Artículo publicado en Revista Canal Solar – Vol. 1, Núm. 1, Diciembre/2020
La tecnología de película delgada no es nueva en el mercado solar brasileño. Sin embargo, aún es poco conocida y ha permanecido prácticamente inexplorada. Una aplicación interesante de las películas delgadas es la fabricación de... tejas fotovoltaicasUn ejemplo de ello es Hantile, una teja fotovoltaica fabricada con tecnología CIGS (cobre, indio, galio y selenio) y distribuida en Brasil por [Nombre de la empresa]. Energía L8.
Las losetas de película CIGS tienen ventajas sobre otros tipos de losas introducidas en el mercado, que se basan en células cristalinas convencionales.
La tecnología de película permite un mejor uso del área de las tejas, proporciona inmunidad contra las sombras, ofrece una mejor estética y también tiene la ventaja de un coeficiente térmico reducido. Peliculas delgadas en relación al silicio cristalino, entre otras ventajas que mencionaremos a continuación.
El uso de tejas fotovoltaicas con película CIGS es una evolución que se presenta como una mejor solución para ciertas aplicaciones que los módulos de silicio tradicionales. Las principales ventajas de la película CIGS incluyen:
- Su apariencia es homogénea y estéticamente atractiva;
- Es muy ligero y fácil de instalar;
- Es flexible: se adapta a superficies curvas, permitiendo la generación de energía solar en superficies no aptas para paneles rígidos de silicio tradicionales;
- Las altas temperaturas y la sombra de los árboles y otras obstrucciones tienen menos impacto en el rendimiento de la película delgada;
- No hay grandes pérdidas en la producción de energía debido al ángulo de incidencia de los rayos solares.
- Las baldosas fabricadas con películas son resistentes a los desastres naturales (vientos, granizadas e impactos de escombros);
- No sufren microfisuras, un problema común que afecta a las células cristalinas.
A pesar de su mayor costo y menor eficiencia, los módulos fotovoltaicos y las tejas de película CIGS están ganando participación en el mercado debido a su versatilidad y rendimiento superior en algunas situaciones.
Los módulos de silicio cristalino no funcionan bien en lugares con mucha radiación difusa (donde no hay incidencia directa de la luz), en fachadas de edificios y en tejados muy afectados por las sombras.
Además, el costo relativamente mayor de los dispositivos CIGS se puede compensar con el uso de tejas y módulos integrados en la arquitectura, eliminando la necesidad de techos y elementos arquitectónicos convencionales. Dado que aún es un producto nuevo en Brasil, existen muchas dudas sobre el rendimiento de las tejas fotovoltaicas de película CIGS:
- ¿Hasta qué punto la eficiencia es realmente menor que la de un módulo cristalino?
- ¿Cómo es la generación de energía de un tejado cubierto con película CIGS en comparación con un tejado con módulos convencionales?
- ¿Y las ventajas que aportan las tejas CIGS, como el bajo impacto a altas temperaturas y la cuestión del sombreado?
- En general, ¿cómo funciona un mosaico CIGS?
Para responder a muchas de estas preguntas, construimos dos cocheras Marquesinas de aparcamiento de las mismas dimensiones, cada una con dos plazas de aparcamiento. Una de ellas se cubrió con módulos tradicionales de silicio cristalino, mientras que la otra con tejas fotovoltaicas de película CIGS.
O cochera 1, al que llamaremos el sistema con módulos tradicionales. Se utilizaron 15 módulos monocristalinos de 375 kWp del fabricante QCELLS y un inversor UNO DM 5.0 del fabricante ABB.
La potencia total es de 5,625 kWp. La cochera 2 recibió las placas solares CIGS. Se utilizaron 98 placas solares de 30 Wp cada una, junto con un inversor ABB UNO DM 3.3. Su potencia total es de 2,94 kWp.
En principio, no hay interferencias en la capacidad de corte de potencia del inversor durante la producción de energía. Ninguno de los dos conjuntos de módulos o teselas alcanza el límite de potencia del inversor.
Ambas cubiertas están orientadas al noroeste, en un ángulo de 10 grados. Inicialmente, se observa que la película delgada tiene una menor potencia por área. Esto refleja la menor eficiencia; es decir, se necesita mucha más área para obtener la misma potencia con la película CIGS que con los dispositivos cristalinos.
Al mismo tiempo, podemos destacar una de las ventajas de las cubiertas de capa fina: la estética. Sin duda, las cubiertas de tejas son muy atractivas, además de ofrecer una impermeabilidad perfecta contra la lluvia. Sin embargo, lo que más nos interesa en este estudio es la producción de energía.
En este punto, queremos evaluar el rendimiento de un techo fotovoltaico con película CIGS en condiciones reales de funcionamiento, especialmente en lo que respecta a la influencia del ángulo de incidencia de los rayos solares y la cuestión del sombreado.
Funcionamiento bajo radiación difusa y sombra.
Podemos observar claramente el problema del sombreado al verificar la producción de energía en días nublados o en lugares con mucha sombra. En sistemas con la misma tecnología pero diferentes potencias, esperamos que el efecto del sombreado se sienta proporcionalmente en ambos.
Los resultados obtenidos revelan, sin embargo, que los módulos cristalinos sufren un impacto mucho mayor cuando no hay incidencia de irradiación solar directa.
En las gráficas siguientes podemos observar que, a pesar de tener casi el doble de potencia nominal, en las condiciones de estudio los módulos cristalinos presentaron prácticamente el mismo rendimiento que las tejas CIGS, que tienen una potencia mucho menor.
En los gráficos presentados se puede observar que las losetas de película CIGS mantienen su desempeño en cualquier tipo de condición nubosa y hora del día. Hubo una reducción significativa en la incidencia de la irradiación solar debido a fuertes nubes los días 12/04 y 17/07.
Las tejas CIGS vieron reducida su potencia en proporción a la intensidad de la luz solar, mientras que los módulos cristalinos sufrieron una reducción brutal y tuvieron su potencia operativa prácticamente igual a la potencia de las tejas.
Comportamiento de las tejas fotovoltaicas de película CIGS
Este estudio, aunque no es de carácter científico, mostró resultados muy interesantes sobre el comportamiento de las placas fotovoltaicas de película CIGS. La principal observación de este estudio es que un conjunto de placas CIGS de 2,94 kWp puede generar tanta energía como un conjunto de módulos cristalinos de 5,625 kWp en ciertas condiciones.
Disponer de un sistema fotovoltaico cristalino de alta potencia no siempre garantiza un rendimiento óptimo. Las placas fotovoltaicas de película CIGS, a pesar de su menor eficiencia (lo que se traduce en una menor potencia por área), pueden ofrecer una alta generación a largo plazo.
Esto es especialmente cierto en tejados sujetos a sombras, fachadas que no reciben luz directa o sistemas instalados en lugares con alta nubosidad durante todo el año.
No podemos olvidar que la temperatura también es un factor a considerar en la producción de energía, factor que no se evaluó en este estudio. Se sabe que los módulos de película delgada tienen un mejor rendimiento a altas temperaturas en comparación con los módulos cristalinos.
Esto puede explicar en parte los rendimientos superiores de las tejas fotovoltaicas observados en los gráficos presentados, especialmente por la tarde.
Nuestro objetivo en este estudio fue demostrar que el uso de películas delgadas ofrece ventajas reales. Si bien presentan una potencia nominal y una eficiencia reducidas, su rendimiento en condiciones reales puede ser sorprendentemente bueno.
Los módulos fotovoltaicos, al igual que las tejas, se prueban y especifican en condiciones de laboratorio que no reflejan la multitud de condiciones reales de funcionamiento de temperatura, irradiación solar y ángulo de incidencia de los rayos solares.
Sin embargo, no podemos decir que las ventajas de los mosaicos CIGS sean suficientes para proporcionar rendimientos financieros superiores al comparar las tecnologías de película delgada y de silicio cristalino.
Lo que hay que tener en cuenta es que la película fina aporta enormes ventajas en algunos tipos de sistemas donde el uso de módulos tradicionales resulta inviable, como las tejas fotovoltaicas.
La película delgada no vino a sustituir al módulo de silicio cristalino, sino a ser una opción adicional para el mercado, demostrando ser atractiva para muchas aplicaciones en las que los módulos cristalinos pueden no ser la mejor opción desde un punto de vista estético y arquitectónico.
