KFUPM ePrints

Performance and Life Prediction Model for Photovoltaic Module: Effect of Encapsulant Constitutive Behavior

l Performance and Life Prediction Model for Photovoltaic Module: Effect of Encapsulant Constitutive Behavior. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img]PDF
3917Kb

Arabic Abstract

الخلايا الكهروضوئية تتألف من طبقات من مواد مختلفة مترابطة معا من خلال غلاف بوليمري. فمن خلال عملية التغليف تواجه الخلايا الكهروضوئية أحمالا ميكانيكية وحرارية نظرا لاختلاف درجة الحرارة الموسمية واليومية والتغير في رطوبة الهواء والتي بدورها تسبب في كسر الروابط بسبب تكرر التأثير الحراري والتآكل في المواد وانفتالها. وكما هو معروف فالهدف من الغلاف البوليمري هو حماية خلايا السيلكون و المواد المترابطة معها من الرطوبة و الحرارة و الأضرار الميكانيكية الأخرى. لقد قدر العمر الافتراضي للخلايا الكهروضوئية الحالية بـ 25 عاما لكن المشكلة أنه ليس من المعقول الانتظار طول هذه المدة لتقييم الخلية الضوئية. لذا تهدف هذه الدراسة في تطوير نموذج شامل بواسطة نظام العناصر المحددة قادر على تمثيل سلوك الخلية الكهروضوئية تحت الظروف العملية آخذة بعين الاعتبار اللزوجة المطاطية للغلاف البوليمري لتكون متعامدة مع خلايا السيلكون.وقد وجد أن الروابط النحاسية تخضع لتشوه بلاستيكي بعد عملية التغليف. وقد تم اختبار النموذج المطور وذلك بعرضه لنظام حراري متتابع وعابر باستخدام بيانات الأرصاد الجوية ومن خلال ذلك أمكن حساب العمر الافتراضي لنموذج الخلية الكهروضوئية آخذا في الاعتبار عمر العبء الحراري للنحاس والمواد المرتبطة به. وأخيرا أختبر أداء التغليف بالاعتماد على بحوث مماثلة لإيجاد أفضل الخيارات بالنسبة للعوامل المؤثرة على عمر وأداء نموذج الخلية الكهروضوئية.

English Abstract

A Photovoltaic (PV) module consists of layers of different materials constrained together through an encapsulant polymer. During operation, it experiences thermal loads due to temperature variations and humidity, which cause breakage of interconnects owing to fatigue, corrosion and laminate warpage. The encapsulant protects the silicon cells and interconnects from moisture, heat and mechanical damage. The lifetime of today’s PV module is expected to be 25 years, but the problem is that it is not convenient to wait and assess its durability. The objective of the current work is to develop a comprehensive Finite-Element (FE) model capable of capturing the actual behavior of PV module under operation. Viscoelasticity of the encapsulant polymer was taken into account and the silicon cells were modeled as orthotropic. It was found that the copper interconnects undergo plastic deformation just after the lamination process. The developed model is sequentially-coupled to a transient thermal model. By using meteorological data, average life of PV module is predicted considering thermal fatigue life of copper interconnects. Finally, an encapsulant based comparative study is performed to determine an optimal option with respect to various parameters affecting PV module performance and life.



Item Type:Thesis (Masters)
Subjects:Mechanical
Divisions:College Of Engineering Sciences > Mechanical Engineering Dept
Committee Advisor:Arif, Abul Fazal M.
Committee Members:Al-Nassar, Yagoub Nassar and Pashah, Sulaman
ID Code:138883
Deposited By:HASAN OSAMA (g201004320)
Deposited On:22 May 2013 14:10
Last Modified:24 Nov 2014 10:46

Repository Staff Only: item control page