A medida que la industria solar crece rápidamente, los materiales, diseños y paneles solares cambian rápidamente.
Para la industria de la energía solar fotovoltaica (PV), el rápido crecimiento puede producir cambios rápidos y, a veces, impredecibles. Mientras la industria continuaba experimentando un importante período de crecimiento en 2023, el Consorcio de Materiales de Módulos Duraderos (DuraMAT) aprovechó la oportunidad para apoyar los florecientes sectores nacionales de fabricación e implementación de la industria mediante el desarrollo de directrices sobre cómo construir módulos fotovoltaicos confiables y duraderos (también conocidos como como paneles solares).
El Informe Anual del Año Fiscal 2023 de DuraMAT publicado recientemente detalla el desarrollo por parte del consorcio de una estrategia de pronóstico de confiabilidad, así como hallazgos clave sobre los impactos de las grietas celulares, los módulos de alta eficiencia, la degradación de materiales y el reciclaje.
DuraMAT está dirigido por el Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL), con los Laboratorios Nacionales Sandia y el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley como laboratorios de investigación principales, y está financiado por la Oficina de Tecnologías de Energía Solar del Departamento de Energía de EE. UU. El consorcio trabaja en asociación con una junta de la industria solar de 22 miembros con el objetivo de acelerar una transición sostenible, justa y equitativa hacia la generación de electricidad sin emisiones de carbono para 2035.
Su informe anual revela nuevas estrategias y recomendaciones para beneficiar a los fabricantes de hoy y a los consumidores del mañana.
Con los nuevos materiales vienen nuevos comportamientos, que la experiencia pasada podría no predecir
Actualmente, las pruebas de confiabilidad en la industria solar se basan en factores observados en el campo con los módulos existentes, pero la industria está innovando tan rápidamente que el rendimiento de los módulos actuales ya no siempre es un indicador confiable de lo que sucederá en el futuro. Para abordar este desarrollo, DuraMAT introdujo un nuevo enfoque en el pronóstico de confiabilidad en 2023.
«Este año hemos adjudicado seis proyectos en el marco de nuestra convocatoria de previsión de fiabilidad», afirmó Teresa Barnes, directora de DuraMAT e investigadora del NREL. «Estos proyectos pronostican posibles factores de degradación como la degradación inducida por los rayos ultravioleta (UV), la mecánica de fractura del vidrio y los mecanismos de degradación en encapsulantes, además de proporcionar un análisis más rápido de los datos de fallas. Obtener conocimientos de todas estas áreas debería darnos la capacidad de predecir la confiabilidad a largo plazo de los nuevos diseños de módulos».
En lugar de comenzar con observaciones de campo de problemas a gran escala después de la implementación, como lo ha hecho tradicionalmente la investigación de confiabilidad fotovoltaica, el pronóstico de confiabilidad de DuraMAT comienza con preguntas de investigación fundamentales sobre cómo un material, interfaz, componente o módulo cambiará a lo largo de muchos años.
Este enfoque se basa en modelos cuantitativos y una validación rápida, lo que ha llevado al desarrollo de un conjunto de software de código abierto y conjuntos de datos sobre temas como modelos mecánicos de materiales, carga de viento, mecánica de fracturas, difusión de humedad e irradiancia, todos accesibles. a través del Centro de datos DuraMAT.
Cracking celular y degradación UV: lecciones para la industria
En 2023, los proyectos DuraMAT exploraron otros dos mecanismos de degradación que parecen estar evolucionando con nuevos diseños de módulos: el craqueo celular y la degradación UV.
Las células agrietadas son un desafío para la industria solar porque pueden reducir la producción pero a menudo pasan desapercibidas. Los investigadores descubrieron que algunos módulos más nuevos con muchas barras colectoras, celdas medio cortadas y encapsulación de vidrio son más tolerantes a las celdas agrietadas y menos propensos a mostrar pérdida de energía. Los cambios en el diseño del módulo, como la rotación de las celdas en el módulo, también pueden hacer que los módulos sean menos sensibles a la rotura de las celdas.
Los investigadores de DuraMAT también descubrieron que la degradación inducida por los rayos UV parece ser un problema importante en los módulos recientes fabricados con células de alta eficiencia. Estos resultados son importantes, ya que la mayor degradación relacionada con la exposición a los rayos UV en los tipos de células modernas puede compensar algunas de las ganancias previstas para las células bifaciales y otras células de alta eficiencia. DuraMAT está iniciando nuevos trabajos para cuantificar esta degradación en 2024.
Haciendo cola para la próxima generación de líderes en confiabilidad fotovoltaica
Tener una visión a largo plazo es el objetivo del Consorcio DuraMAT. El programa DuraMAT Early Career Scientists (DECS) es una extensión de ese enfoque con visión de futuro; después de todo, se espera que la vida útil de los módulos solares sea más larga y la industria necesitará científicos que respalden esta investigación de confiabilidad en el futuro.
El programa DECS tiene como objetivo conectar a los científicos que inician su carrera, fomentar la colaboración entre instituciones y ofrecer oportunidades de desarrollo profesional y creación de redes a estos nuevos investigadores importantes e innovadores. Este año, los participantes de DECS continúan representando a DuraMAT realizando presentaciones de investigaciones, actuando como presidentes de sesiones en conferencias nacionales e internacionales y publicando artículos, todo lo cual se puede encontrar en el informe anual de DuraMAT.
Profundice en los detalles
«Sabemos que la investigación de DuraMAT está teniendo un efecto directo en el diseño y la durabilidad de los módulos fotovoltaicos», afirmó Michael Owen-Bellini, miembro de liderazgo de DuraMAT e investigador del NREL.
