Los investigadores de la Universidad de Ciencia y Tecnología Kwame Nkrumah de Ghana y de la Universidad del Teesside del Reino Unido han identificado parámetros y técnicas que, según ellos, podrían utilizarse para diseñar y fabricar módulos fotovoltaicos robustos y resistentes a la humedad para los trópicos.
La investigación, presentada en el artículo “Robust crystalline silicon photovoltaic module (c-Si PVM) for the tropical climate: future facing the technology”, publicado en African Science y en el sitio web de ScienceDirect, examina los factores que aceleran la degradación de los paneles solares en los climas tropicales y analiza la tecnología de interconexión de células para su posible aplicación en la producción de módulos con mayor fiabilidad termomecánica en las regiones tropicales.
Miniaturización
Los investigadores identificaron las principales causas de la degradación de los módulos en el material de embalaje, las juntas de soldadura, la adhesión, la deslaminación, la acumulación de humedad, los desafíos térmicos de los dispositivos semiconductores y la tecnología de interconexión. Esta última se destacó como una de las principales causas de la degradación del rendimiento de los paneles en los climas cálidos y húmedos, donde la temperatura de los módulos puede alcanzar un promedio de unos 80 grados centígrados al mediodía y un mínimo de 15 grados centígrados a medianoche.
Los científicos añadieron que la tendencia a la miniaturización para la fabricación de células solares con obleas más finas podría ser en parte responsable de una mayor incidencia de microfisuras y, como resultado, de la reducción del rendimiento del módulo. El grupo anglo-ganés dijo que la principal causa de las fisuras es la soldadura infrarroja de cintas de cobre que se usa para formar cadenas de interconexión entre las células. “Con la reducción del grosor de las obleas, también se espera que aumente la rotura de las obleas durante los procesos de stringing y tabbing”, señaló el documento.
Front-to-back
Los métodos convencionales de interconexión de células de adelante hacia atrás se establecen de tal manera que causan un pliegue en las cintas de cobre al conectar la parte trasera con la delantera, según los investigadores. “Esta distorsión geométrica tensa las cintas de cobre durante la fabricación, lo que se agrava aún más por la alta carga térmica durante el funcionamiento en temperaturas tropicales”, afirma el documento.
El grupo de investigación dijo que las fuertes tormentas de granizo y los fuertes vientos que caracterizan a los trópicos empeoran las microfisuras en las células y causan la falla de los módulos. Las elevadas temperaturas ambientales también aumentan la tasa de crecimiento de los compuestos intermetálicos en las interconexiones de los módulos, según el documento, lo que a su vez aumenta las fallas de interconexión en los paneles ubicados en esas latitudes.
Los autores del documento dijeron que están surgiendo nuevos protocolos de interconexión. Entre ellos figuran los enfoques smartwire y multibúsbar, los módulos shingled y la fabricación de minimódulos eficientes con poco consumo de plata y con o sin metalización basada en el cobre. Sin embargo, los investigadores dijeron que ninguna de esas innovaciones se considera ideal para abordar la degradación en los trópicos.
Contacto posterior
El grupo de investigadores dijo que el diseño de interconexión visto en las células de contacto posterior podría ayudar a eliminar las pérdidas causadas por la humedad. Los investigadores propusieron una solución de interconexión back-junction, back-contact (BJBC) con soldadura láser selectiva para la fabricación de paneles de silicio cristalino robustos para sitios tropicales.
Ese tipo de arquitectura de módulos se basa en una estructura de dedos inter-digitada y búsbar que recoge la corriente de los dedos individuales, con uniones p y n en la parte posterior.
A diferencia de las células conectadas por la parte frontal, la conducción de la corriente en los dispositivos BJBC no pasa por el emisor, asegurando que no hay un compromiso entre el sombreado de la red y las pérdidas de resistencia en serie, añadió el grupo.
Los investigadores también analizaron tecnologías alternativas de contacto posterior, como los enfoques de envoltura de emisor y envoltura de metalización. El grupo también demostró que el uso de adhesivos conductores eléctricos para la interconexión de células producía módulos con menores tensiones residuales.
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