O PERC ainda é sustentável?

A degradação inicial induzida pela luz nos módulos PERC é atualmente objeto de intenso debate, mas os testes realizados na PI Berlin mostraram que o problema pode ser resolvido. O fundador e CEO, Paul Grunow, explica os efeitos, o foco e os resultados.

Por Paul Grunow

Embora a degradação inicial tenha sido mais uma vez objeto de intenso debate, na realidade não é novidade. Normalmente, a degradação induzida pela luz (LID) reduz a eficiência dos módulos em um a três por cento. Isso é subtraído diretamente do valor nominal dos módulos e os especialistas e os bancos levam isso em conta ao calcular as previsões de desempenho. Por este motivo, a medição de LID tem sido uma componente chave do nosso teste nos painéis fotovoltaicos.

Com os módulos PERC, no entanto, o problema está assumindo uma nova urgência devido ao efeito da degradação induzida pela luz e alta temperatura (degradação induzida pela temperatura leve e elevada, LeTID), que é conhecido desde 2012 e é mais pronunciado nos módulos PERC do que no LID da tecnologia anterior. Temperaturas mais altas e níveis de luz mais intensos podem acelerar bastante este processo no laboratório, daí o nome. Portanto, a velocidade de degradação depende da localização. O gráfico ilustra isso para os módulos sensíveis ao LeTID, comparando os valores medidos na Alemanha fria com a degradação acelerada no Chipre mais quente. LID e LeTID são distinguidos por três características: 1.    O grau de degradação: é maior para módulos suscetíveis a LeTID (4-10%) e LID do que para módulos que sofrem apenas de LID (1-3%).2.    O LeTID ocorre numa ordem de grandeza mais lenta que a LID: Demora cerca de 1.000 horas no laboratório a 75 graus Celsius e no ponto de potência máxima (MPP) para que o LeTID atinja o grau de degradação total.
Pelo contrário, a diminuição no desempenho devido ao LID é esgotada depois de alguns dias. As condições do campo são semelhantes, mas dependem do clima. O máximo de LeTID ocorre após 10 anos na Alemanha e quatro anos em Chipre, onde a temperatura média do módulo é 25 graus Celsius maior com uma irradiação proporcionalmente maior. LID, por outro lado, atinge seu máximo após alguns dias no campo em ambos os locais. Felizmente, o LeTID pode ser medido mais rapidamente no laboratório. O efeito pode ser acelerado aumentando a temperatura do módulo em pelo menos um fator de dois para cada 10 graus de temperatura e aumentando a injeção do transportador de carga.
Este último pode ser alcançado alterando a operação no ponto operacional máximo para o “modo COV” sem carga, em que as extremidades dos terminais do módulo formam um circuito aberto. Isso acelera o LeTID por um fator de aproximadamente 10. 3.    Regeneração de LeTID com os mesmos parâmetros: As imagens EL na p. 66 ilustram como a degradação do LeTID regenera após atingir o ponto de degradação total- ao contrário do LID- mesmo sem alterar nenhum parâmetro externo. Esse ciclo também pode ser acelerado, aumentando a temperatura e mudando para uma operação sem carga, com a injeção de mais transportadores de carga.

A regeneração ajuda?

Como os módulos também se regeneram no campo depois de atingirem o ponto de máxima degradação, é tentador pensar que o problema do LeTID é exagerado. Mas mesmo em um clima como o de Chipre, a regeneração leva oito anos, enquanto na Alemanha pode durar até 20 anos. Portanto, a regeneração dos módulos sensíveis ao LeTID deve ser acelerada antes do comissionamento. Isso é possível no campo, mas até agora só foi demonstrado em módulos individuais sem carga, isolados termicamente e sem carga. O aumento resultante na injeção da portadora de carga e na temperatura do módulo acelerou o tempo de regeneração na Alemanha para seis meses. Em lugares mais quentes, como Chipre, essa abordagem pode ter sucesso em apenas dois meses. Mas esta não é uma opção muito fácil de usar. A estabilização no nível de célula ou módulo é melhor. O instalador da fábrica deve concordar com isso contratualmente e depois realizar verificações aleatórias para garantir que os módulos instalados realmente se estabilizaram.

Embora o mecanismo físico por trás do LeTID ainda não seja totalmente compreendido, é um fato que as células estáveis ​​do LeTID podem ser produzidas pela adaptação do processo de produção da célula. A melhor maneira de conseguir isso é executar o ciclo de LeTID em temperaturas suficientemente altas sob irradiação como a etapa final de produção ou condicionamento antes da classificação das células. Este processo foi originalmente desenvolvido para o LID. O processo quase não produz perda de eficiência e pode ser realizado por máquinas de produção disponíveis no mercado para fabricantes de células. Uma vantagem adicional é que também elimina a degradação do LID. A existência e eficácia de tal subprocesso pode ser verificada de forma rápida e eficiente no contexto de uma inspeção de fábrica. Outra possibilidade para os fabricantes de módulos é um ciclo de regeneração da degradação que é realizado aplicando corrente ao laminador. No entanto, esse processo é protegido por uma patente.

A regeneração antes da instalação também é importante, já que as grandes usinas com vários megawatts tendem a ser revendidas no mercado secundário depois de alguns anos. No pior dos casos, a venda ocorreria precisamente no ponto em que a degradação do LeTID atingisse seu máximo.

Se as células ainda não tiverem sido regeneradas durante a produção, uma maneira prática de lidar com a degradação poderia ser corrigir o valor nominal da placa de identificação para a saída do módulo, dependendo do grau de degradação do LeTID, como foi feito com o LID. Alternativamente, em vez de introduzir uma degradação inicial fixa nas simulações de desempenho, uma taxa de degradação anual aumentada pelo LeTID poderia ser introduzida. No exemplo da tabela da página 64, isso significaria subtrair 1,75% ao ano por quatro anos até atingir -7%, mais o valor padrão de -0,5% ao ano, o que explica o envelhecimento. dos materiais de encapsulamento e soldagem.
No total, no exemplo anterior, isso significaria -2,3% ao ano em Chipre e -1,2% ao ano na Alemanha. Mas mesmo para esta solução, os EPCs e investidores teriam que primeiro conhecer a extensão do efeito no módulo correspondente. Em qualquer caso, os testes são importantes.

Testes LeTID

Para saber como os módulos mais frequentes são protegidos contra o LID e o LeTID, adquirimos seis de cada um dos 10 tipos de módulos PERC no mercado aberto, dois deles policristalinos. Nós os examinamos sob as condições de teste: Para acelerar o LeTID, expusemo-los na câmara climática a 75 ° C, no escuro sob uma corrente direta no ponto de máximo desempenho sob condições de teste padrão. Este teste acelerado também é proposto atualmente no esboço da segunda edição do padrão IEC 61215-2: Deteção do LeTID sob MQT 23.1, que requer a repetição do teste por 162 horas até a estabilização. Os módulos são considerados estabilizados se a redução da potência for inferior a um por cento da capacidade nominal. A atenção aos detalhes é essencial ao realizar esses testes. Conforme a amperagem aumenta, mais transportadores de carga são injetados e a taxa de degradação aumenta. Mas, cuidado: a amperagem excessiva pode fazer com que o ciclo de degradação e regeneração passe despercebido. Frequentemente, os círculos especializados ouvem que os módulos monocristalinos são menos suscetíveis ao LeTID do que os módulos policristalinos. Uma degradação do LeTID superior a sete por cento é relatada, principalmente em módulos multi-PERC [Kersten 2015]. Mas até agora não pudemos observar nenhuma diferença significativa em nossos testes. Na verdade, muitas vezes encontramos o oposto, e um dos módulos multi-PERC sofreu muito pouco o LeTID.

Dos 10 tipos de módulos testados, os dois tipos de módulos policristalinos foram degradados em no máximo dois por cento após 1.000 horas, enquanto a distribuição entre os outros módulos mono-PERC variou de um a quatro por cento (ver o gráfico à esquerda). É possível que os fabricantes de produtos multi-PERC tenham tomado medidas para neutralizar esses efeitos, enquanto alguns fabricantes de produtos mono-PERC continuam concentrando seus esforços principalmente no LID e não estabilizam totalmente as células. Neste contexto, a degradação adicional causada pelo LeTID é um argumento fundamental contra a tecnologia PERC? Não, porque a mudança para essa tecnologia era racional e ainda é lucrativa. Mais e mais fabricantes estão omitindo qualquer menção ao PERC em suas próprias folhas de especificações, ou porque agora é padrão de qualquer maneira e não requer nenhuma menção especial, ou para evitar qualquer discussão sobre o LeTID. Além disso, essa degradação adicional pode ser eliminada com medidas de produção de células que são virtualmente neutras em termos de eficiência.

Nossa avaliação da situação é que o PERC é 100% financiado neste caso. Mas esta conclusão deve ser verificada por testes independentes e não apenas para os fabricantes, por meio de auditorias de fábrica e testes de laboratório qualificados.

Por enquanto, a viabilidade dos projetos também deve ser confirmada – por exemplo, por meio de testes aleatórios de laboratório – porque ainda não entendemos o que causa o problema.

No entanto, um esclarecimento científico definitivo do mecanismo deve ocorrer o mais rápido possível, uma vez que aumentaria a credibilidade e a confiabilidade das adaptações do processo para o PERC. Este esclarecimento é particularmente importante para os fabricantes do PERC que não acreditam que sejam afetados, embora seus módulos tenham mostrado sensibilidade ao LeTID além do LID no teste PI Berlin.

As tecnologias das células de nova geração que usam wafers do tipo n em vez de wafers do tipo p, como wafers tipo N PERC, HJT ou n-PERT, são em princípio mais estáveis ​​que as células PERC em termos de degradação induzida pela luz; pelo menos a PI Berlin e outros laboratórios ainda não encontraram nenhuma indicação em contrário.

Essas tecnologias têm um potencial maior de eficiência, mas são mais caras para os fabricantes de células devido aos custos mais altos de adaptação. Quer o problema seja resolvido melhor, melhorando nossa compreensão do LeTID ou passando para a próxima geração de tecnologias das células, esperamos que o conhecimento científico acelere a busca pela melhor solução.

Sobre o autor

Paul Grunow é co-fundador da PI Berlin. Ele também foi um dos fundadores do fabricante das células solares Q-Cells. Desde 2011, a PI Berlin realizou mais de 150 dos chamados “pacotes de qualidade” com amostras aleatórias de entregas de módulos, que são enviadas diretamente para os locais de destino dos contêineres. Além do LID, o “pacote de qualidade PI inclui STC, baixa luminosidade, eletroluminescência e medidas PID, bem como testes de descascamento e conteúdo de gel em 10 ou mais módulos do mesmo tipo, dependendo do tamanho do sistema.