Qué mide un analizador de permeabilidad al oxígeno

Un analizador de permeabilidad al oxígeno para materiales de lámina posterior solar mide el paso de oxígeno a través de una película o laminado en condiciones controladas. El resultado habitual es la tasa de transmisión de oxígeno, u OTR: la cantidad de oxígeno que atraviesa un área determinada en un tiempo determinado. Los resultados pueden expresarse en cm³/(m²·día), con el volumen de gas referido a las condiciones indicadas. Un OTR más bajo indica una mayor resistencia a la transmisión de oxígeno en las condiciones de ensayo.

No debe confundirse la OTR con la permeabilidad, una propiedad del material que también tiene en cuenta el espesor de la probeta y la diferencia de presión parcial de oxígeno. Las láminas posteriores multicapa pueden estar compuestas por distintos polímeros, recubrimientos y capas adhesivas, por lo que reducir su rendimiento a un único valor de permeabilidad intrínseca puede resultar engañoso. Cuando se conozca, registre la construcción completa del laminado, la orientación de la cara ensayada y las condiciones reales de medición.

La lámina posterior protege la parte trasera de un módulo fotovoltaico y puede contribuir al aislamiento eléctrico y a la durabilidad ambiental. Los datos de barrera al oxígeno pueden servir para comparar materiales e investigar componentes sensibles a la oxidación, pero la OTR por sí sola no permite predecir la vida útil del módulo. La transmisión de vapor de agua, la exposición a la radiación ultravioleta, los ciclos de temperatura, las propiedades eléctricas y la adhesión también pueden influir en la idoneidad de una lámina posterior.

Cómo funcionan los ensayos de transmisión de oxígeno

La probeta se sella entre dos cámaras. Un lado se expone a un gas de ensayo que contiene oxígeno, mientras que en el otro se mantiene una presión parcial de oxígeno más baja. El oxígeno atraviesa la probeta hacia el lado de menor presión. El instrumento mide el oxígeno que llega a ese lado y calcula la transmisión a partir del área de ensayo expuesta y de la señal a lo largo del tiempo.

En una configuración habitual basada en sensores, un gas portador arrastra el oxígeno permeado hacia un detector. El sistema supervisa la señal hasta que la respuesta cumple los criterios de estabilidad del método seleccionado. La temperatura y la humedad relativa afectan a muchas barreras poliméricas, por lo que el ensayo debe controlar o documentar ambas. La composición del gas de ensayo, la calidad del gas portador y las condiciones de presión también afectan al resultado y a su comparabilidad.

El valor informado solo es significativo si la medición refleja la transmisión a través del área de ensayo prevista. Los sellos deficientes, las probetas dañadas y las fugas en la celda o en las líneas de gas pueden introducir oxígeno por vías distintas de la permeación. Por ello, los laboratorios comprueban el nivel de fondo del sistema y los sellos, acondicionan las muestras según las especificaciones y verifican el rendimiento con materiales de referencia adecuados o con los procedimientos recomendados por el fabricante del instrumento.

Principales métodos y normas de ensayo

ASTM D3985 describe un método para determinar la tasa de transmisión de oxígeno a través de películas y láminas de plástico mediante un sensor coulométrico. Puede ser pertinente para una probeta de lámina posterior solar cuando el material y las condiciones de ensayo estén dentro del alcance del método y las partes acuerden el procedimiento. No constituye automáticamente un método de cualificación completo para un módulo fotovoltaico terminado ni para todas las construcciones de lámina posterior.

Otros métodos incluyen los de presión diferencial, como los contemplados en ASTM D1434 para la transmisión de gases a través de películas y láminas de plástico, y las partes aplicables de ISO 15105 para películas y láminas de plástico. Los métodos difieren en el principio de detección, las condiciones de ensayo y el cálculo. Consulte la edición vigente y confirme su alcance, los requisitos para las probetas y las disposiciones relativas a la presentación de resultados antes de redactar una especificación de compra o comparar resultados.

Para la cualificación de módulos, los compradores deben determinar por separado qué normas fotovoltaicas y especificaciones del cliente son aplicables; las series IEC 61215 e IEC 61730 abordan, respectivamente, la cualificación del diseño de módulos y la seguridad. No establecen un único valor de OTR de lámina posterior como límite de aceptación universal. paratronix ofrece analizadores de permeabilidad al vapor de agua y otros equipos de ensayo; consulte con la empresa la disponibilidad y las especificaciones de cualquier solución de ensayo de oxígeno para el método previsto.

Flujo de trabajo de ensayo y control de calidad

Comience con un plan de muestreo que abarque los lotes de producción, las ubicaciones de las probetas y el número de réplicas que exija el método o el acuerdo con el cliente. Corte probetas de tamaño suficiente para la celda de ensayo y evite pliegues, arañazos y bordes dañados en el área expuesta. Registre la identificación del laminado, el espesor y la orientación. Acondicione las probetas a la temperatura y humedad acordadas durante el tiempo especificado antes de montarlas.

Inspeccione la celda y las superficies de sellado, monte la probeta sin deformarla y compruebe si hay fugas siguiendo el procedimiento del instrumento. Ajuste la composición y el caudal del gas, la temperatura y la humedad según el método seleccionado. Inicie el ensayo y deje transcurrir el tiempo suficiente para alcanzar el estado estacionario requerido u otra condición de medición especificada. Los materiales de alta barrera pueden requerir ensayos más prolongados, por lo que conviene planificar la capacidad en función de los niveles de transmisión previstos.

Informe los resultados individuales y las estadísticas resumidas requeridas junto con el área expuesta, las condiciones del gas, el acondicionamiento, el espesor y la orientación de las probetas, así como cualquier desviación. Incluya la identificación del instrumento, su estado de calibración, la fecha del ensayo y la edición del método. Investigue las diferencias inesperadas entre réplicas antes de considerarlas una tendencia del material: la contaminación, los daños en los bordes, las fugas y un equilibrado incompleto pueden afectar a los resultados.

Aplicaciones y compradores

Los fabricantes de láminas posteriores utilizan las mediciones de transmisión de oxígeno para comparar estructuras de película, evaluar materiales recibidos y controlar las variaciones entre lotes de producción. Los fabricantes de módulos fotovoltaicos pueden solicitar estos datos al evaluar proveedores o investigar cambios en los materiales. Los productores de polímeros y los laboratorios de investigación pueden utilizar comparaciones controladas para estudiar cómo afectan los recubrimientos, los adhesivos, el envejecimiento o las condiciones de procesamiento al rendimiento de barrera.

Al comparar construcciones alternativas, mantenga constantes el método y las condiciones de ensayo e incluya réplicas representativas. Un laminado recubierto puede comportarse de forma distinta tras la exposición a la humedad o la manipulación mecánica, por lo que se debe acordar cualquier preacondicionamiento antes del ensayo. Si el objetivo es decidir sobre un cambio de proveedor, defina de antemano los criterios de aceptación y combine la OTR con otros requisitos pertinentes para el diseño del módulo.

Un analizador de permeabilidad al oxígeno para evaluar láminas posteriores solares puede complementar los ensayos de transmisión de vapor de agua, ya que ambas mediciones se refieren a gases y comportamientos de transporte distintos. paratronix incluye analizadores de permeabilidad al vapor de agua entre sus equipos, junto con equipos de ensayo de fugas y resistencia de sellado. Los compradores deben confirmar directamente la idoneidad, las configuraciones pertinentes y la compatibilidad con sus probetas, en lugar de suponer que un solo instrumento sirve para todos los ensayos.

Cómo seleccionar un instrumento

Comience por el intervalo de OTR previsto y solicite el rango de medición aplicable del instrumento, su límite de detección y la incertidumbre en las condiciones que tiene previsto utilizar. Un rango indicado para una temperatura o un nivel de humedad puede no ser aplicable sin cambios en otras condiciones. Compruebe las dimensiones de las probetas, el espesor permitido, el área expuesta y la compatibilidad del sellado de la celda con materiales de lámina posterior rígidos, texturizados o multicapa.

Evalúe el control de temperatura y humedad, los requisitos de gas, el número de celdas de ensayo, la generación de informes por software y el tiempo necesario para la estabilización. Varias celdas pueden aumentar el rendimiento, pero conviene verificar —y no dar por sentado— que cuenten con control independiente y permitan realizar mediciones simultáneas. Solicite una demostración o un ensayo con una muestra representativa, documentando el método y las condiciones completos, antes de comparar propuestas de distintos proveedores.

Confirme cómo gestiona el proveedor la instalación, la formación, la calibración, el mantenimiento y las piezas de repuesto en su ubicación. Pregunte si los materiales de referencia, las comprobaciones de fugas y la exportación de datos son compatibles con los procedimientos de su laboratorio. paratronix identifica su licencia comercial con el Código Unificado de Crédito Social 91370105689842696E; los compradores pueden verificar independientemente el registro y deben confirmar por separado las especificaciones del instrumento y cualquier declaración de conformidad con los métodos de ensayo.

Costes de propiedad y tendencias futuras

El coste total de propiedad incluye la compra y la instalación, los gases de ensayo, los reguladores, los sellos, los materiales de referencia, la calibración, el servicio y el tiempo del operador. Los largos periodos de equilibrado pueden limitar el rendimiento incluso cuando los costes de consumibles son moderados. Calcule la demanda anual por tipo de probeta y condición de ensayo, y compare la capacidad del instrumento con el coste y el plazo de entrega de un laboratorio externo que utilice el mismo método acordado.

El análisis de la inversión debe tener en cuenta decisiones de desarrollo más rápidas, menos investigaciones retrasadas y el valor de ensayar más lotes de producción, sin dejar de reconocer que los instrumentos no sustituyen un plan de muestreo sólido. Solicite presupuestos desglosados y condiciones de servicio, incluidos el reemplazo de sensores y el soporte de software. Defina un calendario de mantenimiento y verificación conforme a las instrucciones del fabricante, los requisitos del laboratorio y el rendimiento observado del instrumento.

A medida que evolucionan los materiales fotovoltaicos, los laboratorios pueden necesitar evaluar nuevos diseños multicapa, contenido reciclado y cambios en el rendimiento de barrera tras la exposición ambiental. Una mejor trazabilidad digital y la coordinación de las mediciones de oxígeno y vapor de agua pueden hacer que las comparaciones sean más útiles, siempre que se mantengan controladas las condiciones de ensayo. Para solicitar un presupuesto práctico, facilite a paratronix la construcción de la probeta, el rango de barrera previsto, el método objetivo, las condiciones ambientales y el volumen mensual de ensayos requerido.