Puntos y células calientes por degradación inducida por tensión

DEGRADACIÓN INDUCIDA POR TENSIÓN

Las células calientes debidas a polarización o degradación inducida por tensión (positiva o negativa, según sea el tipo de célula presente en el módulo) están relacionadas con la combinación de carga estática (positiva o negativa) acumulada en el vidrio frontal del módulo junto con alguna particularidad o defecto de las células en cuestión (material de partida, tecnología de crecimiento de las obleas, tecnología de crecimiento de las células, tecnología de formación de los contactos). Esta carga se desplaza hacia las células atraída por su potencial (de signo opuesto) y la peculiaridad o defecto de la célula hace que dicha carga provoque recombinación dentro de la célula, lo que se refleja en una disminución de la corriente y una alteración en su curva I-V, tal y como se mostró en la Figura 16. Así, las células afectadas por polarización, para mantener la misma corriente que la proporcionada por otra célula no afectada, se ven obligadas a trabajar a tensiones inferiores a las de una célula normal, incluso pudiendo llegar a ser negativas, con lo que se origina un sobrecalentamiento de ellas. Es por ello que las células calientes por degradación inducida por tensión están siempre en los módulos eléctricamente más cercanos a uno de los polos del generador (el positivo o el negativo, según sea el tipo de célula en cuestión), tal y como queda evidenciado en la Figura 52. En ocasiones este fenómeno de polarización se puede llegar a descubrir con la simple medida de la tensión de circuito abierto, que es considerablemente inferior a la esperada.

Figura 52. Módulos afectados por puntos calientes debidos a polarización inducida por tensión.

Este fenómeno, al contrario que ocurría con los puntos calientes en célula, sí que provoca una disminución sustancial de la producción energética pues a efectos prácticos equivale a un déficit de potencia, añadiendo el riesgo de envejecimiento prematuro de los módulos afectados. Según la experiencia del IES-UPM el déficit de potencia de los módulos puede alcanzar fácilmente el 20 %.

Una peculiaridad de esta polarización es que su intensidad puede variar según las condiciones meteorológicas pues la acumulación de carga estática depende de ellas. Así, cuanto mayor es la humedad en el ambiente también es mayor la facilidad para que esta carga descargue a tierra por el aire y, en consecuencia, menor tiende a ser la intensidad de la polarización. En el sentido contrario, después de un largo periodo de tiempo seco a la carga le resulta más difícil encontrar un camino hasta la tierra de la instalación, con lo que la carga acumulada es mayor y el fenómeno de polarización se ve acentuado.

Además, en algunas ocasiones la degradación de los módulos por este fenómeno es reversible, recuperándose en parte o incluso totalmente la potencia original mediante sanación por sometimiento a sesiones de tensión inversa a la que causa la polarización. Y este fenómeno a veces puede llegar a evitarse llevando a tierra uno de los polos del generador.

La polarización es un tema surgido en los últimos años y que está siendo estudiado por numerosos laboratorios y fabricantes para conocer su origen y encontrar soluciones que eviten esta pérdida de potencia[10], [13]-[18].

5.10.4

TRATAMIENTO DE LOS PUNTOS CALIENTES

Decidir en el contexto del mercado sobre la aceptación o rechazo de un módulo que presenta puntos calientes es una tarea que se ve dificultada por la ausencia de normativa aplicable. Por un lado, la norma IEC 61215, que sirve de referencia general para asuntos relacionados con la fiabilidad de los módulos, parece haber sido pensada para considerar estrictamente puntos calientes ocasionales como los generados por sombras puesto que, para que un módulo supere con éxito la correspondiente prueba, sólo exige que no aparezcan defectos visuales importantes después de 5 horas de mantenimiento del punto caliente. Por otro lado, módulos que presentan punto caliente cuando operan dentro de un generador no exhiben anomalías significativas cuando se analizan por separado (su curva I-V es casi normal y su potencia CEM es acorde con el valor nominal).

En general todo punto caliente representa una doble amenaza. Por un lado a la durabilidad del módulo, pues la temperatura es un factor de aceleración de los mecanismos de envejecimiento. Por otro lado a la eficiencia del módulo en operación, pues es habitual que los puntos calientes estén acompañados de tensiones de operación inferiores a la normal.

En relación con la primera amenaza, el IES-UPM considera que los módulos no deben superar en ningún caso la temperatura de 85 ºC, sin más razón que la de ser precisamente este valor el límite superior del ensayo de ciclado térmico establecido en la norma IEC 61215. Como la temperatura de operación en condiciones normales puede llegar a 65 ºC se ha propuesto que todo punto caliente con temperatura superior a 20 ºC sobre las células de su entorno lleve al rechazo del módulo. Ante dicha propuesta, los vendedores han llegado a contra-ofertar con un límite hasta de 30 ºC, que también

resulta razonable, pues la mayoría del tiempo la temperatura normal de los módulos se mantiene inferior a 55 ºC.

En relación con la segunda amenaza, el IES-UPM ha propuesto asociar el rechazo del módulo a la pérdida de tensión de más de un 20 % respecto a la tensión de un módulo de la misma serie y exento de puntos calientes. Esta propuesta ha tenido muy escasa resonancia hasta la fecha, en parte porque la pérdida de eficiencia de un solo módulo pasa inadvertida en el seno de un generador y en parte también porque la medida de la tensión de operación de un módulo funcionando dentro del generador no forma parte de las prácticas actuales del sector, por más que resulte fácil de ejecutar.

6.

CONCLUSIONES

Y

LÍNEAS