Reptes clau de la fotovoltaica: Causes, impacte i prevenció

Quan una instal·lació fotovoltaica funciona de manera òptima, garantint un subministrament elèctric segur i fiable, pot convertir-se en una font d’electricitat a gran escala. No obstant això, la tecnologia fotovoltaica s’enfronta cada dia a grans desafiaments pel que fa a qualitat, instal·lació, operació i desmantellament. A continuació, us descrivim cinc reptes principals als quals s’enfronta la tecnologia fotovoltaica:

El derating es refereix a la reducció de potència en els inversors fotovoltaics causada per factors ambientals com la calor, l’altitud i la tensió. En situacions extremes, aquest fenomen pot fins i tot aturar la seva producció. Aquest efecte és especialment notable en zones amb temperatures elevades.

Les principals causes de què es produeixi el derating són les següents: 

• Temperatura: Quan els inversors generen calor en convertir el corrent continua en alterna i la temperatura ambient és elevada, els inversors redueixen la seva potència per protegir els seus components interns.
• Altitud adequada de la instal·lació: A grans altituds, la baixa densitat de l’aire facilita la ionització a alts voltatges, afectant el rendiment dels inversors.
• Tensió de corrent continua: És essencial mantenir el rang de tensió operativa adequat per evitar el derating.

Per solucionar aquestes principals causes, es poden dur a terme diverses accions per evitar-ho: 

• Instal·lació adequada: Segueix les recomanacions del fabricant en termes de ventilació i evita l’exposició directa al sol.
• Qualitat dels equips: Selecciona inversors de qualitat amb sistemes de ventilació eficients, sigui per convecció o ventilació forçada.
• Monitoratge regular: Realitza revisions periòdiques dels equips per garantir-ne el rendiment òptim.

Per altra banda, tenim l’efecte LID o Degradació Induïda per la Llum que es refereix a la degradació dels mòduls fotovoltaics causada per reaccions químiques a les cèl·lules de silici, provocant una pèrdua de potència i eficiència durant els primers mesos d’exposició solar. Això pot traduir-se en una disminució de fins al 10% de la potència inicial.

L’origen principal d’aquest efecte es troba en la reacció del bor amb elements com oxigen, ferro o coure presents a la cèl·lula de silici. Tot i això, la presència del bor és crucial per generar electricitat. Aquestes reaccions entre el bor i l’oxigen creen complexos que redueixen el flux d’electrons, afectant l’eficiència del mòdul.

Els mòduls monocristal·lins de tipus P són especialment vulnerables al LID, a causa de la dificultat per eliminar completament l’oxigen durant el procés de fabricació. Per contra, les cèl·lules de tipus N, que tenen una capa dopada amb fòsfor molt més gran que la dopada amb bor, presenten una resistència superior a aquest efecte.

El LID no és visible a simple vista. El primer indici és una caiguda en el rendiment dels panells. Per avaluar el dany, s’utilitzen equips especialitzats d’electroluminescència, que permeten detectar defectes interns al mòdul.

• Aplicació de temperatures elevades i corrents.
• Tecnologies avançades com el làser o els LEDs.
• Eliminació de l’oxigen dins de la cèl·lula, tot i que això resulta costós.
• Substitució del bor per gal·li.

Un hotspot és una zona dins del mòdul fotovoltaic que s’escalfa en excés, i que pot arribar a danyar el mòdul o, en casos extrems, provocar un incendi. Aquest problema es deu a una resistència elevada en una àrea específica, la qual es transforma en un consumidor d’electricitat que genera calor, arribant a superar els 200ºC.

Els hotspots poden ser causats per defectes interns, ombrejats, soldadures trencades derivades d’un procés de fabricació deficient o per una manipulació incorrecta. A més, factors com les interconnexions de cèl·lules trencades, la brutícia acumulada i els obstacles permanents com arbres o xemeneies, també poden ser fonts d’aquests punts calents. Detectar i mitigar aquests problemes és essencial per mantenir l’eficiència i la durabilitat dels sistemes fotovoltaics.

La detecció dels hotspots és crucial per evitar danys greus i garantir un funcionament òptim de la instal·lació. Un hotspot pot començar amb una ruptura en un punt de contacte, provocant un escalfament lent i progressiu. Això podria generar un arc elèctric i, en situacions extremes, desencadenar un incendi.

• Escollir materials de marques reconegudes amb processos de fabricació certificats.
• Garantir un transport adequat dels mòduls.
• Seguir les instruccions del fabricant durant la instal·lació.
• Netejar els mòduls regularment segons les condicions del lloc.
• Realitzar revisions periòdiques amb equips especialitzats.

La delaminació es refereix a la pèrdua d’adherència entre les diferents capes que formen un mòdul fotovoltaic. Aquest defecte pot aparèixer de manera ràpida després de la instal·lació, però també pot empitjorar al llarg de la vida útil del mòdul.

La delaminació sol estar associada a una fabricació inadequada o a l’ús de materials de baixa qualitat. A més, el transport deficient i una manipulació incorrecta durant la instal·lació poden augmentar les possibilitats que es produeixi. Factors ambientals com la temperatura, la humitat i la irradiació UV acceleren aquest procés, especialment en mòduls de baixa qualitat.

La delaminació es pot identificar mitjançant inspecció visual, observant canvis en el color del mòdul, taques blanquinoses a la part frontal o la formació de bombolles a la part posterior.

• Comprar materials de marques de confiança que comptin amb processos de fabricació certificats.
• Assegurar un transport adequat, mantenint els mòduls paletitzats i lliures de pesos addicionals.
• Manipular els mòduls amb cura durant la instal·lació, seguint les recomanacions del fabricant.
• Revisar la planta periòdicament, realitzant inspeccions visuals i utilitzant equips especialitzats almenys una vegada a l’any.

Quan la delaminació es produeix lluny de la vora del mòdul, pot influir en el rendiment sense representar un risc immediat de seguretat. No obstant això, si la delaminació s’estén fins a les vores, pot permetre l’entrada d’aire i humitat, provocant corrosió i un deteriorament irreversible del mòdul, posant en risc la integritat de la planta.

L’efecte LeTID és un fenomen que afecta els mòduls fotovoltaics, especialment aquells que utilitzen cèl·lules PERC. Va ser descobert l’any 2012 i provoca el mateix efecte que el LID, una pèrdua de potència a causa de l’exposició a la llum solar, però es manifesta a temperatures de funcionament superiors als 50ºC (al mòdul), mentre que el LID es produeix a temperatures més baixes.

Les investigacions assenyalen l’hidrogen com el principal responsable. Durant el procés de fabricació de les cèl·lules, els àtoms d’hidrogen es difonen des d’altres capes cap a la zona activa de la cèl·lula. Les altes temperatures en el procés de fabricació incrementen aquesta difusió, augmentant així el risc de LeTID.

Aquest problema no és visible a simple vista, ja que el LeTID es detecta per una caiguda anormal en el rendiment dels panells. Per confirmar-lo, i després d’haver descartat altres defectes com hotspots o delaminacions, s’utilitzen equips d’electroluminescència, igual que en el cas del LID.

Els fabricants i laboratoris treballen per comprendre millor i mitigar els efectes del LeTID. Algunes mesures preventives en la fabricació de les cèl·lules PERC inclouen:

• L’ús de materials amb un baix contingut d’hidrogen.
• La reducció de les temperatures durant el tractament de les cèl·lules.
• L’ús d’oblies més fines.

Per prevenir els efectes del LID, els hotspots, la delaminació, el LeTID o el derating, és crucial triar amb cura tant els materials com els fabricants, optimitzar els processos de tractament de les oblies i aplicar pràctiques adequades en el transport, la instal·lació i el manteniment dels mòduls fotovoltaics. La prevenció i detecció d’aquests defectes no només garanteix una major eficiència i una vida útil més llarga de les instal·lacions, sinó que també proporciona importants beneficis econòmics a llarg termini.

En definitiva, la indústria fotovoltaica enfronta desafiaments complexos que afecten a la durabilitat i rendiment de les instal·lacions. No obstant això, mitjançant l’ús de materials d’alta qualitat, l’aplicació de tecnologies avançades i un manteniment adequat, és possible mitigar aquests problemes i garantir que les instal·lacions operin de manera òptima. A Azimut360, treballem per oferir solucions integrals i personalitzades en la prevenció i detecció d’aquests defectes, assegurant així que les instal·lacions fotovoltaiques dels nostres clients no només maximitzin la seva eficiència, sinó que també prolonguin la seva vida útil, generant beneficis econòmics sostenibles a llarg termini.