Infiltración de agua en módulos fotovoltaicos. estándar es la principal causa de deterioro en ambientes cálidos y húmedos. El vapor de agua y el oxígeno penetran en el hoja posterior, que es un material plástico poroso, y reacciona químicamente con EVA (etileno-acetato de vinilo), el material que constituye el relleno de los módulos fotovoltaicos, estando en contacto directo con las células de silicio.
La reacción del agua y el oxígeno con el EVA produce ácido acético, que corroe las piezas metálicas y los contactos eléctricos de las células fotovoltaicas, reduciendo la eficiencia del módulo. Esta degradación es natural y previsible, y forma parte de la vida útil de cualquier módulo. estándar. Sin embargo, en condiciones de intensa humedad y altas temperaturas esta degradación se produce de forma acelerada, lo que puede reducir drásticamente la vida útil del módulo.
En ciertos entornos, la instalación de módulos estándar como hoja posterior no se recomienda y los módulos doble–vaso convertirse en la única alternativa viable a los sistemas fotovoltaicos.
La siguiente figura ilustra el resultado de un caso de estudio de una planta solar con módulos estándar ubicado en una región tropical con una temperatura media anual de 27,3 oC y humedad relativa media del 81,7%.
Corrosión de células fotovoltaicas y cintas (pistas metálicas que conectan las celdas). La reducción de potencia de los módulos analizados fue superior al 20%, llegando a dejar de funcionar algunos módulos de la planta.
Pruebas de degradación acelerada
Calor húmedo
En la industria fotovoltaica, se ha establecido el estándar de pruebas fotovoltaicas. calor húmedo (calor húmedo) denominado DH1000, lo que significa que el módulo fotovoltaico se somete a una cámara climática con una temperatura de 85 oC y humedad relativa del 85% durante mil horas.
Esta prueba forma parte del conjunto de procedimientos de la norma internacional IEC 61625, que trata de la calidad de los módulos solares fotovoltaicos.
Las pruebas de IEC 61215 Se suelen utilizar para preparar estimaciones de la vida útil de los módulos. Las investigaciones encontradas en la literatura indican que una exposición de DH1000 corresponde a 20 años de exposición a condiciones climáticas reales en la mayoría de los lugares.
Algunos autores afirman que una exposición de dos mil a tres mil horas en el calor húmedo Sería necesario asegurar una vida útil de 20 años en zonas costeras, cálidas y húmedas.
En cualquier caso, las pruebas no tienen como objetivo determinar la vida útil de un módulo. Precisamente son pruebas capaces de encontrar fallos en un corto espacio de tiempo en condiciones más rigurosas de lo normal.
El resultado de una prueba de degradación acelerada con calor húmedo no garantiza la vida útil del producto. Este es sólo uno de los requisitos mínimos de calidad para un módulo fotovoltaico.
Ciclos térmicos (ciclo térmico)
La prueba de ciclo térmico es otro procedimiento que se encuentra en la norma IEC 61215. En esta prueba, el módulo fotovoltaico es sometido a ciclos de calentamiento y enfriamiento con el objetivo de provocar fatiga térmica de los componentes.
El estrés al que está sometido el módulo permite evaluar la confiabilidad del producto e identificar defectos de fabricación, soldaduras mal realizadas, celdas agrietadas, delaminación (desprendimiento de celdas), eficiencia reducida y capacidad de aislamiento eléctrico reducida, entre otros.
La designación TC200 que se encuentra en la norma IEC 61215 corresponde a una secuencia de 200 ciclos de seis horas. En cada ciclo, el módulo se somete a temperaturas que oscilan entre -40 oC a 85 ºC con variaciones máximas de 100 oC/hora y permanencia mínima de 10 minutos en cada valor de temperatura.
Otras pruebas
Existe una variedad de pruebas que se pueden utilizar para evaluar la calidad de los módulos fotovoltaicos.
Los más comunes son las pruebas. calor húmedo (DH) y ciclo termal (TC) – del que hablamos anteriormente, además de las pruebas de congelación húmeda (HF – congelar), prueba de efecto de degradación inducida por potencial (PID – posible degradación inducida), pruebas de estrés aceleradas (HAST – pruebas de estrés altamente aceleradas) y pruebas de luz ultravioleta, entre otras. PAG
Para obtener más información sobre el efecto PID y cómo se produce la degradación del módulo, lea el artículo. El efecto PID y su acción sobre los módulos. solar.
Para no extendernos demasiado, dejaremos las explicaciones detalladas sobre estas y otras pruebas para otro artículo. Centrémonos ahora en algunos resultados que se presentarán a continuación.
Módulos estándar e doble vidrio
Los módulos fotovoltaicos más comunes actualmente en el mercado están construidos con una capa superior de vidrio y una lámina posterior de plástico, conocida como hoja posterior (contraportada) en la literatura.
Módulos con hoja posterior, clasificado como estándar o estándar, equipan la gran mayoría de proyectos fotovoltaicos en todo el mundo. Lo que poca gente sabe es que esta tecnología no es apta para todos los entornos.
En lugares con condiciones climáticas agresivas, con altas temperaturas y aire muy húmedo, estos módulos pueden fallar o tener una vida útil muy reducida.
Otra categoría de módulos fotovoltaicos que podemos encontrar en el mercado son doble-vidrio (vidrio-vidrio), que tienen láminas de vidrio en la parte delantera y trasera.
los modulos doble-El vidrio surgió como una alternativa para superar las debilidades de los módulos fotovoltaicos convencionales en entornos hostiles.
Más recientemente han aparecido en el mercado los llamados módulos bifaciales, que deben tener vidrio en ambos lados, ya que utilizan células fotovoltaicas bifaciales, que absorben la luz solar a través de las superficies delantera y trasera.
Pero incluso antes de la aparición de los módulos bifaciales, doble-El vidrio con celdas convencionales (con silicio visto en el frente y metalización integral en la parte posterior) ya se encontraban y actualmente siguen siendo una alternativa a los módulos con hoja posterior.
El módulo doble vidrio tiene un costo mayor que estándar (con hoja posterior). Sin embargo, tiene algunas ventajas que pueden resultar muy útiles (o necesarias) en diferentes situaciones.
El módulo doble vidrio Es más robusto y ofrece un rendimiento y durabilidad superiores. La estructura de doble vidrio protege las células fotovoltaicas contra los factores naturales de deterioro.
Una de las principales ventajas es la completa estanqueidad del módulo, evitando por completo la penetración de humedad durante la vida útil del producto.
Resultados de la prueba de degradación acelerada
Los gráficos que se muestran a continuación ilustran los resultados de las pruebas comparativas realizadas con módulos fotovoltaicos cristalinos. estándar (con hoja posterior) Y doble vidrio.
Los resultados de la Figura 3 muestran que los módulos estándar (designado como TM – módulos tradicionales) presentan una degradación muy acelerada en comparación con sus hermanos doble vidrio.
Nota: en el primer gráfico se probaron dos tipos y módulos. doble-vidrio: con EVA y POE (poliolefina, un material más caro que el EVA).
Los módulos fotovoltaicos se pueden fabricar con encapsulado EVA o POE (relleno de módulos), que es un material más moderno. Casi todos los módulos. estándar Está fabricado con EVA.
El gráfico muestra cuál sería la diferencia de rendimiento entre un módulo doble-Vidrio con EVA y otro con POE. La diferencia es pequeña, pero vemos que el módulo con POE muestra una degradación ligeramente menor al final de las pruebas HAST.
El primer gráfico en la Figura 2 muestra que después de 96 horas de pruebas HAST de los módulos estándar su potencia ya comienza a reducirse, llegando a una degradación casi total tras 384 horas de prueba.
Mientras tanto, los módulos doble-Los cristales permanecen prácticamente intactos, mostrando una reducción de potencia inferior al 10% al final de 384 horas de prueba.
El segundo gráfico muestra que los módulos doble-El vidrio sufre muy poco el efecto PID después de 600 horas de prueba, mostrando una reducción de potencia inferior al 4%. Durante el mismo período de prueba, los módulos estándar presentan más del 12% de reducción de potencia.
El tercer gráfico muestra que los módulos doble-El vidrio resiste miles de horas de pruebas DH, TC y HF, mostrando reducciones de potencia inferiores al 10%. los modulos estándar, por otro lado, muestran una degradación extrema después de las pruebas de calor y humedad.
Un detalle interesante: en estos gráficos las pruebas DH y TC se realizaron durante 2000 horas y 400 ciclos respectivamente, el doble de lo requerido en la norma IEC 62215.
Garantías de los módulos fotovoltaicos
Ya entendemos que los módulos doble vidrio Son más duraderos que los módulos. estándar. Mientras que los módulos estándar deben tener una vida útil relativamente larga en lugares con climas no muy agresivos, los módulos doble vidrio puede ser la única opción viable para lugares con condiciones climáticas extremas. ¿Pero qué dicen los fabricantes al respecto?
Las siguientes tablas fueron tomadas del manual de garantía de un fabricante de módulos fotovoltaicos. Los productos enumerados como (c), (d), (e) y (f), que son módulos del tipo doble-vidrio, son los únicos para los que el fabricante ofrece garantía en lugares cálidos y húmedos.
Tabla 1: Condiciones de garantía de los módulos fotovoltaicos de un fabricante determinado
La siguiente tabla muestra otra tabla del mismo manual de garantía, donde se definen las condiciones que aplican a los productos (c), (d), (e) y (f), que son módulos doble–vaso.
Tabla 2: Definición de condiciones climáticas que se aplican a los módulos de la familia de doble vidrio de un fabricante determinado
En otras palabras, resumiendo la información anterior, este fabricante (al igual que muchos otros) sólo ofrece garantía para sus productos si se respetan las condiciones de uso. Módulos estándar sujetos a las condiciones de la Tabla 2 quedarán fuera de garantía. En las condiciones de esta tabla, el fabricante sólo garantiza sus módulos de la familia doble vidrio.
¿Qué significa esto en la práctica? La respuesta es que debemos tener cuidado con el tipo de módulos que especificamos para nuestros proyectos. Módulos estándar funcionará bien en la mayor parte del territorio brasileño, pero en las regiones costeras cálidas y húmedas y en la región amazónica los módulos doble vidrio puede ser necesario. Analicemos a continuación, por ejemplo, las condiciones climáticas de la ciudad de Manaos.
Estudio de caso: condiciones climáticas de Manaos
Tabla 3: Datos climáticos de la ciudad de Manaus-AM
Analizando la información del gráfico y las tablas anteriores, vemos que la ciudad de Manaus ya cumple con las condiciones de garantía mostradas en la Tabla 2. La temperatura media anual en Manaus es mucho mayor que 23oC y una humedad relativa de aproximadamente el 82% es mucho más alta que el límite del 70% de las condiciones de garantía.
Conclusión: para las condiciones de temperatura y humedad de la ciudad de Manaus-AM, sólo los módulos doble vidrio de ese fabricante estaría dentro de los términos de la garantía. El fabricante no garantiza la durabilidad de sus módulos. estándar bajo estas condiciones.
Conclusiones
Los módulos fotovoltaicos sufren una degradación natural con el uso. La principal causa de esta degradación es la penetración de humedad, que puede ser mayor en lugares cálidos y húmedos. Los módulos tradicionales (estándar) con lámina trasera de plástico (hoja posterior) no soportan condiciones climáticas agresivas. En lugares de alta temperatura y alta humedad es necesario utilizar módulos. doble-vidrio (con dos láminas de vidrio, delantera y trasera).
Tomamos como ejemplo los términos de garantía y los resultados de las pruebas presentados por un fabricante. Observamos que los módulos estándar fallan mucho antes que los módulos doble–vaso en pruebas de humedad, calor y frío (DH, TC y HF). En cuanto a la garantía, este fabricante, tomado como ejemplo, informa que sus módulos estándar no puede funcionar bajo ciertas condiciones.
En estas mismas condiciones, los términos de garantía sólo aseguran el rendimiento de los módulos. doble-vidrio, más resistente y duradero. No se preocupe si otros fabricantes informan que sus módulos... estándar resistir condiciones agresivas o si no informan nada. Cualquier módulo con hoja posterior fallará, tarde o temprano, en condiciones de alta temperatura y humedad.
Módulos estándar como hoja posterior son la gran mayoría de productos que se ofrecen en el mercado hoy en día. Todos los fabricantes generalmente someten sus módulos a certificaciones IEC, que evalúan los requisitos mínimos de rendimiento.
Pruebas más agresivas (como las que se muestran en este artículo, con el doble de horas de prueba), muestran que solo los módulos doble vidrio pueden soportar condiciones más agresivas, similares a las que se enfrentarán a lo largo de la vida útil de un módulo, que debe ser superior a 20 años.
Una respuesta
muy esclarecedor