La industria fotovoltaica lleva embarcada desde sus orígenes en una carrera en busca de la mayor eficiencia en los módulos fotovoltaicos, es decir, conseguir una mayor potencia de generación respecto a la superficie del módulo. Aquí la célula fotovoltaica tiene todo el protagonismo y se han conseguido avances espectaculares, permitiendo pasar en 20 años del 12 al 20% de eficiencia de módulo.
La industria fotovoltaica lleva embarcada desde sus orígenes en una carrera en busca de la mayor eficiencia en los módulos fotovoltaicos, es decir, conseguir una mayor potencia de generación respecto a la superficie del módulo. Aquí la célula fotovoltaica tiene todo el protagonismo y se han conseguido avances espectaculares, permitiendo pasar en 20 años del 12 al 20% de eficiencia de módulo (debe tenerse en cuenta que la eficiencia del módulo es inferior a la de la célula ya que tanto la conexión eléctrica entre células como el vidrio/encapsulante introducen pérdidas en el sistema).
Si bien este aspecto es de gran importancia, tan importante es esto como que esta potencia de generación instantánea se traduzca en una producción de electricidad estable que pueda mantenerse con la menor degradación y en las circunstancias medioambientales más adversas durante muchos años, garantizando la inversión en la instalación fotovoltaica.
Aquí es donde la tecnología de construcción del módulo fotovoltaico juega un papel fundamental para conseguir preservar la integridad de las células y sus conexiones frente a condiciones extremas, tanto de tipo climático como ambientales, como el de alta salinidad, a lo largo del tiempo.
En los últimos años se ha avanzado mucho, tanto en la producción de mejores células (generación) como en la de los módulos (estabilidad y durabilidad), pero quizás la tecnología de fabricación de los módulos no haya evolucionado tanto. Más del 99% de los módulos se fabrican de forma muy similar, alojando las células -como explicaremos- en un laminado de vidrio y polímero.
Pero existe una tecnología, iniciada por la empresa alemana Solarwatt en 1999, que, en lugar de polímero en la parte posterior del módulo, utiliza otro vidrio, lo que le proporciona unas ventajas que vamos a ir desgranando en este artículo.
Sin pretender ser un artículo comercial, se informa de que los valores están basados en módulos vidrio-vidrio de Solarwatt. Desconocemos si son extrapolables a otros módulos vidrio-vidrio del mercado.
Pérdida de potencia
Las células FV se degradan con el paso del tiempo y esta degradación supone una pérdida progresiva de potencia del módulo FV. Una parte se debe a la propia pérdida gradual en su capacidad de absorber fotones y la otra a la degradación del material por su entorno.
En un módulo vidrio-vidrio esta segunda causa es prácticamente inexistente, ya que las células se encuentran encapsuladas entre dos láminas de un material inerte que es el vidrio.
En un vidrio-polímero, su lámina inferior se ve permanentemente afectada por altas temperaturas, ambientes salinos, contaminación, pesticidas/fertilizantes, etc., desprendiendo oxígeno y humedad que se filtran al interior del panel y reaccionando con las células.
Las células PERC son aún más sensibles a la humedad que las anteriores con lo que el riesgo de envejecimiento prematuro de un módulo vidrio-vidrio actual crece.
Esta diferencia de comportamiento supone que un vidrio-vidrio pueda entregar como mínimo el 87% de su potencia inicial el año 30 (0,34%/anual) frente al 80% el año 20 de un vidrio polímero (0,70%/anual).
Degradación lineal
Los fabricantes ofrecemos una pérdida de potencia lineal del módulo durante su tiempo de garantía, pero ¿sigue manteniendo este mismo patrón pasado este tiempo? La respuesta es no.
Un panel vidrio-vidrio sigue manteniendo esa degradación mientras que un vidrio-polímero cae drásticamente un tiempo relativamente corto después.
La siguiente figura muestra un ensayo de envejecimiento acelerado en cámara para ambas tecnologías.
Esto supone un 35% más de energía producida por un vidrio-vidrio durante el tiempo de garantía que no puede reducirse basándonos en que el módulo vidrio-polímero seguirá produciendo más allá de su garantía porque no es cierto.
Resistencia mecánica
Los módulos estándar tienen habitualmente un vidrio de 3,2mm de espesor mientras que el vidrio-vidrio cuenta con dos láminas de 2mm. Estos 4mm totales le confieren una resistencia mecánica muy superior que se traduce en:
Mayor resistencia al impacto. Soporta el impacto de granizos de 45mm a 23 m/s (IEC establece 25mm como estándar)
Módulo transitable. Soporta el peso de una persona (este proceso es muy común en la fase de instalación) sin que las células se vean afectadas. En un módulo convencional se producen microrroturas no apreciables a simple vista, pero fácilmente detectables mediante termografía
Inmunidad a la abrasión (por ejemplo: tormentas de arena) frente a la fragilidad del vidrio-polímero.
Resistencia química
Como ya se ha adelantado el vidrio es un material inerte que no reacciona ante la mayoría de los compuestos químicos. Esto supone que no se ve alterado en ambientes hostiles viendo su potencia inalterada siendo especialmente indicada su instalación en:
Presencia de amoníaco (explotaciones ganaderas y agrícolas)
Ambientes de alta salinidad (zonas costeras)
Zonas con producción de gases, lluvia acida (zonas industriales y/o de alta contaminación)
El polímero de la capa inferior de los módulos convencionales se ve seriamente afectado por todos estos agentes y con él la potencia de las células
Comportamiento con la temperatura
El coeficiente de temperatura es un parámetro muy importante para determinar la calidad de un módulo, pero la temperatura tiene un efecto mucho mayor y no demasiado estudiado: el de la generación de microrroturas en la célula y la perdida de potencia por formación de puntos calientes.
En un módulo FV, las altas temperaturas de trabajo/ambiente, producen constantes dilataciones/contracciones de las láminas superior e inferior del panel.
En un módulo vidrio-vidrio, ambos vidrios se dilatan por igual y no transmiten ese esfuerzo a las células. En un módulo vidrio-polímero no es así y la capa superior e inferior de las células se ven sometidas a tensiones diferentes produciéndose microrroturas que irán degenerando en pérdidas de rendimiento del módulo.
La siguiente figura muestra la degradación de un panel vidrio-vidrio sometido a ciclos de calor húmedo. Los 25 años de garantía de potencia (20% de degradación) de un módulo vidrio-polímero se estarían correspondiendo con 3100 ciclos de calor húmedo (ver curva de imagen 1).
Captación de la radiación solar
La radiación solar debe atravesar el vidrio/encapsulante para llegar a las células y ser transformada en energía eléctrica.
En un módulo vidrio-vidrio debe atravesar 2mm frente a los 3,2mm del panel estándar. Esto supone un incremento en la energía en el rango del azul y ultravioleta muy importante (en torno al 8% en ese rango de tan energéticas longitudes de onda).
LeTID (light and elevated Temperature Induced Degradation)
Hace unos años el conocido como PID convulsionó el mundo fotovoltaico, pero cuando todo esto parecía superado ha aparecido un nuevo fenómeno asociado a las células PERC.
Cuando una célula PERC es sometida a un funcionamiento bajo luz solar y alta temperatura, entra en un proceso de degradación acelerada que llega a reducir la potencia del panel a un 10% (90% de pérdida) de su potencia nominal. Este fenómeno es el conocido como LeTID y en la actualidad es imprevisible y puede ocurrir en semanas, meses o años tras su instalación.
Afortunadamente, pasado un tiempo (también imprevisible) el módulo vuelve a recuperar sus características iniciales.
No obstante, esta aleatoriedad del fenómeno hace imposible calcular la producción de un sistema a lo largo del tiempo, lo que está haciendo cuestionarse a las entidades financieras la bancabilidad de módulos con células PERC.
La industria FV ha incluido un nuevo test para certificar que un módulo está protegido contra LeTID (IEC CD 61215-1: Ed.2.0.) y los módulos vidrio-vidrio de Solarwatt son los primeros del mercado que cumplen esta nueva directiva.
Por todas estas razones la tecnología vidrio-vidrio es la única capaz de ofrecer una garantía de producto y de potencia simétrica de 30/30años real (frente a los 10/25años del vidrio-polímero).
Debe tenerse en cuenta que una pérdida de potencia siempre va a estar ocasionada por un defecto en el producto y que es difícilmente reclamable una potencia un día después de que la garantía de producto haya expirado.
Conclusiones
Los módulos de doble vidrio, fabricados con los componentes y materiales de más alta gama del mercado, desde las células al aluminio, pasando por los vidrios, plásticos y materiales de soldadura, son más fiables y duraderos, resisten mucho mejor las inclemencias climáticas durante muchos más años y proporcionan una mayor producción de electricidad gracias a su menor degradación garantizada y a su menor caída de generación a altas temperaturas. Se estima que en 30 años producirán un 35% más de electricidad. Y, además, la garantía se extiende a lo largo de ese espacio de tiempo.