Lectura del fin de semana: luchando por cada vatio

Gracias a su potencial para impulsar la potencia de los módulos, la tecnología de media celda, mediante la cual las celdas solares de silicio se reducen a la mitad antes de su colocación en el módulo, se ha convertido en un concepto muy interesantes para  varios fabricantes líderes de módulos. Entre ellos se encuentra el productor coreano Hanwha Q CELLS, que está a punto de lanzar una gama de módulos que incorporan el diseño de media celda en módulos de silicio monocristalino de alta eficiencia. Los módulos se mostraron por primera vez en el evento Solar Power International en Las Vegas, Estados Unidos, en septiembre. A partir de enero, Hanwha Q CELLS dedicará una parte importante de su capacidad de producción a la fabricación de los nuevos módulos de media celda.

Esta nueva gama, denominada Q.PEAK DUO, consta de módulos formados por 120 y 144 medias celdas, que incorporan la tecnología ya existente de Hanwha Q CELLS denominada Q.ANTUM, basada en el concepto de contacto posterior del emisor pasivado (PERC) y en otras innovaciones, incluida la configuración de seis barras colectoras, y la conexión de las celdas con cable redondo en lugar de cinta, así como la adopción de celdas cortadas por la mitad. “Además de continuar con el desarrollo de la célula Q.ANTUM en sí, pensamos en qué podemos mejorar en el módulo”, explica Jochen Endle,Director de Comunicación de Hanwha Q CELLS. “Hicimos la tecnología de seis barras, y el diseño de media celda. Eso nos lleva a competir con tecnologías mucho más costosas para clases de potencia de alta gama “.

En busca de más potencia
El principal motivo para el crecimiento de la tecnología de semicelda es el potencial que esta tiene para incrementar la potencia a nivel de módulo. En un ejemplo proporcionado por Fraunhofer ISE, se compararon los módulos que incorporan el diseño de celda completa y de media celda cuando se usa la misma potencia de celda total. Las celdas utilizadas tienen una potencia de 330 W, esto se tradujo en una potencia de módulo de 316,7 W para el módulo de celda completa, y 325,2 W para el módulo de media celda. Se trata de un aumento del 2,7 %. Los módulos son por lo demás idénticos, aunque el módulo de media celda es un 1,8 % más grande, ya que el diseño, naturalmente, implica más huecos entre las celdas. Por lo tanto, el aumento de la eficiencia no es tan fuerte como el aumento de potencia, aumentando del 18,84 % al 19,12 %.

Como se muestra en el gráfico, la diferencia más grande en pérdidas / ganancias se produce en la etapa de interconexión de la celda, donde una pérdida de 6,05 W en el módulo de celda completa se reduce a 1,56 W en él que tiene semiceldas. Cortar las células por la mitad también reduce a la mitad la corriente eléctrica, lo que significa que las pérdidas de resistencia disminuyen. Por otro lado, en los módulos de células de medio corte, se incrementan las pérdidas debidas al área perdida entre las celdas. En la mitad de las células, hay un poco menos del doble de espacios celulares que en las células completas. Estas pérdidas se recuperan parcialmente mediante el reflejo múltiple de la luz. Esta recuperación es mayor en las celdas de medio corte que en los módulos de celdas completas, ya que las pérdidas son mayores. “Cuando la luz cae en el espacio intercelular, se refleja parcialmente otra vez y, a la vez, se refleja parcialmente en la celda en la interfaz frontal de vidrio y aire”, explica Ulrich Eitner, director del grupo de módulos fotovoltaicos en Fraunhofer ISE. “En los módulos de vidrio-vidrio, por ejemplo, este incremento no ocurre”. Como el alambre redondo para la interconexión de la celda puede aumentar aún más la recuperación debido a la reflexión mejorada en comparación con la cinta, tiene sentido que Q CELLS también adopte este concepto de interconexión.

En su última oferta de módulos, Hanwha Q CELLS también habla de un aumento de potencia del 3 % atribuible al diseño de media celda. El más grande de la gama, el monocristalino de 144 semiceldas Q.PEAK DUO L-G5.2 tiene una potencia nominal de hasta 395 W. “La primera gran ventaja es el aumento de potencia de alrededor del 3 %”, explica Maximilian Schurade, Director de Soporte Técnico de Marketing en Hanwha Q CELLS. “Este es el efecto de la media celda en sí, y de la interconexión diferente, porque se reducen las pérdidas resistivas en el módulo”.

Otra ventaja de los módulos de media celda es su mayor estabilidad mecánica. “Las células cortadas por la mitad son más pequeñas, por lo que resulta mucho más difícil romperlas”, continúa Schurade. También señala que la elección del proceso de Hanwha Q CELLS para cortar las celdas no trae debilidad adicional al módulo, y que la estabilidad mecánica mejorada permitió a la compañía mejorar la degradación máxima anual especificada en su garantía de 0,6 % a 0,54 %.

El ligero aumento en el tamaño del módulo, según afirma Hanwha Q CELLS, parece ser insignificante: “es 15 mm más largo, esto no es realmente un problema”, dice Schurade. “El ancho es más importante para la mayoría de las instalaciones, por lo que la longitud adicional de 15 mm no es realmente un problema para nuestros clientes”.

Separar las celdas
Junto a las medias celdas, las estrategias innovadoras para la conexión pueden reducir aún más las pérdidas de las celdas a los módulos. Hanwha Q CELLS ha optado por la tecnología de alambre redondo en lugar de cinta, que dice que logra un aumento de potencia de alrededor del 2 %. De acuerdo con Teamtechnik, usar cables redondos tiene ventajas, pero hay también algunos desafíos adicionales de los que hay que desconfiar.

“Con un cable redondo obtendrás más reflejo de la luz entrante. La luz que golpea el cable redondo se refleja de nuevo en el panel de vidrio, y desde el vidrio vuelve a la superficie activa de la celda “, dice Kramer. “Los desafíos son el área de contacto reducida en la barra colectora, la adherencia del cable en la celda y la alineación, ya que tiene menos área de contacto y puede moverse un poco. Manejar el alambre redondo es un poco más complicado en comparación con la cinta plana, pero se puede hacer “.

La gama Q.PEAK DUO presenta seis barras colectoras, lo que reduce aún más las pérdidas en el módulo, ya que reduce la distancia que los electrones deben recorrer una vez capturados. El cambio a seis barras colectoras demuestra aún más el deseo de Hanwha Q CELLS de obtener más potencia de su módulo. “La razón principal por la que cambias el número de barras colectoras es para reducir las pérdidas resistivas”, dice Kramer. “La mayor ganancia se consiguió al pasar de tres a cuatro. Hay otro aumento de cuatro a cinco, y de cinco a seis. Pero se reduce cada vez más, y agrega más complejidad al proceso”. Hanwha Q CELLS estima que agregar una sexta barra de distribución por sí solo puede generar un aumento del 0,5 % en la potencia.

Mono frente a Multi
Cuando se trata de la tecnología PERC, el problema de la degradación inducida por la luz (PID) ha sido uno de los más importantes, que aún impide que muchos fabricantes vuelvan a producir PERC con silicio multicristalino más barato. Durante el evento Future PV (La fotovoltaica del futuro) realizado por pv magazine durante Intersolar Europa, Hanwha Q Cells presentó soluciones para demostrar que han resuelto el problema.

Un problema de texturización de la superficie que impidió el uso de un corte de hilo de diamante más económico y eficiente en policristalino condujo a un período de fuerte crecimiento en mono. Ahora que las soluciones están disponibles comercialmente en forma de silicio negro y otros procesos, muchos fabricantes están cambiando hacia la tecnología multicristalina una vez más.

Hanwha Q CELLS, por otro lado, decidió agregar capacidad mono a su cartera a fines de 2016 y ahora agrega más capacidad mono para la línea de módulos Q.PEAK DUO. La compañía, sin embargo, quiere enfatizar que las fuerzas del mercado son las que están detrás de esto. “Si bien podemos decir que hemos agregado mono a nuestra cartera a gran escala, esto no significa un cambio de multi”, dice Jochen Endle. “Creemos que hay demanda y justificación para ambas tecnologías”. En consecuencia, la compañía está en proceso de convertir la mayor parte de su capacidad para ambos, mono y multi-Si (se espera que sea de 8 GW a finales de 2017) para producir sus productos Q.ANTUM, basados ​​en la tecnología PERC, que afirman que la demanda de clases de alta potencia es su principal razón para hacerlo.

Junto a la degradación inducida por la luz, también la degradación inducida por la temperatura elevada y leve tiene el potencial de cancelar el aumento de la eficiencia de la tecnología PERC e incluso reducirla a la de un módulo de lámina posterior estándar. Mientras que las herramientas se han desarrollado con éxito para minimizar estos mecanismos de degradación en la producción de mono PERC y están en desarrollo para multiceldas, la tecnología Hanwha Q Cells Q.ANTUM presenta su propios mecanismos para reducir las dos formas de degradación.

“Cuando comenzamos con mono por primera vez para nuestra serie actual de módulos Q.PEAK, algunas personas pensaban ‘OK, estás haciendo PERC múltiple y no puedes controlar las degradaciones, por lo que cambias a mono'”, continúa Endle. “Ese no es el caso, sí nos atenemos a la producción multicristalina, y sí controlamos la degradación muy bien en este tipo de producción”. Además, está seguro de que la propia experiencia de la compañía en el desarrollo de PERC a través de su tecnología multicristalina Q.ANTUM fue una ventaja ya que se mudó al mercado para mono y ahora continúa avanzando en el mercado de productos monocristalinos de media celda: “Esto es realmente algo en lo que necesitas tener experiencia, y comprender los efectos en profundidad para ser capaz de controlarlos de manera confiable “.