламя на 46 % быстрее, чем неповреждённые

Аккумулятор Challenger A12-120

Исследователи из Сингапура ускорили процесс выветривания фотоэлектрических панелей и изучили, как распространяется пламя на разных участках. Через 6 недель они обнаружили, что на выветрившихся фотоэлектрических панелях пламя распространяется на 46 % быстрее, чем на невыветрившихся. Они также подчеркнули, что действующие стандарты безопасности не учитывают долгосрочную деградацию.

Исследовательская группа из сингапурского Технологического университета Наньян изучила поведение пламени на выветрившихся фотоэлектрических подложках и обнаружила, что на них пламя распространяется значительно быстрее, чем на невыветрившихся подложках.

Испытывая два доступных в продаже модуля, группа призывает отрасль «пересмотреть существующие стандарты безопасности, в частности стандарт IEC 61215», поскольку они не учитывают критически важные механизмы долговременной деградации.

«Несмотря на то, что защитные экраны играют важнейшую роль в качестве первого слоя, подвергающегося воздействию пламени, их огнестойкость изучена недостаточно, особенно в том, что касается ухудшения характеристик под воздействием окружающей среды. Действующие стандарты безопасности в основном оценивают целые модули, а не отдельные компоненты, что может привести к игнорированию уязвимых мест, — отмечают учёные. — Мы выбрали защитные экраны для этого исследования, поскольку они являются основным связующим звеном между внешними источниками огня и фотоэлектрическим модулем».

Группа протестировала два коммерческих типа подложки для фотоэлектрических панелей, в которых основным компонентом является полиэтилентерефталат (ПЭТ). Образец A имел конфигурацию TPE, то есть структуру Tedlar/ПЭТ/EVA, а образец B имел конфигурацию KPK, то есть структуру Kynar/ПЭТ/Kynar. Они были протестированы после воздействия погодных условий в течение четырёх периодов: без воздействия погодных условий, 3 недели, 4,5 недели и 6 недель воздействия.

Процесс ускоренного старения проводился по модифицированному протоколу, основанному на стандартном испытании IEC 61215. Он включал в себя воздействие ламп UVA-340A мощностью 1 Вт/м2 при температуре 65 °C в течение 8 часов, а затем воздействие конденсата при температуре 50 °C в темноте в течение 4 часов с распылением воды в течение 0,15 часа. Для оценки распространения пламени исследовательская группа разработала метод определения времени до маркера (TTM).

«Подготовка образцов включала в себя маркировку трёх точек с интервалом в 15 мм для количественной оценки распространения пламени. Чтобы компенсировать усадку тонкого полимерного листа под воздействием прямого пламени, мы свернули образцы в конус с нахлёстом в 1 мм и закрепили металлическими скобами», — объяснили исследователи. «Коническая форма необходима, поскольку тонкие полимерные плёнки (0,2–0,5 мм) быстро сжимаются и деформируются в плоском состоянии, что препятствует воспроизводимости измерений. Несмотря на геометрическое отличие от полевых установок, TTM измеряет внутренние свойства материала независимо от геометрии образца.

Чтобы изучить морфологию и механические свойства, группа учёных провела сканирующую электронную микроскопию (СЭМ) и испытания на растяжение. Согласно результатам, наблюдалось выкрашивание, то есть выделение частиц TiO2, что приводило к образованию трещин. Кроме того, прочность на растяжение снизилась в обоих образцах, причём образец B разрушался быстрее.

Химическая деградация была проанализирована с помощью инфракрасной спектроскопии с преобразованием Фурье и ослаблением полного отражения (ATR-FTIR). Основными факторами, приводящими к деградации, были определены гидролиз ПЭТ, образование новых химических групп и потеря водородных связей.

«Испытания на огнестойкость выявили существенные различия между выдержанными и невыдержанными образцами. Невыдержанный образец А показал скорость распространения пламени 2,8 мм/с, при этом для достижения 3-й отметки потребовалось 9 секунд — самый длительный показатель среди всех образцов. Напротив, выдержанный в течение 6 недель образец А показал быстрое распространение пламени — 10 секунд по сравнению с 16 секундами у невыдержанного образца», — выяснили они. «Наблюдаемое увеличение скорости распространения пламени, в частности снижение на 46 % времени до воспламенения образца B после шести недель воздействия окружающей среды, подчеркивает критическое влияние факторов окружающей среды на пожарную безопасность».

Кроме того, дифференциальная сканирующая калориметрия (ДСК) показала, что после шести недель воздействия температура плавления образца A немного снизилась — с 253,59 °C до 253,43 °C. У образца B в разных слоях наблюдались две разные температуры плавления — примерно 120 °C и 250 °C. Термогравиметрический анализ (ТГА) показал, что разложение образца A началось при температуре 422,48 °C, а образца B — при температуре 434,92 °C.