Degradación del panel solar: ¿Qué es y por qué debería importarle?

La tecnología fotovoltaica (PV) se ha investigado y desarrollado intensamente durante años. La mayoría de los módulos fotovoltaicos en la industria tienen una vida útil estándar de 25 años, pero algunas empresas líderes en la industria solar como Maxeon Solar han desarrollado esta tecnología para crear paneles solares que duran 40 años o más, cubiertos por una garantía de 40 años.

Para comprender las limitaciones de vida útil de los módulos fotovoltaicos,debe comprender el concepto de degradación del panel solar . Este es el principal fenómeno que afecta la vida útil de los módulos fotovoltaicos y provoca que se rompan. En este artículo, explicaremos todo lo que necesita saber al respecto y le daremos consejos sobre cómo reducir la degradación del panel solar.

Tabla de contenido

La degradación del panel solar comprende una serie de mecanismos a través de los cuales un módulo fotovoltaico se degrada y reduce su eficiencia año tras año.Envejecimientoes el factor principal que afecta la degradación del panel solar, esto puede causar corrosión y delaminación, lo que también afecta las propiedades de los materiales fotovoltaicos.

Otros mecanismos de degradación que afectan a los módulos fotovoltaicos incluyenDegradación inducida por la luz (LID), degradación inducida por potencial (PID), exposición al aire libre y factores ambientales . Existen varias herramientas y técnicas utilizadas para determinar la degradación del panel solar, que incluyen inspección visual, termografía infrarroja, electroluminiscencia (EL) y calibración de rendimiento.

La degradación de los paneles solares es causada por el envejecimiento y no solo afecta a las grandes instalaciones fotovoltaicas, sino que está presente en todas las instalaciones fotovoltaicas de techo en todo el mundo. Por eso es motivo de preocupación para los propietarios de viviendas con sistemas fotovoltaicos en la azotea y los hogares que consumen energía solar de la red.

Las tasas de degradación apropiadas de los paneles solares se estiman en 0,5 % por año considerando un sistema fotovoltaico bien mantenido que presenta condiciones ideales. Sin embargo, las tasas de degradación de los paneles solarespuede alcanzaren algunos casos extremos, llegando hasta el 1,4% o el 1,54% anual.

Esta información destaca la importancia de instalar módulos fotovoltaicos de alta calidad fabricados por empresas confiables y realizar el mantenimiento de los paneles solares. Tomar todas las precauciones garantizará tasas mínimas de degradación del panel solar y una vida útil más larga para los sistemas fotovoltaicos.

Es probable que un panel solar con una tasa de degradación del 0,5 % por año (el panel solar Hanwha QCells de 400 W, por ejemplo, en la Figura 1) se acerque al 87 % de su producción del primer año al final de su vida útil. Mientras tanto, un panel solar de baja calidad instalado en condiciones ambientales adversas podría tener una tasa de degradación del 1 % anual, lo que reduce su producción a casi el 75 % de su producción del primer año. Los fabricantes de primera calidad como SunPower han podido reducir las tasas de degradación hasta un 0,25 %, proporcionando el máximo rendimiento a lo largo del tiempo en la industria.

La degradación de los paneles solares no es causada por un solo fenómeno aislado, sino por varios mecanismos de degradación que afectan a los módulos fotovoltaicos, pero la causa principal es la degradación relacionada con la edad. Las causas adicionales de la degradación del panel solar incluyen, entre otras, el envejecimiento, la degradación inducida por la luz (LID), la degradación inducida por el potencial (PID) y la falla de la lámina posterior. Analicémoslos con más detalle.

El envejecimiento es el principal mecanismo de degradación que afecta a los módulos fotovoltaicos a lo largo de sus años de funcionamiento. Este mecanismo de degradación es consecuencia directa de la exposición de los módulos durante años a lluvias, nevadas, temperaturas extremas, granizo, polvo y otros agentes externos.

Cuando los módulos fotovoltaicos se exponen a los agentes externos antes mencionados, comienzan a decaer con el tiempo y reducen su eficiencia. Esto ocurre debido a la corrosión de los marcos de los paneles solares, la deslaminación del vidrio y la lámina posterior y la pérdida de propiedades de los materiales fotovoltaicos, todo lo cual provoca una degradación anual promedio del 0,5 % para los módulos fotovoltaicos.

La Degradación Inducida por la Luz (LID) es un fenómeno que provoca una aceleración en las tasas de degradación de los paneles solares, afectando a los módulos principalmente durante el primer año de funcionamiento. Esto es consecuencia de que la luz solar acelera el proceso de oxidación entre el boro utilizado para dopar los materiales fotovoltaicos y el oxígeno.

Estos defectos ocurren naturalmente cuando el oxígeno se combina con el silicio fundido durante el proceso Czochralski que se usa para producir silicio monocristalino (mono c-Si). El boro utilizado para dopar las células solares se combina con el oxígeno y actúa como una trampa para los pares de agujeros de electrones, lo que afecta el proceso de generación de energía.

La degradación del panel solar causada por LID afecta en gran medida a los módulos fabricados con silicio monocristalino, especialmente los de oblea tipo p. El efecto LID también es mayor en los módulos PERC.

La degradación inducida por potencial o PID es otro mecanismo de degradación que afecta a los módulos fotovoltaicos y reduce su eficiencia. A diferencia de LID, PID no afecta en gran medida a un tipo particular de módulo fotovoltaico, pero afecta por igual a los módulos fotovoltaicos mono c-Si, silicio policristalino (poli c-Si) y de película delgada.

Las instalaciones fotovoltaicas a gran escala cuentan con un alto voltaje por cadena que provoca una diferencia de potencial entre las celdas y el marco, lo que genera una corriente de fuga que produce pérdidas de energía.

La comprensión de PID aún es incompleta y se requiere más estudio, pero se sabe que produce grandes pérdidas de potencia en sistemas fotovoltaicos sin conexión a tierra con voltajes superiores a 1500 V. Esto está asociado con grandes sistemas fotovoltaicos comerciales y de escala de servicios públicos.

El fallo de la lámina posterior es otra causa de degradación, siendo la principal causa de degradación prematura. Se determina que del 9% al 16% de los módulos fotovoltaicos sufren fallas en la lámina posterior. Este es un motivo de preocupación, ya que la lámina posterior de un módulo fotovoltaico es la primera línea de defensa que aísla y protege los componentes internos de agentes externos como la humedad, el viento, el polvo y la luz ultravioleta (UV).

La causa principal de la degradación del panel solar debido a fallas en la lámina posterior es la delaminación de la lámina posterior o la formación de grietas en el material. Cuando falla la lámina posterior, los componentes internos de los paneles solares quedan expuestos a agentes externos y se reduce la vida útil de los módulos fotovoltaicos.

Así como existen diferentes tasas de degradación de los paneles solares, existen factores que aceleran o reducen la degradación de los paneles solares. Estos incluyen los materiales utilizados para fabricar los módulos fotovoltaicos, el proceso de ensamblaje, el proceso de instalación, las prácticas de mantenimiento e incluso el clima.

La mayoría de los módulos fotovoltaicos que caen bajo la degradación acelerada del panel solar lo hacen debido a fallas de LID, PID y lámina posterior. Estos mecanismos de degradación son causados ​​en parte por defectos en los materiales, por lo que se puede concluir que los módulos fotovoltaicos con mejores materiales de mayor calidad se degradan a un ritmo más lento.

Se pueden usar materiales y técnicas adicionales para retardar la corrosión y reducir la degradación del panel solar. Se ha demostrado que los sistemas de paneles solares pueden durar al menos 40 años en condiciones degradadas, pero algunas empresas pioneras en la industria solar han mejorado la tecnología y ofrecen garantías fotovoltaicas de 30 y 40 años.

Los módulos fotovoltaicos pueden presentar materiales de alta calidad, pero requieren los procesos de fabricación más estrictos para garantizar el máximo rendimiento.

La mejora de las técnicas de fabricación puede reducir la degradación de los paneles solares y prolongar la vida útil de los módulos fotovoltaicos. La Oficina de Tecnologías de Energía Solar del Departamento de Energía de EE. UU. actualmente está financiando un equipo de investigación para desarrollar técnicas que podrían extender la vida útil de los módulos fotovoltaicos hasta 50 años o más.

Cuando los paneles solares se transportan y manipulan durante la instalación, los módulos están sujetos a tensión mecánica. Este estrés puede causar la degradación del panel solar debido a fallas en la lámina posterior y producir pérdidas parciales de energía o comprometer los componentes del módulo fotovoltaico.

Para reducir la degradación del panel solar causada por el agrietamiento de la lámina posterior y aumentar la vida útil de los módulos fotovoltaicos, se recomienda que los módulos sean manipulados e instalados adecuadamente por profesionales certificados. Esto es especialmente importante cuando se trata de paneles solares de película delgada, que son más delicados.

El mantenimiento regular es una táctica vital utilizada para reducir la degradación del panel solar en aplicaciones de pequeña y gran escala. El mantenimiento predictivo y preventivo puede aumentar la vida útil operativa de los sistemas fotovoltaicos al reducir la degradación causada por la suciedad y el polvo, lo que da como resultado un mayor rendimiento de los paneles solares.

La frecuencia con la que se debe realizar el mantenimiento puede variar según la presencia de polvo, nieve, hojas caídas y otras condiciones climáticas. El número de aves en el área (asociado con las caídas de aves) también puede aumentar la frecuencia de mantenimiento requerida.

Los fenómenos meteorológicos no son una variable que se pueda controlar, pero se pueden tener en cuenta al instalar módulos fotovoltaicos y realizar el mantenimiento para evitar una mayor degradación de los paneles solares. El análisis previo a la instalación de sistemas fotovoltaicos a gran escala debe considerar un estudio dedicado sobre la ubicación y los desastres naturales históricos, asegurando que la ubicación sea factible para la instalación.

Una elección importante que se puede tomar al prepararse contra fenómenos meteorológicos extremos es seleccionar módulos fotovoltaicos que presenten mejores propiedades mecánicas. Esto puede incluir un mejor índice de protección de entrada (IP), una clasificación de marco más dura, un vidrio con mayor resistencia contra impactos y más. Por ejemplo, los módulos fotovoltaicos SunPower son más vulnerables a los vientos de alta velocidad en comparación con los paneles solares Q-Cells.

Teniendo en cuenta que los paneles solares tienen una vida útil limitada, es importante tener en cuenta que se pueden reciclar y reutilizar para el funcionamiento de la red, las estaciones de carga de vehículos eléctricos y otras aplicaciones. La noticia aún mejor es que los investigadores están trabajando actualmente para extender la vida útil de los módulos fotovoltaicos y desarrollar técnicas para reducir la degradación de los paneles solares.

Los estudios que se están realizando buscan aumentar la durabilidad basándose en la fotografía de electroluminiscencia y el aprendizaje automático, mejorando la vida útil y el rendimiento de la instalación fotovoltaica con resultados comprobados mediante la implementación de sistemas de control y monitoreo. Además, la implementación de técnicas de refrigeración con agua para reducir la temperatura del módulo fotovoltaico también ha demostrado su eficacia para prolongar la vida útil de los paneles solares.

Muchas veces, las propuestas solares tendrán en cuenta las simulaciones del primer año, lo que puede generar la idea errónea de que este rendimiento energético se mantendrá a lo largo del tiempo cuando no es así. Es por eso que elegir el panel solar con tasas de degradación más bajas es esencial paramantener el rendimiento a lo largo del tiempo lo más cerca posible del primer año de instalación . La mayoría de los fabricantes de paneles solares incluyen métricas que indican la garantía de rendimiento de sus productos, elegir módulos fotovoltaicos de alta calidad con tasas de degradación similares a las de SunPower o incluso Hanwha Q-Cells garantizará que los sistemas fotovoltaicos resistan la degradación por envejecimiento mejor que los convencionales y que proporcionará mejores resultados a largo plazo.

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