¿Sigue siendo financiable el PERC?

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Por Paul Grunow

Aunque la degradación inicial ha vuelto a ser objeto de un intenso debate, en esencia no es nada nuevo. Normalmente, la degradación inducida por la luz (LID) reduce la eficiencia de los módulos entre un uno y un tres por ciento. Esto se resta directamente del valor nominal de los módulos y los expertos y los bancos lo tienen en cuenta al calcular las previsiones de rendimiento. Por esta razón, la medición de LID ha sido durante mucho tiempo un componente clave de nuestras pruebas de paneles fotovoltaicos.

Con los módulos PERC, sin embargo, el problema está adquiriendo una nueva urgencia debido al efecto de la degradación inducida por la luz y la temperatura elevada (light and elevated temperature induced degradation, LeTID), que se conoce desde 2012 y es más pronunciada en los módulos PERC que en los LID de la tecnología anterior. Temperaturas más altas y niveles de luz más intensos pueden acelerar enormemente este proceso en el laboratorio, de ahí el nombre. Por lo tanto, la velocidad de degradación depende de la ubicación. El gráfico ilustra esto para los módulos sensibles a LeTID comparando los valores medidos en la Alemania fría con la degradación acelerada en la Chipre más cálida. LID y LeTID se distinguen por tres características:

 

  1. El grado de degradación: es mayor para los módulos susceptibles a LeTID (4-10%) y LID que para los módulos que sufren de LID solamente (1-3%).
  2. LeTID tiene lugar en un orden de magnitud más lento que LID: Toma alrededor de 1.000 horas en el laboratorio en 75 grados centígrados y en el punto de máxima potencia (MPP) para que LeTID alcance el grado completo de degradación. Por el contrario, el descenso del rendimiento debido a la LID se agota al cabo de unos días. Las condiciones del campo son similares pero dependen del clima. El LeTID máximo se produce después de 10 años en Alemania y cuatro años en Chipre, donde la temperatura media del módulo es 25 grados Celsius más alta con una irradiación proporcionalmente mayor. LID, por otro lado, alcanza su máximo después de unos pocos días en el campo en ambas ubicaciones. Afortunadamente, el LeTID se puede medir más rápidamente en el laboratorio. El efecto puede acelerarse aumentando la temperatura del módulo por lo menos en un factor de dos por cada 10 grados de temperatura y aumentando la inyección del portador de carga. Esto último puede lograrse cambiando del funcionamiento en el punto de funcionamiento máximo al “modo COV” sin carga, en el que los extremos de los terminales del módulo forman un circuito abierto. Esto acelera a LeTID por un factor de aproximadamente 10.
  3. Regeneración de LeTID con los mismos parámetros: Las imágenes EL de la pág. 66 ilustran cómo la degradación de LeTID se regenera después de alcanzar el punto de degradación total – a diferencia de la LID – incluso sin cambiar ningún parámetro externo. Este ciclo también puede acelerarse tanto aumentando la temperatura como cambiando a un funcionamiento sin carga, con la inyección de más portadores de carga.

 

¿Ayuda la regeneración?

Dado que los módulos también se regeneran en el campo una vez que han alcanzado el punto de máxima degradación, es tentador pensar que el problema de LeTID es exagerado. Pero incluso en un clima como el de Chipre, la regeneración tarda ocho años, mientras que en Alemania puede durar hasta 20 años.

Por lo tanto, la regeneración de los módulos sensibles a LeTID debe acelerarse antes de la puesta en servicio. Esto es posible en el campo, pero hasta ahora solo se ha demostrado en módulos individuales sin carga, aislados térmicamente y sin carga. El aumento resultante de la inyección del portador de carga y de la temperatura del módulo aceleró el tiempo de regeneración en Alemania a seis meses. En lugares más cálidos como Chipre, este enfoque puede tener éxito en tan solo dos meses. Pero esta no es una opción muy fácil de usar. La estabilización a nivel de célula o módulo es mejor. El instalador de la planta debe estar de acuerdo con esto contractualmente y luego realizar comprobaciones aleatorias al azar para asegurarse de que los módulos instalados se han estabilizado realmente.

Aunque el mecanismo físico detrás de LeTID aún no se entiende completamente, es un hecho que las células estables de LeTID pueden ser producidas adaptando el proceso de producción celular. La mejor manera de lograr esto es ejecutar el ciclo LeTID a temperaturas suficientemente altas bajo irradiación como paso final de producción o acondicionamiento antes de la clasificación de las células. Este proceso fue desarrollado originalmente para LID. El proceso no produce casi ninguna pérdida de eficiencia y puede ser realizado por maquinaria de producción disponible en el mercado para fabricantes de células. Una ventaja adicional es que también elimina la degradación del LID. La existencia y eficacia de tal subproceso podría verificarse rápida y eficazmente en el contexto de una inspección de fábrica. Otra posibilidad para los fabricantes de módulos es un ciclo de regeneración de la degradación que se lleva a cabo aplicando corriente en el laminador. Sin embargo, este proceso está protegido por una patente.

La regeneración previa a la instalación también es importante, ya que las grandes plantas de varios megavatios suelen revenderse en el mercado secundario al cabo de unos años. En el peor de los casos, la venta tendría lugar precisamente en el punto en el que la degradación del LeTID ha alcanzado su máximo.

Si las células no se han regenerado ya durante la producción, una forma práctica de tratar la degradación podría ser corregir el valor nominal de la placa de características para la salida del módulo en función del grado de degradación de LeTID, como se ha hecho con LID. Alternativamente, en lugar de introducir una degradación inicial fija en las simulaciones de rendimiento, se podría introducir una tasa de degradación anual incrementada por LeTID. En el ejemplo de la tabla de la página 64, esto significaría restar 1,75% por año durante cuatro años hasta que se alcance el -7%, más el valor estándar de -0,5% por año, lo que explica el envejecimiento de los materiales de encapsulación y soldadura. En total, en el ejemplo anterior, esto supondría un -2,3% anual en Chipre y un -1,2% anual en Alemania. Pero incluso para esta solución, los EPC y los inversores tendrían que conocer primero el alcance del efecto en el módulo correspondiente. En cualquier caso, las pruebas son importantes.

 

Pruebas de LeTID

Para saber cómo están de protegidos contra LID y LeTID los módulos más frecuentes, adquirimos seis de cada uno de los 10 tipos de módulos PERC en el mercado abierto, dos de ellos policristalinos.

Los examinamos bajo nuestras condiciones de prueba: Para acelerar el LeTID, los expusimos en la cámara climática a 75°C, en la oscuridad bajo una corriente de avance en el punto de máximo rendimiento bajo condiciones de prueba estándar. Esta prueba acelerada también se propone actualmente en el borrador para la segunda edición de la norma IEC 61215-2: Detección de LeTID bajo MQT 23.1, que exige repetir la prueba durante 162 horas hasta la estabilización. Los módulos se consideran estabilizados si la reducción de potencia es inferior al uno por ciento de la capacidad nominal. La atención a los detalles es esencial cuando se realizan estas pruebas. Al aumentar el amperaje, se inyectan más portadores de carga y aumenta la tasa de degradación. Pero cuidado: Un amperaje excesivo puede causar que el ciclo de degradación y regeneración pase desapercibido. En círculos de expertos se oye a menudo que los módulos monocristalinos son menos susceptibles a LeTID que los módulos policristalinos. A veces se reporta una degradación de LeTID superior al siete por ciento, principalmente en módulos multi-PERC [Kersten 2015]. Pero hasta ahora no hemos podido observar ninguna diferencia significativa en nuestras pruebas. De hecho, a menudo encontramos lo contrario, y uno de los módulos multi-PERC sufrió muy poco LeTID.

De los 10 tipos de módulos probados, los dos tipos de módulos policristalinos se degradaron en un máximo del dos por ciento después de 1.000 horas, mientras que la distribución entre los demás módulos mono-PERC osciló entre el uno y el cuatro por ciento (véase el gráfico de la izquierda). Es posible que los fabricantes de productos multi-PERC hayan tomado medidas para contrarrestar estos efectos, mientras que algunos fabricantes de productos mono-PERC continúan centrando sus esfuerzos principalmente en la LID y no estabilizan completamente las células.

En este contexto, ¿es la degradación adicional causada por LeTID un argumento fundamental contra la tecnología PERC? No, el cambio a esta tecnología fue racional y sigue siéndolo porque es rentable. Cada vez más fabricantes omiten cualquier mención del PERC en sus propias hojas de especificaciones, ya sea porque ahora es estándar de todas formas y no requiere ninguna mención especial, o para evitar cualquier discusión sobre LeTID. Además, esta degradación adicional puede ser eliminada con medidas de producción de células que son virtualmente neutras en términos de eficiencia.

Nuestra evaluación de la situación es que PERC es 100% financiable en este caso. Pero esta conclusión debe ser verificada por pruebas independientes y no solo para los fabricantes a través de auditorías de fábrica y pruebas de laboratorio calificadas.

Por el momento, también debería confirmarse la financiabilidad de los proyectos -por ejemplo, mediante pruebas de laboratorio aleatorias- porque todavía no entendemos qué es lo que causa el problema.

No obstante, debería tener lugar cuanto antes una aclaración científica definitiva del mecanismo, ya que aumentaría la credibilidad y fiabilidad de las adaptaciones de los procesos para el PERC. Esta aclaración es particularmente importante para los fabricantes de PERC que no creen que estén afectados, aunque sus módulos mostraron sensibilidad a LeTID además de LID en la prueba de PI Berlin.

Las tecnologías celulares de nueva generación que utilizan obleas de tipo n en lugar de obleas de tipo p, como las obleas de tipo n PERC, HJT o n-PERT, son en principio más estables que las células PERC en términos de degradación inducida por la luz; al menos PI Berlin y otros laboratorios no han encontrado todavía ninguna indicación de lo contrario. Estas tecnologías tienen un mayor potencial de eficiencia, pero son más costosas para los fabricantes de células debido a los mayores costes de adaptación. Ya sea que el problema se resuelva mejor mejorando nuestra comprensión de LeTID o pasando a la próxima generación de tecnologías celulares, esperamos que el conocimiento científico acelere la búsqueda de la mejor solución.

Sobre el autor

Paul Grunow es cofundador de PI Berlin. También fue uno de los fundadores del fabricante de células solares Q-Cells. Desde 2011, PI Berlin ha llevado a cabo más de 150 de los llamados “paquetes de calidad” con muestras aleatorias de entregas de módulos, que luego se envían directamente a las ubicaciones de destino en contenedores. Además del LID, el “paquete de calidad de PI incluye mediciones STC, de baja luminosidad, electroluminiscencia y PID, así como pruebas de pelado y contenido de gel en 10 o más módulos del mismo tipo, dependiendo del tamaño del sistema.