Il 2024 segna un momento cruciale per l'industria fotovoltaica (FV), poiché la forte concorrenza spinge a rapidi progressi nella tecnologia delle celle e nelle applicazioni industriali, superando di gran lunga il ritmo di un decennio fa. Nonostante queste innovazioni, la scelta del film di incapsulamento – che sia POE (elastomero poliolefinico), EVA (copolimero etilene-vinil acetato) o EPE – rimane un argomento critico e ampiamente dibattuto sia per i moduli vetro-vetro, sia per quelli con supporto in vetro e flessibili.
I moduli fotovoltaici per esterni sono soggetti a degrado a causa di quattro fattori ambientali principali: calore, ossigeno, acqua e radiazioni ultraviolette (UV). Mentre l'attività biologica è trascurabile in queste applicazioni, gli altri fattori giocano un ruolo decisivo nella scelta dei materiali. Questo articolo confronta le prestazioni di EVA e POE in queste condizioni, offrendo nuove prospettive e metodologie per la selezione dei materiali.
1. Calore
Sia l'EVA che il POE, una volta reticolati, possono resistere a brevi esposizioni a temperature intorno ai 150 °C. Tuttavia, l'EVA si decompone a temperature superiori ai 200 °C, rilasciando quantità significative di acido acetico, mentre il POE rimane stabile fino a temperature superiori ai 300 °C.
2. Ossigeno
A temperatura ambiente, entrambi i materiali mostrano una buona resistenza all'ossidazione. Tuttavia, l'EVA contiene tracce di monomeri di acido acetico libero, che sono soggetti a ossidazione ad alte temperature. Al contrario, il POE, composto interamente da legami carbonio-idrogeno chimicamente stabili, richiede temperature significativamente più elevate per reagire con l'ossigeno.
3. Acqua
I gruppi esterei dell'EVA sono soggetti a idrolisi, con conseguente formazione di gruppi carbossilici che accelerano ulteriormente l'idrolisi e la degradazione del materiale. Il POE, grazie alla sua catena interamente carbonio-idrogeno, è chimicamente stabile e non risente dell'idrolisi. Inoltre, il POE presenta una resistenza superiore al vapore acqueo, con un tasso di trasmissione del vapore acqueo (WVTR) di circa 3 g/m2·24h a 38°C e 90% di umidità relativa, rispetto al WVTR dell'EVA di 25 g/m2·24h. Questa minore permeabilità migliora la capacità del POE di proteggere i componenti interni del modulo dai danni causati dall'umidità.
4. Radiazione ultravioletta
La struttura a catena interamente carbonio-idrogeno del POE presenta forti legami chimici (legami CH a 414 kJ/mol e legami CC a 332 kJ/mol), che li rendono resistenti alla scissione indotta dai raggi UV. Al contrario, i gruppi esterei dell'EVA contengono legami CO con energie di legame inferiori a 330 kJ/mol, che sono più soggetti alla degradazione UV.
Conclusione
Tra i quattro fattori chiave che influenzano l'affidabilità delle applicazioni esterne (calore, ossigeno, acqua e raggi UV), il PoE supera costantemente l'EVA. Con l'aumento dell'efficienza delle celle fotovoltaiche e la conseguente crescente esigenza di affidabilità, il PoE rimane la scelta ottimale per garantire una produzione di energia stabile e duratura in ambienti esterni.
