در زمینه به سرعت در حال گسترش تولید انرژی خورشیدی{0}}در مقیاس کاربردی، قابلیت اطمینان و طول عمر هر جزء برای اطمینان از خروجی انرژی ثابت و بازگشت سرمایه بسیار مهم است. در حالی که توجه زیادی به کارایی ماژول های فتوولتائیک (PV) یا دوام سازه های نصب شده است، نباید از وسایل حفاظتی حیاتی مانند فیوزها غافل شد. به ویژه در محیط های خشن در فضای باز، اشعه ماوراء بنفش (UV) چالشی قابل توجه و اغلب دست کم گرفته شده را برای مواد پلیمری مورد استفاده در محفظه ها و محفظه های فیوز ایجاد می کند.
محیط خورشیدی: چالشی غنی از UV{0}}
نیروگاه های خورشیدی در فضای باز، به دلیل ماهیت خود، در مکان هایی با تابش خورشیدی بالا برای به حداکثر رساندن برداشت انرژی نصب می شوند. این قرار گرفتن در معرض دائمی، همه تجهیزات را در معرض دوزهای شدید و تجمعی تابش خورشیدی قرار می دهد که نور UV جزء بسیار پرانرژی آن است. برخلاف نور مرئی، فوتون های UV انرژی کافی برای شکستن پیوندهای شیمیایی در بسیاری از پلیمرهای آلی را حمل می کنند. برای بدنه های فیوز که به طور سنتی از موادی مانند پلاستیک استاندارد یا لاستیک ساخته می شوند، قرار گرفتن طولانی مدت در معرض اشعه ماوراء بنفش فرآیندی به نام تخریب نوری را آغاز می کند. این منجر به بریدگی زنجیره در مولکول‌های پلیمر می‌شود که منجر به ترک‌خوردگی سطح، گچ‌شدن، از بین رفتن براقی، شکنندگی و کاهش تدریجی استحکام مکانیکی و خواص دی‌الکتریک می‌شود. تخریب صرفاً جنبه زیبایی ندارد. این یکپارچگی ساختاری فیوز و عملکرد اصلی آن یعنی ارائه حفاظت در برابر جریان اضافه قابل اعتماد را به خطر می اندازد.
پیامدهای تخریب UV در اجزای فیوز
خرابی فیوز به دلیل خرابی مواد ناشی از اشعه ماوراء بنفش{0}}می تواند اثرات آبشاری بر ایمنی و عملکرد نیروگاه خورشیدی داشته باشد.
1. از بین رفتن آب بندی و کپسولاسیون:محفظه فیوز شکننده یا ترک خورده می تواند مهر و موم هرمتیک خود را از دست بدهد و به رطوبت، گرد و غبار و عوامل خورنده اجازه نفوذ به عنصر داخلی را بدهد. این می تواند منجر به خوردگی زودرس عنصر ذوب شونده، تغییر ویژگی های خاموش شدن آن (پدیده ای به نام "پیری فیوز") یا ایجاد خرابی های غیرمنتظره شود. کپسوله‌سازی مؤثر برای طول عمر سایر اجزای خورشیدی، مانند سلول‌های پشت سر هم پروسکایت/سیلیکون، ضروری است و همین اصل در مورد دستگاه‌های حفاظتی نیز صدق می‌کند.
2. خطرات ایمنی الکتریکی:ترک یا سوراخ در محفظه باعث کاهش مقاومت عایق و استحکام دی الکتریک آن می شود. این امر خطر ردیابی، جریان های نشتی یا حتی فلاش قوس را افزایش می دهد که خطرات آتش سوزی و شوک الکتریکی جدی را برای پرسنل تعمیر و نگهداری ایجاد می کند و به طور بالقوه به تجهیزات مجاور آسیب می رساند.
3. خرابی مکانیکی در طول عملیات یا تعمیر و نگهداری:یک فیوز شکننده ممکن است در حین جابجایی، نصب یا تعویض معمولی شکسته شود. شکستگی بدنه فیوز می‌تواند حذف ایمن را دشوار کند و ممکن است زباله‌هایی را در جعبه کمباین یا اینورتر باقی بگذارد و خطرات بیشتری را ایجاد کند.
4. افزایش هزینه های عملیاتی:توقف برنامه ریزی نشده برای عیب یابی و تعویض فیوزهای خراب، همراه با آسیب احتمالی جانبی به سایر قطعات سیستم، مستقیماً هزینه یکسان شده انرژی (LCOE) را افزایش می دهد.
مهندسی مقاومت UV در فیوزهای خورشیدی
برای برآوردن طول عمر 25+ سال یک مزرعه خورشیدی مدرن، سازندگان فیوز باید از راه حل های مهندسی پیشرفته متمرکز بر علم مواد استفاده کنند.
ترکیبات پلیمری-با عملکرد بالا:سنگ بنای مقاومت در برابر اشعه ماوراء بنفش استفاده از پلاستیک های مهندسی پایدار است. موادی مانند پلی آمید (PA، به عنوان مثال، نایلون)، پلی بوتیلن ترفتالات (PBT)، و ترموست فرموله شده ویژه ترجیح داده می شوند. این مواد اغلب با سطوح بالایی از تثبیت‌کننده‌های UV ترکیب می‌شوند که با جذب یا خاموش کردن انرژی UV قبل از اینکه به زنجیره‌های پلیمری آسیب برسانند، به عنوان "ضدآفتاب" برای پلیمر عمل می‌کنند.
افزودنی ها و پوشش ها:علاوه بر تثبیت کننده های مخلوط شده در توده پلیمری، افزودنی هایی مانند کربن سیاه در جلوگیری از اشعه UV بسیار موثر هستند. علاوه بر این، اعمال یک پوشش مقاوم در برابر اشعه ماوراء بنفش یا استفاده از لایه‌های اکسترود شده همزمان با پوسته بیرونی مقاوم در برابر اشعه ماوراء بنفش{3}} می‌تواند یک مانع دفاعی اضافی بدون به خطر انداختن خواص الکتریکی و مکانیکی مواد حجیم ایجاد کند.
تست جامع زندگی تسریع شده:واجد شرایط بودن فیوز برای کاربردهای خورشیدی به آزمایش دقیق فراتر از رتبه بندی های الکتریکی استاندارد نیاز دارد. این شامل قرار گرفتن در معرض طولانی مدت در اتاق‌های هوازدگی UV (به عنوان مثال، پیروی از استانداردهایی مانند IEC 60068-2-5 یا ASTM G154)، که سال‌ها تابش خورشیدی را در یک بازه زمانی متراکم شبیه‌سازی می‌کنند، می‌شود. آزمایش‌ها نه فقط ظاهر، بلکه باید استحکام مکانیکی در معرض قرار گرفتن، ولتاژ مقاومت دی الکتریک و عملکرد قطع پایدار را نیز ارزیابی کنند. آزمایش عملکرد دو حالته برای اجزای خورشیدی یکپارچه در ساختمان، بر ضرورت اعتبارسنجی انعطاف‌پذیری در فضای باز تأکید می‌کند.
ملاحظات انتخاب و یکپارچه سازی سیستم
هنگام تعیین فیوز برای یک نیروگاه خورشیدی، مهندسان باید شواهد واضحی از مقاومت در برابر اشعه ماوراء بنفش را از تامین کنندگان درخواست کنند.
درخواست گواهینامه و داده های آزمایشی:به دنبال فیوزهایی باشید که صریحاً برای "استفاده در فضای باز" یا "کاربردهای خورشیدی" رتبه بندی شده اند و گزارش های آزمایشی را از آزمایشگاه های مستقل درخواست کنید که عملکرد مقاومت در برابر اشعه ماوراء بنفش را تأیید کنند.
کل مجمع را در نظر بگیرید:مقاومت در برابر اشعه ماوراء بنفش باید برای تمام قطعات پلیمری مرتبط با فیوز در نظر گرفته شود، از جمله درپوش های انتهایی، مکانیسم های نشانگر و حتی حامل/پایه اگر پلاستیکی باشد. فیوز بخشی از یک سیستم بزرگتر است-جعبه های ترکیبی، اینورترها، و سیم کشی- که همگی باید برای استقامت محیطی طراحی شوند.
تراز با طول عمر سیستم:دوام زیست محیطی فیوز باید با طول عمر مورد انتظار ماژول های PV و تعادل اجزای سیستم (BOS) مطابقت داشته باشد یا از آن فراتر رود و از حفاظت ثابت در طول عمر عملیاتی نیروگاه اطمینان حاصل کند.
نتیجه گیری
همانطور که نیروگاه های خورشیدی در مقیاس و پیچیدگی رشد می کنند و به سمت نصب های صد-مگاواتی و فراتر می روند، قابلیت اطمینان هر زیرسیستم غیرقابل مذاکره-می شود. فیوز، نگهبان خاموش مدارهای الکتریکی، باید طوری مهندسی شود که در مقابل همان عنصری که گیاه مهار می کند: نور خورشید مقاومت کند. مقاومت در برابر اشعه ماوراء بنفش یک ویژگی اختیاری نیست، بلکه یک نیاز اساسی برای فیوزها در کاربردهای خورشیدی در فضای باز است. توسعه دهندگان پروژه، پیمانکاران EPC و اپراتورهای نیروگاه، با اولویت بندی مواد تثبیت شده با اشعه ماوراء بنفش پیشرفته، آزمایش های دقیق و انتخاب آگاهانه اجزا، می توانند حالت خرابی کلیدی را کاهش دهند، ایمنی کلی سیستم را افزایش دهند و از بازده مالی و انرژی بلند مدت سرمایه گذاری های خورشیدی خود محافظت کنند. تعیین و استقرار فیوزهای مقاوم در برابر اشعه ماوراء بنفش{8}}گامی محتاطانه در ساخت زیرساخت های خورشیدی است که به همان اندازه بادوام و سازنده است.