সৌর প্যানেলের সামুদ্রিক জলের ক্ষয়: প্রক্রিয়া, পরীক্ষার মান এবং প্রশমন কৌশল

ভূমিকা

নবায়নযোগ্য শক্তির দিকে বিশ্বব্যাপী ধাক্কা উপকূলীয় এবং উপকূলীয় পরিবেশে ফটোভোলটাইক (PV) ইনস্টলেশনের দ্রুত সম্প্রসারণকে চালিত করেছে। বিশ্বব্যাপী ভাসমান PV ক্ষমতা 2023 সালের শেষ নাগাদ আনুমানিক 5.9 গিগাওয়াট পৌঁছেছে এবং 2030 সালের মধ্যে 10 গিগাওয়াট অতিক্রম করবে বলে অনুমান করা হচ্ছে। অফশোর পিভি ভূমি-ব্যবস্থার উপর স্বতন্ত্র সুবিধা প্রদান করে, যার মধ্যে রয়েছে জমির ব্যবহার সীমাবদ্ধতা এবং শীতল শক্তির ফলনের ফলে উচ্চ শক্তির ফলন। যাইহোক, সামুদ্রিক জল একটি ক্ষয় প্রক্রিয়ার একটি সেট প্রবর্তন করে যা মৌলিকভাবে সৌর মডিউলগুলির স্থায়িত্ব এবং কার্যকারিতাকে এমনভাবে হুমকি দেয় যেভাবে স্থলজ স্থাপনাগুলি খুব কমই সম্মুখীন হয়।

সমুদ্রের জলের প্রক্রিয়া-প্ররোচিত অবক্ষয়

কাচের ক্ষয় এবং অপটিক্যাল ক্ষতি

একটি পিভি মডিউলের সামনের কভার গ্লাসটি সমুদ্রের জলের সংস্পর্শে আসা প্রথম বাধা। পরীক্ষামূলক গবেষণায় দেখা গেছে যে সিমুলেটেড সামুদ্রিক জলে 98 দিন নিমজ্জিত করার পরে, পিভি গ্লাসের ট্রান্সমিট্যান্স 91.46% থেকে 70.35%-এ 21 শতাংশের বেশি পয়েন্টের ক্ষতি হয়ে যায়। এই নাটকীয় অপটিক্যাল অবক্ষয় একটি ক্রমিক জমা প্রক্রিয়া দ্বারা চালিত হয়: ম্যাগনেসিয়াম-লবণ স্তরগুলি প্রথমে তৈরি করে এবং কাচের পৃষ্ঠের স্থানীয় ক্ষয়কে ত্বরান্বিত করে, তারপরে ক্যালসিয়াম-লবণ ওভারলেয়ারগুলি তৈরি করে যা চলমান কাচের দ্রবীভূতকরণের সাথে, অপটিক্যাল ক্ষয়কে আরও বাড়িয়ে দেয় এবং মডিউল আউটপুটকে কমিয়ে দেয়।

ধাতব উপাদানের ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল জারা

সমুদ্রের জল আয়নিক প্রজাতিতে সমৃদ্ধ-Na⁺, Cl⁻, Mg²⁺, SO₄²⁻-যাদের মডিউলে শোষণ বা অনুপ্রবেশ ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল ক্ষয় প্রক্রিয়া শুরু করে। ধাতব ইলেক্ট্রোড, বিশেষ করে রৌপ্য (Ag) এবং তামা (Cu), সম্ভাব্য স্থানান্তর এবং আয়ন বিস্তারের জন্য অত্যন্ত সংবেদনশীল, উভয়ই দীর্ঘ-স্থায়ীতার সাথে আপস করে। উপকূলীয় অঞ্চলে, প্রাথমিক ব্যর্থতার মোড হল ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল এবং গ্যালভ্যানিক জারা ধাতব যোগাযোগ এবং ঢালাইগুলিতে ঘটে, কারণ প্যানেলে আর্দ্রতার অনুপ্রবেশ ধাতব যোগাযোগের অক্সিডেশন এবং এনক্যাপসুল্যান্ট পদার্থের অবক্ষয়কে ত্বরান্বিত করে।

এই প্রক্রিয়াটির একটি বিশেষভাবে দৃশ্যমান প্রকাশ হল মডিউল পৃষ্ঠের গাঢ় রেখা বা জলের চিহ্নের গঠন। লবণ-বোঝাই আর্দ্রতা সৌর কোষের ধাতবকরণে ব্যবহৃত সিলভার পেস্টে ইলেক্ট্রোলাইট ক্রিয়াকলাপের জন্য একটি ইলেক্ট্রোলাইট পরিবেশ প্রদান করে, যার ফলে সিলভার অক্সাইড তৈরি হয় যা দৃশ্যমান কালো রেখা হিসাবে প্রদর্শিত হয়, যা মডিউলের চেহারা এবং বৈদ্যুতিক কার্যকারিতা উভয়ই নষ্ট করে।

এনক্যাপসুল্যান্ট এবং জংশন বক্স দুর্বলতা

লবণের আর্দ্রতার দীর্ঘ সংস্পর্শে ফ্রেম, জংশন বক্স এবং কাচের পৃষ্ঠের মতো গুরুত্বপূর্ণ মডিউল অংশগুলির ক্ষয় ঘটায় যা কার্যক্ষমতা হ্রাস করে এবং মডিউলের পরিষেবা জীবনকে ছোট করে। যদি একটি বিতরণ বাক্স, টার্মিনাল, বা বৈদ্যুতিন সংকেতের মেরু বদল লবণ কুয়াশা বা বাষ্প দ্বারা অনুপ্রবেশ করা হয়, এটি শেষ পর্যন্ত জমার কারণে মরিচা পড়ে। অতএব, সামুদ্রিক অ্যাপ্লিকেশনের জন্য জংশন বাক্সগুলি লবণ এবং আর্দ্রতা প্রমাণের জন্য IP68 সিল করা উচিত।

ত্বরান্বিত অবক্ষয়ের হার

উপকূলীয় পরিস্থিতিতে বাইফেসিয়াল মডিউলগুলির ক্ষেত্র পর্যবেক্ষণগুলি ভাল-ক্যাপসুলেটেড মডিউলগুলির জন্য প্রতি বছর প্রায় 0.36% এবং 0.75% এর মধ্যে কার্যকর বার্ষিক অবক্ষয় হারের রিপোর্ট করে৷ যাইহোক, অফশোর পিভি মডিউলগুলিতে লবণের জমে অতিরিক্ত 0.05% থেকে 0.13% অবক্ষয়ের হার ত্বরান্বিত করে, সম্ভাব্যভাবে মডিউলের জীবনকাল 3 থেকে 5 বছর কমিয়ে দেয়। খারাপভাবে ডিজাইন করা এনক্যাপসুলেশন সহ চরম ক্ষেত্রে, পিছনের-পার্শ্বের সম্ভাব্যতা-প্ররোচিত অবক্ষয় স্থানীয়করণের পিছনের-বিদ্যুতের ক্ষতি 30% ছাড়িয়েছে।

ইন্ডাস্ট্রি টেস্টিং স্ট্যান্ডার্ড

লবণের কুয়াশা জারা প্রতিরোধের নিয়ন্ত্রণকারী প্রাথমিক আন্তর্জাতিক মান হল IEC 61701, যা NaCl এবং MgCl₂ এর মতো ক্লোরাইড যৌগ ধারণকারী লবণের কুয়াশা থেকে ক্ষয় প্রতিরোধের জন্য PV মডিউলগুলির প্রতিরোধ নির্ধারণের জন্য পরীক্ষার ক্রমগুলি বর্ণনা করে। সবচেয়ে গুরুতর পরীক্ষার স্তর-লেভেল 6- 56 দিনের মধ্যে আটটি পরীক্ষা চক্র জড়িত। প্রতিটি 7-দিনের চক্রে 93% আর্দ্রতা সহ 35 ডিগ্রিতে দুই ঘন্টা স্থায়ী লবণ স্প্রে করার চারটি ধাপ থাকে, তারপরে নিয়ন্ত্রিত আর্দ্রতার সাথে 40 ডিগ্রিতে সঞ্চয় করা হয়। এই কঠোর প্রোটোকল পাওয়ার আউটপুট অবক্ষয়, স্থল ধারাবাহিকতা, ভেজা ফুটো বর্তমান, নিরোধক প্রতিরোধ, এবং চেহারা মূল্যায়ন করে।

IEC 61701-এর তৃতীয় সংস্করণ, 2020 সালে জারি করা হয়েছে, গুরুত্বপূর্ণ আপডেটগুলি প্রবর্তন করেছে: পরীক্ষার পদ্ধতিগুলিকে ঘনীভূত করা হয়েছিল এবং IEC 61215 এবং IEC 61730-এর নতুন সংস্করণগুলির সাথে সারিবদ্ধ করা হয়েছিল, এবং বিভিন্ন অ্যাপ্লিকেশনে কোন পরীক্ষা পদ্ধতিগুলি প্রযোজ্য তা নির্দেশ করার জন্য একটি আদর্শ সংযোজন যুক্ত করা হয়েছিল৷ কিছু নির্মাতা স্বেচ্ছায় স্ট্যান্ডার্ডের প্রয়োজনীয়তা অতিক্রম করেছে, 168 দিন পর্যন্ত লবণের কুয়াশা সাইক্লিং পরীক্ষা পরিচালনা করে-সর্বোচ্চ স্ট্যান্ডার্ড স্তরের সময়কালের তিনগুণ-এবং মাত্র 1% বিদ্যুত ক্ষতি অর্জন করে।

প্রশমন এবং সুরক্ষা কৌশল

উন্নত গ্লাস আবরণ

নেতৃস্থানীয় PV নির্মাতারা সামুদ্রিক পরিবেশের জন্য বিশেষ কাচের আবরণ তৈরি করেছে। একটি উল্লেখযোগ্য পদ্ধতি একটি ঘন SiO₂ বেস লেয়ারকে নিযুক্ত করে যা একটি উচ্চ-ট্রান্সমিট্যান্স অ্যান্টি-প্রতিফলিত পৃষ্ঠ স্তরের সাথে মিলিত হয়; বেস লেয়ারটি কার্যকরভাবে জলীয় বাষ্প এবং ক্লোরাইড আয়নের অনুপ্রবেশকে বাধা দেয় যখন পৃষ্ঠ স্তরটি স্ব-পরিষ্কার ক্ষমতা প্রদান করে এবং 94% এর উপরে সংক্রমণ বজায় রাখে। এই ধরনের মডিউলগুলি IEC 61701 সল্ট মিস্ট লেভেল 8 পরীক্ষায় উত্তীর্ণ হয়েছে, যা প্রচলিত প্রয়োজনীয়তাগুলিকে অতিক্রম করেছে। টেম্পারড সাবস্ট্রেট, ডাবল-স্তর ন্যানো-আবরণ, পারমাণবিক স্তর জমা, সুপারহাইড্রোফোবিক স্ব-পরিষ্কার এবং প্রান্ত সিলিংকে একত্রিত করে একটি সমন্বিত সুরক্ষা প্রক্রিয়া 25 বছরেরও বেশি সময় ধরে মডিউলের আয়ুষ্কাল বাড়াতে দেখানো হয়েছে, ডবল-এক্সস্ট্রেটিং গ্লাস ডিস্ট্রেটিং লেয়ারের সাথে 1,100 ঘন্টা।

ফ্রেম এবং কাঠামোগত সুরক্ষা

স্ট্যান্ডার্ড টেরেস্ট্রিয়াল পিভি মডিউলগুলির অ্যালুমিনিয়াম ফ্রেমগুলি সাধারণত AA10 স্পেসিফিকেশনে অ্যানোডাইজ করা হয়। সামুদ্রিক পরিবেশের জন্য, এটিকে AA20 (20–25 μm পুরুত্ব) তে আপগ্রেড করতে হবে, যা উপকূলীয় সৌর প্রকল্পের জন্য বাধ্যতামূলক সামুদ্রিক-গ্রেড মান হিসাবে বিবেচিত হয়৷ ফ্রেমের অ্যানোডাইজড লেয়ার AA10 থেকে AA20 তে আপগ্রেড করা নাটকীয়ভাবে জারা প্রতিরোধের উন্নতি করে এবং দীর্ঘায়িত এক্সপোজারের অধীনে কাঠামোগত নির্ভরযোগ্যতা বাড়ায়। জিঙ্ক-ম্যাগনেসিয়াম-অ্যালুমিনিয়াম স্টিলের আবরণগুলিও C5-M সামুদ্রিক পরিবেশে ব্যবহারের জন্য প্রত্যয়িত হয়েছে, 3% ম্যাগনেসিয়াম উপাদান কম ম্যাগনেসিয়াম সামগ্রী সহ আবরণগুলির তুলনায় ক্ষয়ের বিরুদ্ধে অনেক বেশি কার্যকর প্রতিরক্ষা প্রদান করে৷

স্ব-নিরাময় এবং অ্যান্টি-UV যৌগিক আবরণ

আবরণ প্রযুক্তির সাম্প্রতিক অগ্রগতি সামুদ্রিক PV সরঞ্জামগুলির জন্য স্ব-নিরাময় ক্ষমতা চালু করেছে৷ সিনারজিস্টিক ইলেক্ট্রোস্পিনিং এবং ইলেক্ট্রোস্প্রেয়ের মাধ্যমে তৈরি একটি যৌগিক আবরণ প্রমাণ করে যে, লবণ-স্প্রে পরীক্ষার সময়, ক্ষয়প্রাপ্ত এলাকাটি ফাঁকা ইপোক্সি আবরণের তুলনায় যথেষ্ট ছোট ছিল, ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল প্রতিবন্ধকতা দুটি ম্যাগনিটুডের আদেশে ফাঁকা ইপোক্সির চেয়ে বেশি ছিল। ক্ষতিগ্রস্থ অঞ্চলগুলির স্ব-নিরাময় অল্প সময়ের মধ্যে সম্পন্ন হয়েছিল, এবং 300-ঘন্টা ত্বরিত বার্ধক্য পরীক্ষার পরে, আবরণটি তার ভৌত-রাসায়নিক বৈশিষ্ট্য এবং প্রতিরক্ষামূলক কার্যকারিতা সংরক্ষণ করে।

স্ট্রাকচারাল জারা এবং যান্ত্রিক প্রভাব

পিভি মডিউলের বাইরেও, অফশোর ভাসমান পিভি সিস্টেমের কাঠামোগত উপাদানগুলি গুরুতর জারা চ্যালেঞ্জের মুখোমুখি হয়। সামুদ্রিক ক্ষয় প্রায় 33% থেকে 45% কমিয়ে-গুরুত্বপূর্ণ T-জয়েন্টের ভার বহন ক্ষমতা কমিয়ে দেয়। দৃঢ়তা হ্রাস 59.76% পর্যন্ত পৌঁছেছে, যখন শক্তি অপচয় ক্ষমতা 54.6% থেকে 62.5% পর্যন্ত হ্রাস পেয়েছে। যাইহোক, পরিবর্তিত ইপোক্সি-গ্লাস-ফ্লেক লেপ এবং গ্রাফিন দস্তার আবরণ কার্যকরভাবে টি-জয়েন্টগুলিকে রক্ষা করে, আবরণ ব্যর্থতা ছাড়াই প্রায় অপরিবর্তিত লোড বহন করার ক্ষমতা বজায় রাখে-।

অর্থনৈতিক প্রভাব

সামুদ্রিক পিভি ইনস্টলেশনে জারা খরচ যথেষ্ট। ফ্লোরিডা আটলান্টিক উপকূল থেকে 200 মিটার দূরে অবস্থিত একটি 5 মেগাওয়াট সৌর খামার তার প্রথম বছরে 5% কার্যকারিতা হ্রাস পেয়েছে, রক্ষণাবেক্ষণ খরচ প্রতি মেগাওয়াট প্রতি বছরে $15,000 পৌঁছেছে। যথাযথ ক্ষয়-প্রতিরোধী স্পেসিফিকেশন 5-10% যোগ করে আপফ্রন্ট বিলের-{11}}সামগ্রীর খরচ-প্রতি মডিউলে প্রায় $2–4-কিন্তু এই প্রিমিয়াম ফ্রেমের ক্ষয় রোধ করে নিজের জন্য অর্থ প্রদান করে যা অন্যথায় মডিউল সম্পূর্ণ প্রতিস্থাপনের প্রয়োজন হয়। চীনে, শিল্প-বিস্তৃত ক্ষয় খরচ অনুমান করা হয়েছে ৪ ট্রিলিয়ন ইউয়ান, যা জিডিপির ৩.৩৪%, যখন কার্যকর ক্ষয় সুরক্ষা এই ক্ষতির ২৫% থেকে ৪০% পুনরুদ্ধার করতে পারে।

উপসংহার

সমুদ্রের জলের কারণে ক্ষয় দ্রুত বিকশিত অফশোর এবং উপকূলীয় ফটোভোলটাইক বাজারের মুখোমুখি হওয়া উল্লেখযোগ্য অসুবিধাগুলির মধ্যে একটি। সমস্যার প্রকৃতি ব্যাখ্যা করার একাধিক উপায় রয়েছে। এখানে বিভিন্ন ধরনের অবক্ষয় দেখা যায় - কাচের ক্ষয়, ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল প্রক্রিয়াগুলি ডিভাইসের ধাতব অংশগুলিতে কাজ করে, এনক্যাপসুলেটিং উপাদানের দুর্বল হওয়ার পাশাপাশি ডিভাইসের কাঠামোকে দুর্বল করে দেয়। এই শিল্পটি বহু-স্তরের কাচের আবরণ এবং ধাতব আবরণের জন্য উন্নত অ্যানোডাইজেশন ব্যবহার করে নতুন সুরক্ষা প্রযুক্তির বিকাশের মাধ্যমে চ্যালেঞ্জ মোকাবেলা করে৷ IEC 61701 এর মতো জারা পরীক্ষায় শিল্পটিকে আন্তর্জাতিক মান দ্বারা সহায়তা করা হয়। অফশোর প্রকল্পের পরিমাণ বৃদ্ধির সাথে সাথে সৌর শক্তি প্ল্যান্টের কার্যকারিতার জন্য নির্ভরযোগ্য, সস্তা জারা সুরক্ষার ব্যবস্থা অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ হয়ে ওঠে।