Um painel solar raramente é destruído pelo sol que o alimenta. Mais frequentemente, a falha começa nas boudas: na costura da estrutura, na tampa da caixa de junção, no prensa-cabo, na carcaça do sensor. Esses são os pontos onde dois materiais diferentes se encontram e onde um composto de ligação e vedação é solicitado a realizar um trabalho que o vidro, o alumínio e a folha traseira de polímero não conseguem realizar sozinhos. As instalações externas passam por variações de temperatura que podem exceder sessenta graus Celsius entre a noite e o dia, absorvem a radiação ultravioleta direta por uma década ou mais e suportam repetidas condensações, chuvas provocadas pelo vento e, em muitas regiões, névoa salina ou poluentes industriais.
Um adesivo de uso geral ou uma calafetagem para construção nunca foram projetados para esta combinação de tensões agindo simultânea e continuamente. É por isso que a indústria solar convergiu para uma categoria mais restrita de materiais, amplamente agrupados em adesivo de silicone e sistemas de selantes adesivos de polímero , formulado especificamente para ligações elétricas e estruturais externas. Este artigo analisa o que separa esses compostos específicos dos selantes comuns, onde eles são aplicados em uma montagem de painel e como os instaladores e fabricantes podem avaliá-los por motivos técnicos e não de marketing.
A maioria dos adesivos gerais são formulados para uso interno, faixas de temperatura moderadas e exposição de curto prazo à umidade. Quando esses produtos são usados em equipamentos elétricos externos, três padrões de falha tendem a aparecer nos primeiros dezoito a trinta e seis meses de serviço:
Como uma caixa de junção abriga os diodos de bypass e os terminais de saída positivo e negativo, a entrada de umidade neste único ponto pode comprometer uma série inteira de painéis, e não apenas um módulo. Esta é uma das razões pelas quais a especificação do selante para este componente tende a ser mais rigorosa do que para quase qualquer outra parte da montagem.
| Fator de estresse | Exposição Aproximada |
|---|---|
| Faixa de temperatura | Negativo 40 a positivo 90 graus Celsius |
| Exposição UV | Vida útil contínua de 20 a 30 anos |
| Ciclagem de umidade | Condensação diária na maioria dos climas |
| Estresse mecânico | Carga de vento, expansão térmica, manuseio |
O termo usado em toda a indústria para esta classe de material é sílica gel fotovoltaica , um composto de silicone de cura térmica ou à temperatura ambiente projetado para unir, vedar e isolar eletricamente componentes dentro de um módulo solar ou seu hardware de gabinete. Ao contrário de uma calafetagem de silicone geral, ela é formulada em torno de um conjunto específico de metas de desempenho que mapeiam diretamente os modos de falha descritos acima.
Muitas formulações nesta categoria são fornecidas como silicone transparente or silício transparente produtos, em parte por razões estéticas em costuras visíveis e em parte porque uma cura transparente permite uma inspeção visual da integridade da ligação sem desmontagem. Uma linha de cura limpa, sem bolhas e com cores uniformes é um dos indicadores de campo mais simples de que uma aplicação foi feita corretamente e que o material não começou a se degradar.
A caixa de junção é o ponto de saída elétrica de um módulo solar e também é um dos mais vulneráveis mecanicamente. Normalmente é colado à folha traseira com um cordão de selante em torno de seu perímetro, e sua tampa é selada com uma gaxeta, um cordão adesivo ou ambos. Um produto comercializado como Caixa de junção de montagem de painel solar pode selante de silicone é formulado com esta junta específica em mente, equilibrando três requisitos que às vezes estão em tensão entre si: forte adesão ao material do alojamento da caixa, um perfil de cura compatível com a folha traseira sem causar delaminação e flexibilidade de longo prazo para que a ciclagem térmica repetida não abra um caminho de vazamento na costura.
| Localização | Risco primário se mal vedado |
|---|---|
| Perímetro caixa-folha traseira | Rastreamento de água sob a caixa, corrosão das juntas de solda |
| Linha de junta da tampa | Acumulação de condensação dentro do gabinete |
| Prensa de entrada de cabo | Entrada de umidade capilar ao longo do condutor |
| Cavidade de envasamento de diodo | Arco elétrico ou fuga térmica sob carga |
Os dados de campo coletados em instalações de longa duração mostram consistentemente que uma parcela desproporcional de strings com baixo desempenho ou falhas pode ser atribuída à umidade na caixa de junção e não às próprias células fotovoltaicas. Isto faz com que a escolha do selante nesta junta única seja uma das decisões de maior importância em todo o processo de montagem.
Além da caixa de junção, uma instalação solar moderna inclui um número crescente de componentes menores, cada um precisando de sua própria estratégia de vedação: juntas de canto da estrutura, interfaces de suporte de montagem, conectores estilo MC, sensores de nível de string e, em alguns projetos, microinversores integrados ou otimizadores montados diretamente no módulo. Um Selante de silicone para componente de painel solar a aplicação normalmente difere da vedação de caixa de junção no tamanho do cordão, na velocidade de cura e, às vezes, na viscosidade, uma vez que essas juntas são geralmente menores, mais numerosas e aplicadas em velocidades de linha mais altas durante a fabricação.
Como esses componentes são produzidos e instalados em escala, os fabricantes também avaliam a velocidade de cura e o comportamento de distribuição juntamente com o desempenho a longo prazo. Um composto que cura muito lentamente pode causar gargalos em uma linha de montagem; aquela que descasca muito rapidamente pode criar problemas de adesão se as duas superfícies não estiverem unidas dentro da janela de trabalho.
Nem todo produto de silicone vendido como selante externo é adequado para trabalhos fotovoltaicos. A tabela abaixo compara categorias amplas frequentemente consideradas para montagem e manutenção solar, sem referência a qualquer marca ou fabricante específico.
| Categoria de selante | Resistência UV | Isolamento Elétrico | Uso típico em montagem fotovoltaica |
|---|---|---|---|
| Silicone de construção geral | Moderado | Não classificado | Não recomendado para caixas de junção ou conectores |
| Silicone de grau PV de cura neutra | Alto | Classificado para circuitos CC de baixa tensão | Caixa de junção, costuras da estrutura, caixas de conectores |
| Silicone para envasamento de duas partes | Alto | Alto, full encapsulation | Cavidades de diodo, circuitos de sensores, preenchimento de conectores |
| Silicone geral de cura acética | Moderado to low | Não classificado | Evite contatos próximos de metal devido a subprodutos corrosivos da cura |
A distinção entre química de cura neutra e química de cura acética vale a pena ser destacada por si só. Os silicones de cura acética liberam um subproduto durante a cura que pode ser levemente corrosivo para certos metais, o que é indesejável perto de terminais de cobre, juntas de solda ou conectores banhados. Este é um dos filtros mais claros e inegociáveis na triagem de um silicone de energia renovável produto para uso em qualquer lugar próximo a contatos elétricos energizados.
Mesmo um selante bem formulado terá um desempenho inferior se for aplicado incorretamente. A sequência abaixo reflete a prática comum em linhas de montagem de módulos e equipes de instalação em campo, tanto para um adesivo para caixa de junção solar e a general Selante de módulo fotovoltaico aplicação.
Uma vedação é tão forte quanto o seu centímetro mais fraco. A geometria uniforme do cordão e a preparação limpa do substrato normalmente são mais importantes para o desempenho a longo prazo do que a diferença marginal entre duas formulações de selantes comparáveis.
Como uma falha de vedação no campo é cara para diagnosticar e ainda mais cara para remediar em uma matriz instalada, o controle de qualidade desses materiais tende a se concentrar no envelhecimento acelerado, em vez de depender apenas de verificações de adesão de curto prazo.
O ciclo térmico move repetidamente uma amostra ligada entre temperaturas extremas para revelar fissuras por fadiga que levariam anos para aparecer em condições externas normais. A exposição ao calor úmido, muitas vezes executada por centenas de horas em temperatura e umidade elevadas, é usada para verificar se a adesão se mantém sob pressão sustentada de umidade, em vez de exposição breve. Os testes de rigidez dielétrica confirmam que o material curado ainda funciona como isolante elétrico após o envelhecimento, o que é particularmente relevante para selantes usados perto de cavidades de diodos ou terminais energizados.
Para instaladores e equipes de compras sem acesso ao laboratório interno, solicitar relatórios de testes que abranjam essas categorias, juntamente com uma folha de dados clara listando o tempo de cura, o tempo de trabalho e a faixa de temperatura de serviço, é um padrão mínimo razoável antes de especificar um produto para um projeto em escala comercial.
O custo do selante representa uma pequena fração do custo total do módulo ou da instalação, mas uma má escolha do selante pode ser responsável por uma parcela desproporcional de reclamações de garantia e capotamentos de caminhões ao longo da vida útil de um sistema. Uma maneira útil de enquadrar essa compensação é comparar o custo incremental do material de um selante com classificação adequada com o custo de mão de obra e tempo de inatividade de um único reparo em campo.
| Fator de custo | Selante subdimensionado ou errado | Selante devidamente especificado |
|---|---|---|
| Custo de material por módulo | Inferior | Marginalmente mais alto |
| Taxa de falha de campo | Altoer, especially after year 2 to 3 | Inferior, aligned with module warranty period |
| Mão de obra de reparo | Significativo, muitas vezes requer acesso ao site | Vida útil mínima acima da nominal |
| Exposição à garantia | Altoer | Inferior |
Dado que a maioria das garantias dos módulos agora se estendem por vinte e cinco anos ou mais, é razoável esperar que o selante permaneça funcional durante um período de serviço comparável, mesmo que nunca seja inspecionado com a mesma frequência que os componentes elétricos que protege.
Um selante de silicone geral é formulado para construção ampla ou uso doméstico, enquanto um produto de grau fotovoltaico é projetado em torno da combinação específica de exposição prolongada aos raios UV, grandes oscilações de temperatura e proximidade de circuitos elétricos energizados encontrados em um módulo solar.
Em muitos casos, um silicone de grau fotovoltaico de cura neutra pode ser usado em ambas as áreas, mas a vedação da caixa de junção perto de terminais energizados normalmente exige um produto com classificações de isolamento elétrico confirmadas, enquanto a vedação da estrutura dá mais peso à adesão e à resistência às intempéries.
Os silicones de cura acética liberam um subproduto durante a cura que pode ser levemente corrosivo para certos metais, portanto, as formulações de cura neutra são geralmente preferidas perto de terminais de cobre, juntas de solda ou conectores banhados.
Geralmente, espera-se que um selante especificado e aplicado corretamente permaneça funcional por uma vida útil comparável ao período de garantia do módulo, geralmente vinte e cinco anos ou mais, assumindo a preparação e aplicação corretas da superfície.
A maioria das falhas remonta a erros de aplicação e não ao material em si, incluindo limpeza inadequada da superfície, aplicação descontínua do cordão ou montagem de peças depois que o selante já começou a descascar.
O silicone transparente é comumente usado porque permite uma inspeção visual da linha de ligação sem desmontagem, mas a decisão ainda deve ser baseada principalmente na adesão, resistência aos raios UV e dados de isolamento elétrico, em vez de apenas na aparência.
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