Reflexiones sobre un módulo sucio

Desde su aparición alrededor de 2013, los recubrimientos antirreflectantes (AR) para vidrio FV han sido capaces de establecerse rápidamente como una forma segura de obtener un aumento significativo del rendimiento de un módulo sin grandes cambios en los procesos de producción. Se ha informado que los recubrimientos antirreflectantes típicos proporcionan un aumento del rendimiento del 2-3% al alterar la superficie del vidrio para atrapar y transmitir más luz a la célula.

El informe 2018 International Technology Roadmap for Photovoltaics (ITRPV) espera que el vidrio recubierto con AR siga siendo el material estándar para la parte frontal de un módulo, manteniendo una cuota de mercado superior al 90% en un futuro previsible. El informe también señala que el reto para los proveedores de recubrimientos ahora es seguir cumpliendo con los requisitos cada vez más exigentes de vida útil y durabilidad de los módulos. El informe indica que los recubrimientos actuales de producción en masa tienen una vida útil de 15 años. Algunos con una vida útil de más de 20 años existen, pero todavía se encuentran en la fase intermedia y no están optimizados para la producción en masa.

“Uno de los retos clave ha sido la durabilidad, que definimos como la retención a niveles aceptables de las características de la materia prima después de la exposición a condiciones mecánicas o ambientales agresivas”, dijo David Hannan, CEO de Opus Materials, una empresa del Reino Unido que forma parte de un consorcio que planea lanzar al mercado un nuevo recubrimiento de vidrio para módulos este año. Hannan añade el recubrimiento, Solar Sharc, que ha demostrado su rendimiento en pruebas de durabilidad aceleradas basadas en la norma IEC 61215 para módulos fotovoltaicos, incluyendo 1.000 horas de ciclos de calor húmedo y de exposición a los rayos UV.

La empresa química holandesa DSM ha sido líder en la producción de recubrimientos de vidrio para módulos durante años, con una capacidad instalada estimada de 70 GW con su tecnología. El nuevo revestimiento antirreflectante de la empresa, diseñado para su aplicación en módulos ya instalados, utiliza una estructura de “superficie cerrada” que, según dice, la hace más duradera que la de la competencia.

“En comparación con otros recubrimientos, el DSM ARC para el mercado de posventa consiste en una capa con una porosidad interna y una superficie cerrada”, dijo Paolo Tusa, director comercial de DSM Advanced Solar. “Esta característica asegura una excelente durabilidad y hace que el revestimiento sea intrínsecamente más robusto mecánicamente y menos propenso a la degradación o a la entrada de suciedad”.

Antisuciedad

Hoy en día, los proveedores de recubrimientos también están mirando más allá de las características antirreflectantes, para ver qué más puede hacer un recubrimiento de vidrio para optimizar el rendimiento de los módulos. En 2017, DSM lanzó su revestimiento antisuciedad, diseñado para repeler la suciedad y el polvo de la superficie del vidrio, manteniendo al mismo tiempo sus propiedades antirreflectantes. El recubrimiento ha comenzado a ganar fuerza en los mercados fotovoltaicos, ya que la caída de los precios de los módulos hace que las operaciones y el mantenimiento sean responsables de una mayor participación en los costes del proyecto, y son considerados por los desarrolladores como un área clave para la optimización de costes.

“Nuestro negocio de recubrimientos antisuciedad se está desarrollando muy bien”, dijo Tusa. “Como con todas las nuevas tecnologías, lleva tiempo no solo convencer a nuestros clientes directos, sino también a los clientes de nuestros clientes en la cadena de valor. Parques pequeños y medianos, y recientemente también un parque a gran escala con nuestro revestimiento antisuciedad, han sido instalados en países de Asia, Rusia y la región de Oriente Medio y el Norte de África”.

Dada la propiedad antisuciedad se puede beneficiar de una superficie lisa y libre de golpes y cráteres donde la suciedad y el polvo pueden acumularse, mientras que las propiedades antirreflectantes dependen de la rugosidad de la superficie con características para atrapar la luz, el desarrollo de un recubrimiento que haga ambas cosas es otro desafío. Solar Sharc se comercializa principalmente como un recubrimiento antisuciedad que también tiene propiedades antirreflectantes.

Hannan explica que mediante la ingeniería del recubrimiento a escala nanométrica, es posible incorporar ambas propiedades. “Solar Sharc incorpora nanopartículas de sílice funcionalizadas que proporcionan propiedades mecánicas mejoradas en el revestimiento”, dijo. “El uso de estas partículas como fuente de rugosidad de la superficie promueve una mayor repelencia y capacidad antisuciedad. Esto no ha comprometido los atributos del recubrimiento, entre los que se incluyen la antirreflectancia, la alta transmisión de la luz, la resistencia a los rayos UV y a los productos químicos, las propiedades hidrofóbicas y, por supuesto, la durabilidad”.

DSM informa de que su revestimiento antisuciedad tiene las mismas propiedades antirreflectantes que su otro producto, y que en las pruebas realizadas en una instalación de TÜV SÜD en Dunhuang, China, se demostró que el revestimiento proporciona un aumento de la potencia de salida similar del 3%, medido en pruebas de flash, en comparación con los paneles no revestidos. Además, los paneles con antisuciedad podrían mantener un rendimiento óptimo durante períodos más largos, lo que se traduciría en un aumento medio adicional del 1% de la producción a lo largo del tiempo. Los materiales de Opus también dicen que sus pruebas de campo y de laboratorio sugieren que el recubrimiento Solar Sharc será capaz de proporcionar un aumento en la generación de aproximadamente un 4%.

Limpieza

Mientras que los recubrimientos antisuciedad prometen reducir la necesidad de limpieza, ninguno ha prometido eliminarlos completamente, particularmente en las regiones secas y polvorientas que tienden a ofrecer condiciones ideales para la generación de energía solar.

Esta es otra área en la que los recubrimientos de vidrio -la capa superior de un módulo que queda expuesto a los elementos- deben demostrar su durabilidad. Las soluciones de limpieza nuevas y viejas pueden poner mucha presión sobre los recubrimientos, ya sea a través de una limpieza sin agua que se basa en el flujo de aire, que puede arrastrar partículas abrasivas de polvo sobre la capa de recubrimiento, o a través de una limpieza a base de agua, que amenaza con eliminarlas.

El informe de ITRPV señaló que algunos recubrimientos han luchado por mantenerse eficaces y estables en condiciones exteriores incluso durante 10 años, pero que existe una clara tendencia hacia una mayor durabilidad.

Esto se refleja en las pruebas aplicadas a la próxima generación de recubrimientos de vidrio. DSM señala que ha probado su recubrimiento antisuciedad con los principales proveedores de equipos de limpieza automatizados y ha descubierto que el rendimiento de los módulos con el recubrimiento se mantiene estable después de 1.000 ciclos de limpieza, lo que equivale a casi 20 años de limpieza quincenal.

Aplicación en el mercado de posventa

Una innovación clave tanto en la última oferta de DSM como en el recubrimiento Solar Sharc, es que pueden aplicarse a temperatura ambiente sin necesidad de secado o „curado“ adicional con calor. DSM señala que el vidrio fotovoltaico es templado, y que tanto sus recubrimientos antirreflectantes como sus recubrimientos antirreflectantes pueden curarse con calor en esta etapa. Por lo tanto, no hay una reducción de costes real para los recubrimientos aplicados a la producción, pero el desarrollo ofrece una posibilidad interesante.

DSM está preparando el lanzamiento de su recubrimiento antirreflectante para su aplicación en retroadaptación, que se rociará sobre los módulos en el campo, ofreciendo un aumento de rendimiento a las instalaciones fotovoltaicas más antiguas en las que los módulos se producían e instalaban sin ningún tipo de tratamiento de RA.

“La composición se basa en la misma plataforma tecnológica utilizada para nuestro recubrimiento antirreflectantes líder en la industria”, dijo Tusa. “La única diferencia es que se seca a temperatura ambiente.” A continuación, explica que los recubrimientos AR estándar contienen nanopartículas de polímeros que se queman en el proceso de templado para dejar un recubrimiento nanoporoso, y que DSM ha desarrollado un método alternativo para garantizar la porosidad del recubrimiento y la adhesión al vidrio, así como un método de aplicación de alta velocidad.

El método de aplicación consiste en un aplicador automático con una serie de boquillas de pulverización, que según DSM puede recubrir un solo módulo en uno o dos segundos, y filas completas en uno o dos minutos. El revestimiento también se seca en menos de un minuto a una temperatura de 20°C. El plan es que DSM colabore con socios como “instaladores certificados” y ofrezca una solución llave en mano que incluya el suministro del revestimiento y su aplicación.

El recubrimiento AR retrofit estará listo para su lanzamiento comercial en los mercados europeos en el segundo trimestre de este año, y su expansión a otras regiones está prevista para el próximo año. DSM estima que hay un potencial de 40 GW de paneles solares sin recubrimiento en grandes parques solares de todo el mundo, siendo China, Alemania e Italia los países que albergan el mayor número. Señala que muchos de estos proyectos más antiguos se instalaron con tarifas de alimentación atractivas, por lo que el rendimiento del 2-3% prometido por el recubrimiento de reacondicionamiento podría resultar extremadamente atractivo para los propietarios de los activos.

“El aumento de potencia adicional es clave, es el Santo Grial en el mundo de la energía solar fotovoltaica”, añadió Tusa. “Esperamos, por lo general, menos de tres años de tiempo de amortización y una TIR [tasa interna de rentabilidad] atractiva. Los principales propietarios de activos han mostrado un alto nivel de interés”.

Opus Materials dijo a la pv magazine que inicialmente se está asociando con el productor de vidrio solar Onyx Solar para integrar el recubrimiento Solar Sharc en sus procesos de producción, y que el recubrimiento también estará disponible para su uso en el mercado de modernización.

Como cualquier otra nueva tecnología, los recubrimientos antirreflectantes de retroadaptación tendrán que demostrar su valía a diversas partes interesadas antes de ser aceptados por el mercado. En la actualidad, DSM cuenta con alrededor de 1 MW de instalaciones de prueba en las que se ha aplicado el revestimiento, algunas de las cuales han estado en funcionamiento durante más de 18 meses.

“Los propietarios de parques fotovoltaicos tienen que ser convencidos por una demostración de ganancias estables en el campo a lo largo del tiempo”, concluyó Tusa. “Hasta ahora, los resultados en términos de aumento de rendimiento y durabilidad son excelentes, satisfaciendo nuestras expectativas”.