Fraunhofer CSP desarrolla módulos fotovoltaicos ultradelgados de vidrio-vidrio reforzados con un revestimiento especial

El Centro Fraunhofer de Fotovoltaica de Silicio de Alemania (Fraunhofer CSP) y la empresa emergente Exxosqel GmbH están desarrollando un módulo solar de vidrio delgado que utiliza un revestimiento especial para compensar la menor resistencia mecánica asociada con las cubiertas de vidrio más finas.

“El módulo de vidrio delgado desarrollado es actualmente solo un demostrador”, declaró a pv magazine el científico de Fraunhofer CSP Ringo Köpge.

El módulo utiliza láminas de vidrio frontal y posterior de 1 mm de espesor, con una superficie total de vidrio de 300 mm × 200 mm. Incorpora materiales estándar de encapsulado para módulos solares y cuartos de célula procedentes de células PERC bifaciales M6 de nueve barras colectoras. Los cuartos de célula están conectados en serie y cada célula entrega aproximadamente 1,58 W.

“El módulo se fabricó utilizando un laminador fotovoltaico estándar, con modificaciones en los parámetros del proceso, incluidos la temperatura, la presión y la configuración del sistema”, afirmó Köpge.

El revestimiento se describe como un tratamiento superficial reactivo multicomponente aplicado directamente sobre la superficie del vidrio. Reacciona químicamente con los grupos hidroxilo (Si–OH) asociados con las superficies de vidrio dañadas y las microfisuras, y crea enlaces covalentes con la estructura del vidrio.

Según Exxosqel, esta reacción repara parcialmente las microfisuras, reduce la fragilidad superficial y mejora la resistencia mecánica del vidrio. La capa compuesta reticulada resultante está diseñada para permanecer transparente y ser químicamente duradera, al tiempo que mantiene un índice de refracción adaptado al del vidrio para minimizar las pérdidas ópticas.

“Inspirado en la estructura de las conchas de abulón, en las que pequeñas cantidades de material orgánico aumentan drásticamente la tenacidad, el revestimiento crea una superficie compuesta más resistente, al tiempo que mantiene la transparencia y la durabilidad”, declaró a pv magazine Thomas C. Sauer, director ejecutivo de Exxosqel. “La tecnología puede integrarse en los procesos existentes de producción o acabado del vidrio y podría permitir fabricar productos de vidrio más delgados y ligeros sin comprometer su desempeño mecánico”.

La empresa no ha revelado más detalles sobre la composición química del revestimiento.

Los ensayos de laboratorio realizados por Exxosqel muestran, según se informa, mejoras significativas en la resistencia del vidrio: las muestras de vidrio de 2 mm aumentaron de 79 MPa a 364 MPa, mientras que las muestras de 1 mm mejoraron de 184 MPa a más de 1.300 MPa. La empresa estima que los sustratos de vidrio más delgados podrían reducir el uso de materiales, el consumo de energía y las emisiones de carbono al permitir reducciones de peso de hasta el 40%.

“El proceso de revestimiento especial no se limita al módulo demostrador y también puede aplicarse a módulos solares estándar”, afirmó Köpge.

Según Fraunhofer CSP, el revestimiento de vidrio ultradelgado podría ofrecer una solución para aplicaciones como la energía fotovoltaica integrada en edificios (BIPV), incluidos los módulos con cubiertas frontales impresas y diseños ligeros.

La tecnología de revestimiento también podría ayudar potencialmente a reducir los costos de fabricación de los módulos fotovoltaicos al permitir el uso de vidrio más delgado y disminuir el consumo de materiales, el peso de los módulos y los costos asociados de transporte y manipulación. Sin embargo, el vidrio más delgado también genera dudas sobre su durabilidad mecánica en condiciones reales, especialmente ante fenómenos meteorológicos extremos como las granizadas.

Según un estudio reciente de la India, los módulos solares con vidrio frontal de 3,2 mm de espesor podrían no ser lo suficientemente resistentes para soportar tormentas con granizo de gran tamaño. Los científicos determinaron que debería utilizarse un vidrio frontal de al menos 4 mm para evitar daños significativos.

“La creencia generalizada es que reducir el espesor del vidrio es intrínsecamente incompatible con una resistencia suficiente al granizo. Esta es precisamente la limitación convencional que nuestra tecnología pretende superar”, afirmó Sauer. “Nuestro enfoque utiliza un mecanismo de refuerzo completamente diferente y busca desvincular el desempeño mecánico de la limitación convencional del espesor del vidrio. Probar la resistencia al granizo de módulos de tamaño completo es uno de los próximos pasos importantes del desarrollo. Sobre la base de los resultados mecánicos obtenidos hasta ahora, somos optimistas, pero, naturalmente, los ensayos de módulos a gran escala todavía deben aportar las pruebas necesarias”.