Ensayos de materiales
Ensayos de irradiación para materiales fotovoltaicos
La fiabilidad de un módulo fotovoltaico también depende de los materiales utilizados y de su interacción. Los encapsulantes, las láminas posteriores, los recubrimientos, los adhesivos y los sellantes cumplen distintas funciones y deben conservar sus propiedades relevantes en las condiciones de uso previstas.
La radiación, la temperatura y la humedad pueden modificar los materiales y sus interfaces. Los ensayos de irradiación permiten investigar de forma específica determinadas influencias. Para ello, pueden analizarse tanto muestras individuales como estructuras multicapa representativas. Las investigaciones sobre láminas posteriores de módulos fotovoltaicos muestran, por ejemplo, por qué los cambios en los materiales y su relación con la estructura del módulo deben evaluarse conjuntamente.
BF Engineering desarrolla tecnología de irradiación para estos ensayos de materiales. El diseño se adapta a la muestra, a los intervalos de longitud de onda relevantes y a los procedimientos de investigación y evaluación previstos.
Del material individual a una estructura multicapa representativa
Los ensayos de materiales pueden comenzar durante la selección de los materiales adecuados. Las muestras pequeñas facilitan la comparación de distintas formulaciones o recubrimientos en las mismas condiciones. La investigación puede centrarse en propiedades específicas del material.
Para cuestiones relacionadas con la futura estructura del módulo, pueden resultar útiles ensayos adicionales de estructuras multicapa. El comportamiento de un material individual no puede trasladarse directamente a su estado instalado. Las capas adyacentes, el procesamiento y la posición de montaje influyen en la carga que recibe realmente un componente.
Muestras habituales de ensayo:
- Encapsulantes y muestras de polímeros transparentes
- Láminas posteriores y estructuras de películas multicapa
- Vidrios con diferentes recubrimientos
- Adhesivos, sellantes y sellados de bordes
- Pequeños laminados de ensayo y conjuntos de materiales representativos
Seleccionar la irradiación según el objetivo de la investigación del material
El perfil de carga se define a partir del objetivo de la investigación. Para una cuestión concreta puede resultar adecuada una exposición UV específica, mientras que otra puede requerir una irradiación de espectro más amplio. Por ello, el espectro de radiación, la intensidad y la temperatura deben establecerse conjuntamente.
La combinación o la secuencia de distintas cargas también puede ser relevante. Si, por ejemplo, la irradiación se combina con otros ensayos climáticos o mecánicos, se documentan las transiciones entre las etapas. Un ensayo acelerado de laboratorio solo puede traducirse en una afirmación sobre la vida útil si existe una base adecuada y validada.
Elementos importantes del perfil de carga:
- Intervalos de longitud de onda relevantes y espectro de radiación
- Irradiancia, duración de la exposición y dosis de radiación
- Condiciones de temperatura durante la exposición
- Combinación con humedad u otras cargas, cuando corresponda
- Secuencia de las etapas de ensayo y condiciones entre las exposiciones
Posicionar las muestras y aplicar cargas en condiciones comparables
Un montaje de ensayo adecuado tiene en cuenta la forma, el tamaño y la sensibilidad de las muestras. La sujeción debe permitir una posición definida e influir lo menos posible en la superficie investigada. Durante la planificación se consideran las sombras, la disipación adicional de calor y las tensiones provocadas por la fijación.
En los conjuntos de materiales debe definirse qué cara se irradia y qué capas se encuentran entre la fuente de radiación y el material investigado. Las muestras de referencia y comparación pueden ayudar a distinguir los cambios producidos durante la exposición de otras influencias.
Aspectos relevantes para el montaje de ensayo:
- Dimensiones de las muestras y superficie de irradiación disponible
- Sujeción y orientación respecto a la fuente de radiación
- Cara irradiada y disposición de las capas intermedias
- Posicionamiento de los sensores de temperatura y radiación
- Identificación y asignación de las muestras de referencia y comparación
Orientar la evaluación según la función del material
Los cambios relevantes dependen de la función del material dentro del módulo. En una capa transparente, las propiedades ópticas pueden ser el aspecto principal; en un adhesivo, puede serlo la unión entre las superficies implicadas.
Por ello, antes de comenzar la exposición se seleccionan métodos de análisis y criterios de evaluación adecuados. Las investigaciones complementarias pueden incluir, por ejemplo, mediciones ópticas, microscopía o ensayos mecánicos. Estos procedimientos también se utilizan en la caracterización de módulos y componentes fotovoltaicos.
Posibles parámetros de evaluación:
- Cambios de color, amarilleamiento y aspecto superficial
- Transmitancia, reflectancia u otras propiedades ópticas relevantes
- Formación de grietas y cambios en la estructura multicapa
- Resistencia de adhesión y propiedades mecánicas de muestras adecuadas
- Propiedades eléctricas o aislantes según la función del material
Integrar la irradiación y el análisis de materiales en una secuencia de ensayo
Un puesto de ensayo de materiales debe facilitar tanto la exposición como la posterior manipulación de las muestras. A menudo deben organizarse varias variantes, muestras de referencia y mediciones intermedias. Una identificación clara y la documentación de las posiciones de las muestras facilitan la evaluación posterior.
BF Engineering adapta la tecnología de irradiación a los formatos de muestra y las condiciones de ensayo necesarios. Las interfaces con el control climático, los sensores y la adquisición de datos se planifican según la infraestructura de laboratorio existente.
Aspectos relevantes para la integración:
- Número y formato de las muestras que se van a investigar
- Cambio de muestras y acceso para mediciones intermedias
- Control de temperatura y conexión con equipos climáticos, cuando corresponda
- Registro de las condiciones de irradiación y los tiempos de funcionamiento
- Mantenimiento, limpieza y verificación de la superficie útil de ensayo
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