Noticias

Jun 17, 2023

Análisis de la degradación del rendimiento de los módulos fotovoltaicos

La energía solar es una fuente de energía limpia y respetuosa con el medio ambiente. También puede ayudar a reducir la huella de carbono global y mitigar los impactos del cambio climático. debido a lo positivo

La energía solar es una fuente de energía limpia y respetuosa con el medio ambiente. También puede ayudar a reducir la huella de carbono global y mitigar los impactos del cambio climático. Debido a los aspectos positivos de la energía solar, su demanda está creciendo exponencialmente.

Los módulos fotovoltaicos (PV) son sin duda el componente más importante de un sistema de energía solar. Los módulos fotovoltaicos de diversas tecnologías ahora son accesibles en el mercado gracias a los avances tecnológicos. El silicio policristalino (poli-Si), el silicio monocristalino (mono-Si), la película delgada y el mono-PERC (emisor pasivado y contacto posterior) son algunos de los módulos más utilizados. Sin embargo, se están llevando a cabo operaciones continuas de investigación y desarrollo (I+D) para mejorar la eficiencia de diversas tecnologías, como mono-PERT (emisor trasero pasivado totalmente difuso), heterounión (HJT), punto cuántico, perovskita y más.

Para mantener un activo funcionando a su costo de energía nivelado óptimo (LCOE) y extraer el máximo retorno de la inversión (ROI), el estado de un módulo fotovoltaico y su revisión regular a intervalos definidos es de suma importancia. Debe entenderse que los módulos fotovoltaicos son muy delicados y, por tanto, vulnerables a defectos. Incluso una grieta de unos pocos milímetros en un módulo fotovoltaico puede provocar una caída drástica de la producción de energía con el tiempo.

Este artículo cubre de manera integral el análisis de degradación de módulos fotovoltaicos. Se ocupa de los factores que afectan la degradación del rendimiento de los módulos fotovoltaicos, que incluyen factores inherentes y antropogénicos.

El artículo está dirigido a propietarios de activos solares y expertos de la industria en el ámbito solar. Explica lo que se debe y no se debe hacer al manipular módulos fotovoltaicos, ya sea durante la instalación, operación o mantenimiento de una planta solar. Siguiendo algunas prácticas básicas, como se explica en el artículo, se pueden minimizar los defectos en un módulo fotovoltaico y, por lo tanto, se puede mejorar el rendimiento de los módulos fotovoltaicos.

Al final, se recomendó realizar algunas pruebas de diagnóstico en módulos solares fotovoltaicos junto con las normas aplicables de la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC). Estas pruebas de diagnóstico ayudan a comprender el estado de los módulos fotovoltaicos y a la detección temprana de degradación/defectos abruptos, si los hubiera. Las conclusiones de este artículo se basan en la experiencia de prueba de Mahindra Teqo en más de 7 GW de activos solares, repartidos por la India (ver recuadro) y el extranjero.

Al 30 de junio de 2023, la capacidad solar instalada en la India era de 70.096,83 MW, lo que constituye aproximadamente el 16,1% de la capacidad de generación instalada total en la India, que incluye plantas de energía basadas en combustibles fósiles y no fósiles (Tabla 1).

Mientras India avanza con fuerza con la visión de un “medio ambiente verde y energía limpia”, la Autoridad Central de Electricidad (CEA) afirmó que la generación a partir de fuentes de energía renovables podría aumentar al 44% ya en 2029. La CEA también ha estimado que para 2029 o Para 2030, la capacidad solar de la India podría superar la capacidad de generación térmica del país.

Se espera que un módulo fotovoltaico típico se degrade entre un 2 % y un 3 % en su primer año de funcionamiento, y entre un 0,5 % y un 0,7 % a partir del segundo año de funcionamiento. La mayor degradación en el primer año de funcionamiento se debe a la degradación inducida por la luz (LID).

La presencia de un complejo defectuoso de boro y oxígeno en la oblea utilizada durante la fabricación de células fotovoltaicas es la razón principal de la LID. Afecta a las obleas de silicio producidas mediante el proceso de Czochralski. Después de unas horas de funcionamiento del módulo fotovoltaico a la luz solar, se produce la estabilización de la energía y, por tanto, se observa una tasa de degradación más baja a partir del segundo año de funcionamiento.

La mayoría de los fabricantes de módulos ofrecen una garantía de rendimiento lineal durante 25 años de funcionamiento. Sin embargo, hoy en día, hay un número creciente de fabricantes de módulos que ofrecen 30 años de garantía de rendimiento en sus módulos (Figura 1). Sin embargo, debido a razones antropogénicas, un módulo fotovoltaico puede degradarse a un ritmo acelerado. Los módulos compuestos de sustrato tipo N exhiben una menor degradación del rendimiento en comparación con los de tipo P.

Los defectos en un módulo fotovoltaico típico se pueden clasificar en términos generales en tres categorías:

La curva de bañera (Figura 2) muestra la probabilidad de fallos durante la vida operativa de un módulo fotovoltaico.

Defectos infantiles. Los defectos infantiles a menudo se atribuyen a errores de diseño o fabricación deficientes. Estos pueden reducirse mediante un control eficaz del proceso. Sin embargo, como se señaló anteriormente, en los primeros años de funcionamiento de un módulo fotovoltaico, las tasas de degradación tienden a ser ligeramente más altas que durante el resto de la vida operativa, debido a la mayor influencia de LID. La degradación inducida por el potencial (PID) también puede influir en la tasa de degradación durante los primeros años de operación, pero a una tasa menor en circunstancias normales.

Generalmente, durante los primeros años de operación se observan roturas de vidrios, fallas de contactos en cajas de conexiones, marcos sueltos y algunos otros defectos. Para un módulo solar típico, los defectos infantiles ocurren dentro de uno o dos años de funcionamiento.

Defectos de la mediana edad. Los defectos de mediana edad suelen ser defectos aleatorios o defectos que surgen debido a defectos tecnológicos. PID más fuerte, falla de diodo, rotura de interconexión de celdas y degradación del vidrio son algunos de los defectos comunes en la mediana edad.

Defectos de desgaste. Los defectos de desgaste ocurren cuando la vida útil de un módulo fotovoltaico está cerca de su fin o cuando la potencia de salida de un módulo fotovoltaico cae por debajo del 70%-80% de su valor nominal. La decoloración de la lámina de etilenvinilacetato (EVA), la decoloración de las células fotovoltaicas y la delaminación son los defectos de desgaste más comunes (Tabla 2). Idealmente, los defectos de desgaste deberían ocurrir una vez finalizado el período de garantía.

En términos generales, hay dos factores que pueden afectar el rendimiento de los módulos fotovoltaicos y contribuir a su degradación. Estos son factores inherentes y factores antropogénicos.

Degradación inducida por ciclos térmicos. Cuando un módulo fotovoltaico en particular se somete a diferentes gradientes de temperatura en diversas condiciones climáticas, puede presentar una degradación en su rendimiento. Esto se debe a los diferentes coeficientes de temperatura de los materiales utilizados durante la fabricación de un módulo fotovoltaico. Las interrupciones de las células, los defectos en las uniones de soldadura y la decoloración del encapsulante son los defectos más comunes que surgen debido al ciclo térmico. El uso de adhesivos e imprimadores que tengan mayor estabilidad frente a condiciones térmicas variables, el uso de máquinas de soldadura automatizadas, la prueba de módulos fotovoltaicos según IEC 61215 para identificar módulos que son propensos a la degradación bajo ciclos térmicos y el uso de materiales que tengan mayor estabilidad térmica pueden ser opciones empleadas por los fabricantes originales. fabricantes de equipos para mitigar este tipo de degradación. Cumplir con ciclos de limpieza adecuados, asegurar que no haya sombras en los módulos fotovoltaicos y optimizar las conexiones eléctricas son algunos de los métodos que se recomiendan seguir en las plantas fotovoltaicas.

Degradación inducida por rayos ultravioleta (UVID). El rendimiento del módulo fotovoltaico se ve afectado negativamente por la luz ultravioleta debido a la generación de defectos en la superficie. Estudios recientes muestran que las tecnologías celulares emergentes de mayor rendimiento, como las células p-PERC y n-PERT, son más vulnerables a la degradación debido a la luz ultravioleta.

Disminución del rendimiento debido a la degradación del revestimiento antirreflectante (ARC). ARC se usa ampliamente para aumentar la transmisión de luz a través de un módulo fotovoltaico. El ARC más utilizado es una fina capa de sílice porosa depositada mediante procesos químicos sobre la superficie del módulo fotovoltaico. Una capa de ARC con un espesor de aproximadamente 100 nanómetros (nm) a 120 nm puede aumentar la producción de energía entre un 2% y un 3% (Figura 3). Sin embargo, a medida que avanza la edad de un módulo fotovoltaico y el espesor de la capa ARC se raya o se reduce, lo que puede provocar que los módulos fotovoltaicos presenten una disminución en la producción de energía mayor de lo esperado.

Disminución del rendimiento debido a LID y LeTID (degradación inducida por luz y temperatura elevada). Como se mencionó anteriormente, LID es una pérdida de rendimiento de los módulos fotovoltaicos que se produce durante la exposición inicial de los módulos fotovoltaicos a la luz solar. Por otro lado, LeTID representa la pérdida de rendimiento de los módulos fotovoltaicos después de cientos de horas de exposición a la luz solar cuando la temperatura de funcionamiento es superior a 65 grados Celsius.

Disminución del rendimiento debido a la degradación de la lámina de EVA. La lámina de EVA evita que el aire y la humedad lleguen a las células fotovoltaicas y, por tanto, evita la degradación posterior. Sin embargo, bajo exposición prolongada a los rayos UV y condiciones climáticas adversas, el EVA se descompone en ácido acético, lo que hace que la lámina de EVA se vuelva amarilla. El cambio de color de la lámina de EVA cambia principalmente los parámetros de corriente de cortocircuito (Isc) y resistencia en serie (Rs) del módulo fotovoltaico, lo que a su vez disminuye la producción de energía.

Prácticas incorrectas durante el EPC. La selección y el uso inadecuados de abrazaderas (Figura 4) y el ajuste excesivo de los sujetadores (Figura 5) son las preocupaciones más comunes durante la fase de ingeniería, adquisiciones y construcción (EPC). De hecho, estos dos factores explican la mayoría de las roturas de vidrio de los módulos fotovoltaicos. Además, estos factores se vuelven más peligrosos en el caso de módulos sin marco. La rotura del vidrio puede contribuir significativamente a una disminución del rendimiento de los módulos fotovoltaicos, si no se atiende bien a tiempo.

Prácticas incorrectas de operación y mantenimiento. Las prácticas incorrectas en el lugar y el incumplimiento de los ciclos de limpieza recomendados en las plantas fotovoltaicas contribuyen a una disminución del rendimiento de los módulos fotovoltaicos. Estos dos factores pueden provocar la formación de puntos calientes y, por tanto, el sobrecalentamiento de los módulos fotovoltaicos.

Como se explicó, los módulos solares fotovoltaicos son muy delicados y muy propensos a sufrir defectos. La mayoría de estos defectos no se pueden ver a simple vista. Por lo tanto, los propietarios de activos solares recomiendan un chequeo de salud de rutina de los módulos fotovoltaicos a través de equipos sofisticados e ingenieros capacitados anualmente, o al menos cada dos años. Algunas de las pruebas de diagnóstico que se recomienda realizar en módulos solares fotovoltaicos de una planta solar operativa se indican en la Tabla 3.

La energía solar se considera una de las fuentes de energía más versátiles y fácilmente disponibles. En las últimas décadas, ha brindado una excelente oportunidad de inversión entre las empresas.

Los módulos fotovoltaicos, al ser la parte más importante de los sistemas de generación solar, requieren un mantenimiento bastante bajo. Sin embargo, como ya hemos dicho, nada es infalible, por lo que es probable que surjan problemas con los módulos fotovoltaicos. Pero lo mejor es que las deficiencias se pueden notar fácilmente observando la forma en que funciona un sistema solar.

Con un mantenimiento adecuado de los módulos fotovoltaicos, el cumplimiento de lo que se debe y no se debe hacer y la realización de pruebas de diagnóstico de rutina con un análisis adecuado de los resultados de las pruebas no solo puede ayudar a los propietarios a minimizar las fallas con los módulos fotovoltaicos, sino que también puede extender la vida útil de los mismos. módulos. En algunos casos, se ha observado que la vida operativa de los módulos fotovoltaicos ha aumentado sustancialmente si se cuida bien su estado.

—satish pandeyes jefe de Análisis y Asesoramiento,Sumit Kumares un ingeniero senior,Rakshita Mhatrees un ingeniero senior, yTushar Singh es ingeniero de pruebas, todo en Mahindra Teqo Pvt. Limitado. Limitado.

Comparte este artículo

Más noticias solares

La combinación de energía solar de concentración (CSP) con almacenamiento de energía térmica es prometedora para aumentar la flexibilidad de la red al proporcionar firme...

La curva de crecimiento de la energía solar continúa su trayectoria ascendente, gracias a tecnologías como las perovskitas, la heterounión solar…

Un aumento en la instalación de sistemas solares fotovoltaicos (PV) a gran escala en todo el mundo ha subrayado la importancia...

La generación renovable suele caracterizarse como más respetuosa con el medio ambiente que los combustibles fósiles, y en muchos aspectos, eso es cierto.…