Một nhóm nghiên cứu do các nhà khoa học từ Đại học khoa học và công nghệ Trung Quốc dẫn đầu, tiến hành nghiên cứu thực nghiệm về khả năng chịu nhiệt của mặt tiền tòa nhà tích hợp tấm pin mặt trời (BIPV) trong điều kiện hỏa hoạn ở không gian kín. Họ đã xây dựng một căn phòng chuyên dụng để thử nghiệm tác động do nhiệt của mặt tiền BIPV trong điều kiện hỏa hoạn kín.

Ba loại tấm pin tiêu biểu được chọn cho các thí nghiệm: tấm pin màng mỏng cadmium telluride (CdTe), tấm pin silicon tinh thể kính đơn lớp và kính hai lớp. Loại kính truyền thống cũng được sử dụng cho thí nghiệm so sánh. Họ kiểm tra, nhận thấy các tấm pin bằng kính cường lực thể hiện khả năng chịu nhiệt, chịu lực tốt hơn so với các tấm kính khác.

Nghiên cứu này đưa ra bằng chứng thực nghiệm, có hệ thống về diễn biến cháy ở mặt tiền BIPV, định lượng quan trọng các đặc điểm vỡ và sự khác biệt về nhiệt độ đối với các loại tấm pin khác nhau, đồng thời cho biết các hiệu ứng phản hồi của sự rơi vỡ ở mặt tiền BIPV. Các phát hiện này mang lại ý nghĩa quan trọng cho việc đánh giá an toàn cháy và thiết kế mặt tiền BIPV.

Để tiến hành thử nghiệm, các nhà nghiên cứu xây dựng một căn phòng thử nghiệm có kích thước 1,4 m x 1,4 m x 1,8 m, làm bằng thép không gỉ. Không gian này được lót bằng các tấm sợi gốm (ceramic) dày 8 cm để cách nhiệt. Một khung thép không gỉ được lắp đặt ở mặt hở, nơi sẽ lắp hai tấm pin mặt trời kích thước 60 cm x 60 cm.

Hai lỗ thông gió có cùng kích thước, bố trí ở phần dưới của không gian để cho phép thông gió tự nhiên. Khung bao phủ bên ngoài dày 30 mm, tạo ra vùng gia nhiệt 540 mm x 540 mm, trong khi lớp sợi gốm dày 10 mm ở các cạnh giúp giảm dẫn nhiệt và ngăn ngừa ứng suất từ ​​khung.

Trong thử nghiệm này, nhóm nghiên cứu kiểm tra 8 cấu hình mặt tiền khác nhau. Chúng bao gồm tấm pin CdTe màng mỏng hai lớp kính với kính ủ nhiệt hoàn toàn hoặc kết hợp kính ủ nhiệt bên ngoài và kính cường lực bên trong; tấm pin silicon tinh thể hai lớp kính với kính ủ nhiệt hoàn toàn hoặc kính cường lực hoàn toàn; tấm pin silicon tinh thể một lớp kính có lớp nền EVA/TPT dễ cháy, cũng ở cả phiên bản ủ nhiệt và cường lực. Để so sánh, hai trường hợp không phải tấm pin quang điện cũng thử nghiệm: kính một lớp ủ nhiệt và kính một lớp cường lực.

Kết quả cho thấy, khả năng chống cháy của mặt tiền BIPV phụ thuộc mạnh mẽ vào sự kết hợp giữa loại kính và sự hiện diện của vật liệu bao bọc dễ cháy. Tấm pin bằng kính cường lực thể hiện khả năng chịu nhiệt và chịu lực tốt hơn, còn vật liệu bao bọc dễ cháy rơi xuống có thể gây cháy các vật liệu dễ cháy ở phía dưới hoặc xung quanh, từ đó thúc đẩy sự lan rộng của đám cháy.

Các nhà nghiên cứu cho biết thêm, độ bền và loại tấm pin mặt trời cũng ảnh hưởng đến động lực học đám cháy trong không gian kín, chi phối cả đám cháy phát triển và hành vi phát lửa. Họ cũng lưu ý, các khe hở mới phát sinh, do mảnh vỡ tấm pin mặt trời rơi ra, làm thay đổi điều kiện thông gió, gây ra phát lửa, do đó đẩy nhanh tốc độ giải phóng nhiệt và lưu lượng nhiệt.

Kết quả nghiên cứu của họ được trình bày trong bài báo “Nghiên cứu thực nghiệm quy mô lớn về hiệu suất nhiệt của mặt tiền quang điện tích hợp trong tòa nhà khi xảy ra hỏa hoạn trong không gian kín”, đăng trên tạp chí Building Engineering. Bên cạnh Đại học khoa học và công nghệ Trung Quốc, các nhà nghiên cứu từ Đại học Trieste của Italia cũng đóng góp vào nghiên cứu này.