13 de junio de 2022 - Canal Energía solar

El continuo desarrollo de la industria fotovoltaica y la evolución de los materiales y la tecnología han supuesto avances considerables en los productos. A principios del siglo XXI, la potencia de salida de un solo módulo era de sólo 180 Wp, pero ahora puede alcanzar los 700 Wp (véase la Figura 1). El aumento de la potencia de salida de los módulos fotovoltaicos ha contribuido a la reducción del LCOE (costo nivelado de la energía) de las plantas de energía solar y ha aumentado la importancia de la energía fotovoltaica entre las fuentes de energía actuales. Figura 1 – Aumento de la potencia de los módulos fotovoltaicos en los últimos años Desde 2019, el tamaño de las células fotovoltaicas ha cambiado, primero de 156,75 mm a 158,75 mm, luego a 166 mm y ahora llegan a 210 mm (Figura 2). Con este aumento de celdas, el tamaño de los módulos también tuvo una ganancia significativa (ver Tabla 1). Figura 2 - Aumento del tamaño de las obleas (y células) de silicio a lo largo de los años La estructura constructiva de los módulos fotovoltaicos se realiza en capas (ver Figura 3). Los módulos monofaciales reciben una lámina posterior de polímero, mientras que los módulos bifaciales pueden tener una lámina posterior de vidrio o polímero transparente. Figura 3 - Estructura en capas del módulo fotovoltaico. En el módulo monofacial, el vidrio representa aproximadamente el 72,3 % del peso total del panel, mientras que en el módulo bifacial, el vidrio (de 2,0 mm de espesor) representa aproximadamente el 82,96 % del peso total. Debido al peso del propio vidrio, el centro del módulo fotovoltaico puede combarse, como se muestra en el resultado de la simulación ilustrado en la Figura 4. El alcance de este hundimiento depende de muchos factores, los más importantes de los cuales son el área del panel, el tipo (mono o bifacial), el ángulo y el método de instalación. Figura 4 - Resultado de la simulación por computadora del hundimiento del módulo fotovoltaico Se realizó un estudio para evaluar el hundimiento del módulo. En primer lugar, buscamos evaluar la influencia del tamaño del módulo. Las condiciones de contorno se muestran en la Tabla 2 y la Figura 5. Tabla 2: Condiciones de contorno de simulación Tipo Alto x Ancho (mm) Área (m2) Mono/Bifacial Ángulo de instalación Método A 1754 x 1096 1.92 Monofacial 30° Fig. 5(a) Tornillo Fig. 5(b) B 2172 x 1096 2.38 Bifacial C 2172 x 1303 2.83 Bifacial Figura 5 - Ángulo y método de instalación En la simulación se utilizó el método de análisis de elementos finitos para simular el fenómeno de hundimiento del centro del módulo, con el general algoritmo Método de Lagrange para calcular la iteración de convergencia. Los resultados se muestran en la Tabla 3 y la Figura 6. Tabla 3: Deformación bajo diferentes tamaños de módulo Tipo de módulo Deformación máxima (mm) Tipo A 1,88 Tipo B 3,49 Tipo C 5,58 Figura 6 – Deformación con diferentes tamaños de módulo A través de la simulación, queda claro que la deformación del centro del módulo debido a su propio peso es un problema real, y cuanto mayor sea el área, mayor será la deformación que sufre el módulo. De manera similar, la amplitud del hundimiento del centro también varía con el ángulo de instalación. El módulo con el área más grande (tipo C) se utiliza para simular hundimientos en diferentes ángulos de instalación (0°, 15°, 30° y 40°), como se muestra en la Figura 7. Figura 7 - Diferentes ángulos de instalación utilizados con la muestra del módulo tipo C A través de la simulación se puede concluir que al disminuir el ángulo de instalación, el fenómeno de hundimiento en el centro del módulo se vuelve más intenso. El módulo instalado horizontalmente (ángulo de 0°) sufrió la mayor deformación, como se muestra en la Tabla 4 y la Figura 8. Tabla 4. Deformaciones observadas con diferentes ángulos de instalación Muestra Ángulo de instalación Deformación máxima (mm) Tipo C 0° 6,378 15° 6,177 30° 5,581 40° 4,936 Figura 8 - Deformaciones máximas del módulo (muestra tipo C) en diferentes ángulos de instalación Para evaluar si el hundimiento central puede afectan la producción de energía del módulo, se adoptan las condiciones de contorno que sufrieron mayor hundimiento, es decir, se selecciona el módulo bifacial tipo C de mayor área, instalado a 0° y se realiza la prueba de carga Mecánica estática de acuerdo con la norma IEC 61215. , como se muestra en la Figura 8. Figura 9 - Ejemplo de instalación para prueba de carga mecánica De acuerdo con IEC 61215, la secuencia de prueba de carga mecánica estática se realizó con 3 ciclos, cada uno realizado con una presión positiva de 5400 Pa y una presión negativa de 2400 Pa, como se muestra en la Fig. 10. Figura 10 - Prueba de carga mecánica estática Se probaron dos muestras de acuerdo con la norma IEC 61215 y luego se evaluó la degradación de energía (con prueba de flash) y se obtuvieron imágenes EL (electroluminiscencia) para verificar si se produjeron microfisuras en las células fotovoltaicas después pruebas. Cabe mencionar que las caídas medidas en la prueba fueron incluso mayores que las evaluadas inicialmente mediante análisis de elementos finitos. A partir de la comparación de las imágenes EL, no se observaron microfisuras ni se encontraron otros defectos visibles, como se ilustra en las Figuras 11 y 12. Figura 11 - Imágenes EL (electroluminiscencia) de la muestra 1 - antes (izquierda) y después (derecha) de la prueba de carga mecánica estática Figura 12 - Imágenes EL (electroluminiscencia) de la muestra 2 - antes (izquierda) y después (derecha) de la prueba estática Prueba de carga mecánica Se realizaron pruebas de potencia con luz de flash para comparar la tasa de degradación de potencia y los resultados también fueron satisfactorios, como se muestra en la Tabla 5. Tabla 5: Degradación de potencia después de la prueba de carga mecánica estática A través de los resultados del análisis realizado, se pudieron obtener las siguientes conclusiones: Es un hecho que los módulos sufren sag, principalmente en la región central, debido a su propio peso; El sag central del módulo está relacionado principalmente con el tipo de módulo (monofacial - backsheet de polímero o bifacial - backsheet de vidrio), el área del módulo y su ángulo de instalación; El sag del módulo bifacial con dos láminas de vidrio (frontal y trasera) es más evidente; A mayor área del módulo, más pronunciado es el fenómeno de sag; A menor ángulo de instalación, mayor es el fenómeno de sag; Un módulo con mayor área superficial fue sometido a la prueba de carga mecánica estática según la norma IEC 61215, la cual proporciona un sag mayor que el que se puede obtener con el propio peso del módulo. Tras esta prueba, no se encontraron problemas de fiabilidad en las dos muestras ensayadas; la deformación provocada por el peso propio no afecta a la fiabilidad de los módulos fotovoltaicos, ya que es menor que la observada en las pruebas de carga estática de las dos muestras analizadas.

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