Prove su celle solari
Elevata diffusione e alta aspettativa di vita dei prodotti, ma ridotte, se non assenti, linee guida, questa è l'attuale situazione dell'industria fotovoltaica. Le prove sono essenziali per le aziende che vogliono restare protagoniste in questo mercato altamente competitivo e raggiungere i dati di performance e l'aspettativa di vita attesi, offrendo i prezzi più bassi. Le celle solari possono sopravvivere al tremendo calo dei prezzi degli ultimi anni solo grazie a un miglioramento della qualità, a una produzione economicamente vantaggiosa e a una maggiore sicurezza.
Sfida
Le celle solari sono esposte agli eventi ambientali estremi di ogni giorno. Pioggia, grandine, tempeste e forti sbalzi di temperatura non devono compromettere la funzionalità del prodotto. Al contrario devono essere in grado di sopportare il proprio peso e quello di neve ghiaccio per raggiungere un'aspettativa di vita desiderata di 40 anni senza subire alcun danneggiamento. Queste attese sono elevate sia per le caratteristiche elettriche che per quelle meccaniche. Ad eccezione di eventuali specifiche contrattuali interne tra fornitori e produttori, non esistono linee guida standardizzate per la garanzia della qualità delle celle solari, né tanto meno normative per i requisiti meccanici dei componenti. A causa di queste mancanze e delle esigenze individuali del cliente sono necessari sistemi di prova e test personalizzati, ed è proprio qui che entrano in gioco gli esperti delle prove materiali!
Esempi di soluzioni di prova
Per darti un'idea dei test distruttivi nel campo della produzione di celle e pannelli solari, ti presentiamo qui diverse applicazioni di prova associate alle varie fasi della produzione di questi prodotti.
Le celle solari o fotovoltaiche sono componenti elettrici che convertono l'energia radiante contenuta nella luce direttamente in energia elettrica.
Di seguito i tipi più comuni:
- Le celle solari a film spesso sono realizzate in silicio monocristallino o policristallino. Sono ampiamente utilizzate nell'Europa centrale grazie alla loro elevata efficienza (oltre il 20%). Inoltre, sono caratterizzate da un elevato grado di rendimento per unità di superficie, per produrre una potenza di 1 Kwp, ad esempio, sono necessari circa 8 mq di tetto. Ad esempio, sono necessari circa 8 mq di tetto per produrre una potenza di 1 Kwp. La quantità di materiale e di energia necessaria per produrre questi pannelli è relativamente alta, quindi è fondamentale una garanzia di qualità costante.
- Possiamo distinguere diversi tipi di celle solari a film sottile a seconda del materiale di substrato utilizzato e dei depositi di vapore: silicio amorfo o microcristallino (a-Si, μ-Si), arseniuro di gallio (GaAs), tellururo di cadmio (CdTe), o composti rame-indio-(gallio)-zolfo-selenio (CIGS). Queste celle si differenziano da quelle realizzate in wafer di silicio cristallino per il relativo processo di produzione e per lo spessore del materiale usato.
- Celle solari organiche (realizzate in plastica con proprietà semiconduttive)
A causa delle diverse tecnologie e quindi della struttura parzialmente diversa dei tipi di celle solari, i requisiti di prova variano notevolmente.
Prove di peel su film Tedlar
I film plastici EVA (Etil Vinile Acetato) o in resina fusa sono laminati su entrambi i lati per formare una protezione anticorrosione impermeabile, mentre un film di Tedlar® o una lastra di vetro sul retro ha una protezione ulteriore per il pannello. La resistenza dei leganti viene testata mediante un peel test a 90°, in cui il film Tedlar® viene bloccato nell’afferraggi a vite e scollato dalla lastra di vetro. Con una macchina monocolonna è possibile eseguire senza difficoltà test su lastre di vetro di varie dimensioni. Questa prova viene effettuata durante la produzione per verificare che i parametri della macchina siano impostati correttamente. Viene utilizzata anche nei controlli all'ingresso delle merci e durante i test di riqualificazione dopo la data di scadenza. Per soddisfare gli standard, il film Tedlar® deve resistere a forze di peel fino a 250 N.
Prova di pull-out tra la scatola di derivazione e il cavo di collegamento
Per il pannello completo si consigliano varie prove di sicurezza, tra cui quelle di resistenza della struttura del telaio, determinazione delle forze di pressatura ed estrazione delle staffe angolari, prove di pull-out sui collegamenti elettrici e prove di trazione, compressione e flessione sul sistema di montaggio per il fissaggio del pannello. Le prove di estrazione dei cavi dalla scatola di derivazione elettrica possono essere eseguite utilizzando una macchina di prova ZwickRoell a 2 colonne Allround. La scatola di derivazione viene serrata in appositi portacampioni, mentre il cavo di collegamento è tenuto da afferraggi a vite e tirato con forze fino a 5 kN.
Test di punzonatura su vetro di sicurezza temprato secondo la ISO 614 Forma A e B
Nella prova di punzonatura viene posizionata una lastra in vetro 25x25 mm nel kit per prove di flessione a doppio anello (composto da: anello di supporto e di carico e da perni di arresto per il fissaggio del provino). Il campione viene portato a rottura dal carico generato dal punzone. Il contenitore in metallo presente evita la possibilità che schegge di vetro entrino a contatto con l'azionamento della macchina. In accordo alla normativa di riferimento questa prova viene eseguita con una macchina a 2 colonne con forza massina di 50 kN.
Prova di flessione a 4 punti su vetro per edilizia in accordo alla EN 1288-3 con macchina di prova ProLine
- Per testare la lastra di vetro è possibile eseguire sia test di punzonatura statici in accordo alla EN 1288-5 che test di flessione a 4 punti in accordo alla EN 1288-3.
- Per entrambe le prove si utilizza una macchina ZwickRoell AllroundLine con un dispositivo di sicurezza per evitare danneggiamenti o ferite causati da pezzi di vetro volanti.
- Questo sistema di prova è stato appositamente configurato per la determinazione della resistenza alla flessione del vetro piatto secondo la norma EN 1288-3 e ne soddisfa tutti i requisiti. Tutti i supporti a incudine e i rulli di curvatura possono essere ruotati liberamente e corrispondono alle dimensioni e alle separazioni richieste.
