Fuente: reglobal.co
Informe del índice de módulos fotovoltaicos del centro de pruebas de energía renovable (RETC) 2022
Este es un extracto del Informe del índice de módulos fotovoltaicos de 2022 del Renewable Energy Test Center (RETC). El Informe del índice de módulos fotovoltaicos de este año explora tres temas interrelacionados: módulos fotovoltaicos de tipo n, análisis forense de campo y clima extremo, que demuestran algunos de los riesgos técnicos inevitables. asociados con el desarrollo de proyectos solares. Estos temas oportunos también aclaran el valor de un enfoque basado en datos para la gestión de riesgos.
Evaluación de nuevos módulos fotovoltaicos tipo N
La capacidad continua de la industria solar para reducir los costos y mejorar el rendimiento es una de las principales razones por las que la energía solar representó la mayor parte de la nueva capacidad de generación de electricidad de EE. UU. en 2021. Esta tendencia se ejemplifica mejor con los cambios continuos en los diseños de módulos y tecnologías de celdas. El año pasado, por ejemplo, RETC exploró los beneficios y desafíos de desarrollar e implementar módulos de gran formato, que muchos analistas esperan que dominen el mercado en los próximos años. Este año, RETC está monitoreando de cerca otra tendencia tecnológica que está ganando rápidamente tracción y aceptación en el mercado, el surgimiento de celdas fotovoltaicas de tipo n de próxima generación con contactos de pasivación.
Ascenso de TOPCon
Muchos analistas de la industria y científicos de materiales creen que los diseños emergentes de celdas fotovoltaicas de tipo n son la próxima progresión lógica en la hoja de ruta de la tecnología fotovoltaica. En 2013, investigadores del Instituto Fraunhofer de Sistemas de Energía Solar de Alemania presentaron un método para producir células solares de silicio de tipo n de alta eficiencia con una estructura novedosa de contacto pasivado con óxido de túnel (TOPCon). Gracias a la excelente pasivación de la superficie y al transporte eficaz de portadores, este novedoso diseño de celda logró altas calificaciones en voltaje de circuito abierto (Voc), factor de llenado y eficiencia. Menos de una década después, TOPCon es la palabra más comentada en energía solar. Los mayores fabricantes de módulos del mundo están comenzando la producción en volumen de módulos fotovoltaicos con células TOPCon. Si bien LONGi Solar está apostando fuerte por el TOPCon de tipo p, muchas otras empresas de módulos líderes, como Jinko Solar, Jollywood Solar Technology, JA Solar y Trina Solar, están realizando inversiones sustanciales en módulos con diseños de celdas TOPCon de tipo n. Este pivote colectivo en el mercado se debe principalmente al aplanamiento de las curvas de eficiencia para los módulos de celda de contacto posterior (PERC) y emisor pasivado de tipo p. Aunque estos han dominado el mercado en los últimos años, los fabricantes están comenzando a alcanzar los límites físicos de los diseños de celdas PERC mono tipo p. La transición a las celdas TOPCon de tipo n permitirá a las empresas de módulos aumentar aún más la eficiencia de las celdas en el laboratorio y en la producción en masa.
Beneficios de las células tipo N
Los fabricantes de energía solar han reconocido durante mucho tiempo los posibles beneficios de eficiencia de las células fotovoltaicas de tipo n. Por ejemplo, Sanyo comenzó a desarrollar células fotovoltaicas con tecnología de heterounión (HJT) de tipo n en la década de 1980. Además, SunPower ha construido sus células fotovoltaicas de contacto trasero interdigitado (IBC) sobre una base de silicio de tipo n de alta pureza. Debido a las complejidades de fabricación involucradas, los módulos fotovoltaicos de alta eficiencia basados en diseños de celdas IBC y HJT de tipo n son relativamente costosos de producir y siguen siendo una parte de nicho del mercado. En comparación, la fabricación de celdas TOPCon de tipo n es muy similar al proceso PERC. Como resultado, los fabricantes pueden producir estos módulos TOPCon de alta eficiencia y próxima generación en líneas de producción PERC mejoradas.
Aunque los módulos TOPCon tipo n de hoy en día cuestan un poco más de producir por vatio que los módulos PERC mono tipo p, las ganancias de eficiencia dan como resultado un costo nivelado de energía (LCOE) más bajo en implementaciones de campo a gran escala. Lo mejor de todo es que los principales expertos esperan que n-type TOPCon se beneficie de una curva de aprendizaje acelerada. Una ventaja principal de las células TOPCon de tipo n en relación con las células mono PERC de tipo p es una menor tasa de degradación debido a una menor susceptibilidad tanto a la degradación inducida por la luz (LID) como a la degradación inducida por la luz y la temperatura elevada (LeTID). Las ventajas adicionales pueden incluir un mayor factor de bifacialidad, así como un rendimiento mejorado en condiciones de poca luz y alta temperatura.
Riesgos de la adopción temprana
La mayoría de los analistas esperan que los módulos con celdas TOPCon de tipo n aumenten rápidamente la participación de mercado en función de estas ventajas de rendimiento. Sin embargo, las tecnologías de células fotovoltaicas emergentes, incluso las que finalmente resultan exitosas en el campo, invariablemente conllevan más riesgos que las tecnologías maduras y probadas. Hasta que los productos se implementen a escala, existe la posibilidad de mecanismos de degradación aún no descubiertos. En la actualidad, por ejemplo, ingenieros y financieros independientes consideran que los módulos fotovoltaicos PERC mono tipo p son una tecnología estable y de bajo riesgo. Esta evaluación no siempre fue una opinión consensuada. Las primeras versiones de los módulos PERC mono tenían problemas de estabilidad, especialmente LID y, en raras ocasiones, LeTID. Estos inesperados modos de degradación mono PERC demuestran los riesgos de rendimiento que enfrentan los primeros usuarios de nuevas tecnologías.
Si bien las células fotovoltaicas TOPCon de tipo n han demostrado ser resistentes a LID y LeTID, existe cierta evidencia de susceptibilidad a la degradación inducida por ultravioleta. Por ejemplo, los investigadores del SLAC National Accelerator Laboratory y el National Renewable Energy Laboratory (NREL) han documentado la pérdida de energía frontal y trasera en tecnologías avanzadas de células solares después de pruebas de exposición a rayos UV aceleradas artificialmente. Estos datos no apuntan a un único mecanismo de degradación, sino que sugieren que diferentes diseños de celdas se degradan a través de diferentes vías.
Análisis forense del rendimiento de campo
El análisis forense es una investigación detallada que busca establecer la causa raíz del bajo rendimiento del sistema fotovoltaico. En muchos casos, las fallas de los inversores o las estimaciones de producción inexactas son los culpables del bajo rendimiento real o percibido del sistema.
Evaluación de referencia
Una de las mejores maneras para que las partes interesadas del proyecto reduzcan el riesgo del proyecto es contratar a un tercero calificado para que realice una evaluación del estado del módulo de referencia durante la puesta en marcha del proyecto. Al capturar mediciones de alta calidad antes de las operaciones comerciales, una evaluación forense de referencia proporciona beneficios a corto y largo plazo durante la vida útil de un sistema de energía fotovoltaica. A corto plazo, una evaluación de puesta en marcha de referencia mejora la precisión de las estimaciones de rendimiento del sistema.
Pruebas EL diurnas
Las pruebas de electroluminiscencia (EL) utilizan un sistema de cámara especial para documentar las emisiones de luz que se producen cuando una corriente eléctrica pasa a través de las células fotovoltaicas. Las pruebas EL tienen una larga historia en el laboratorio, donde se utilizan para detectar una amplia gama de defectos ocultos en los módulos. Una vez relegadas a ambientes interiores controlados, las pruebas EL son cada vez más comunes en las investigaciones forenses de campo. Las imágenes EL diurnas proporcionan dos beneficios distintos en comparación con los enfoques anteriores. En primer lugar, nuestra metodología de prueba EL permite a los técnicos probar los módulos in situ, lo que acelera el proceso de prueba y elimina el daño de la celda debido a la extracción y manipulación del módulo. En segundo lugar, las pruebas EL diurnas eliminan la necesidad de probar los módulos en la oscuridad de la noche, lo que mejora aún más la seguridad y el rendimiento.
Los resultados de las pruebas EL en el campo son valiosos para identificar defectos de fabricación importantes, daños por envío y transporte fuera del sitio, daños por manejo de materiales o instalación en el sitio, o daños resultantes de eventos climáticos severos como granizo, viento o nieve. Estas imágenes EL permiten a las partes interesadas del proyecto identificar daños en las celdas que pueden provocar disconformidades térmicas, puntos calientes y bajo rendimiento del módulo en el futuro. Cuando se documentan y notifican adecuadamente, las imágenes EL de terceros pueden ayudar a liquidar las reclamaciones de garantía y seguro. A diferencia de las imágenes aéreas infrarrojas (IR), que identifican solo las ubicaciones potenciales de los problemas de rendimiento, las investigaciones EL diurnas aclaran las causas fundamentales del bajo rendimiento. Estos hallazgos benefician a las partes interesadas del proyecto al acelerar la resolución de problemas y minimizar las pérdidas de producción.
Mantenimiento predictivo
Los análisis forenses de rendimiento de campo de terceros son especialmente prácticos cuando se combinan con una plataforma de monitoreo robusta y protocolos de mantenimiento predictivo. A medida que los módulos fotovoltaicos envejecen, los activos en campo corren un mayor riesgo de rendimiento deficiente. Las microfisuras de las celdas a menudo no afectan el rendimiento del módulo cuando los módulos son nuevos, pero ese no es necesariamente el caso a medida que los sistemas envejecen. Después de 5 o 10 años en el campo, algunos módulos continúan funcionando como se esperaba, mientras que otros sufren una degradación acelerada.
Diferenciar entre módulos "buenos" y módulos "malos" no es un asunto sencillo, especialmente en los sistemas implementados después de que el Departamento de Comercio de EE. UU. promulgara sus políticas AD/CVD. Los grandes proyectos que parecen tener un solo proveedor de módulos pueden, de hecho, integrar módulos fabricados con celdas de una docena de proveedores diferentes. Dado que cada lista de materiales (BOM) es única, cada una tiene un perfil de riesgo diferente.
Mitigación de los riesgos meteorológicos extremos
Nadie comprende mejor los peligros naturales asociados con los despliegues solares que los especialistas en seguros de energía renovable como GCube Insurance. Según el informe de mercado de 2021 de la compañía, "Granizo o agua alta: la escala creciente de pérdidas por catástrofes naturales y climáticas extremas en energía renovable", las reclamaciones de seguros relacionadas con el clima han aumentado en frecuencia y gravedad a medida que los proyectos solares han aumentado en frecuencia, tamaño y distribución geográfica. Dado el rápido crecimiento del mercado solar a nivel mundial, no es del todo inesperado un aumento proporcional en las reclamaciones de seguros solares. Sin embargo, la causa fundamental de las reclamaciones de seguros solares ha sorprendido a algunos conocedores de la industria de seguros. En concreto, desde 2015, los daños asegurados asociados a fenómenos meteorológicos extremos duplican aproximadamente la magnitud de los derivados de catástrofes naturales.
Si bien los eventos climáticos extremos resultan en más pérdidas aseguradas que las catástrofes naturales, las reclamaciones de seguros asociadas con la categoría de pérdidas por clima severo no son inevitables. Las partes interesadas del proyecto pueden prevenir o mitigar muchas pérdidas climáticas extremas ejerciendo un cuidado y previsión razonables en la selección de productos y el diseño del sistema. Además, los especialistas en mitigación de riesgos pueden ayudar a los inversionistas de capital fiscal y a las compañías de seguros a comprender los riesgos financieros asociados con el clima severo.
Pruebas comparativas
La selección estratégica de productos es un primer paso esencial para mitigar las principales causas de pérdidas por clima extremo. Los resultados de las pruebas de bancabilidad y más allá de la certificación de RETC demuestran cómo los diferentes diseños de módulos fotovoltaicos o combinaciones de módulos y estanterías resisten estos diferentes tipos de estrés ambiental. Estas diferencias son de misión crítica en el contexto de la mitigación de riesgos de clima extremo.
Ejemplos de peligros climáticos extremos prevenibles incluyen viento, granizo y nieve. Según la frecuencia de las reclamaciones, los eventos de vientos fuertes son una de las principales causas de pérdidas aseguradas en activos solares instalados. En función de la gravedad de las pérdidas, una tormenta de granizo ampliamente publicitada en el oeste de Texas dañó unos 400000 módulos fotovoltaicos, lo que resultó en el reclamo de seguro solar más grande hasta la fecha. La nieve es un peligro relativamente menor en general, pero presenta riesgos significativos en elevaciones o latitudes específicas.
El objetivo de las pruebas comparativas y aceleradas es empoderar a las partes interesadas del proyecto para identificar y especificar los mejores productos y diseños de sistemas para aplicaciones y entornos específicos. Los módulos que funcionan bien bajo pruebas de carga mecánica dinámica son muy adecuados para su implementación en entornos de vientos fuertes. Los módulos que se desempeñan bien en la secuencia de prueba de durabilidad de granizo (HDT) de RETC son adecuados para su implementación en regiones propensas al granizo. Los módulos que funcionan bien en las pruebas de carga mecánica son los más adecuados para resistir las cargas asociadas con el hielo y la nieve. Los módulos que no funcionan bien en estas dos pruebas no son productos "malos", especialmente en la aplicación adecuada. Los módulos endurecidos contra el viento y el granizo a menudo incurren en costos de fabricación más altos. Las condiciones para una instalación en el Valle Central de California, que rara vez experimenta fuertes vientos, granizo o nieve, pueden no justificar estos costos adicionales.
Para mitigar los riesgos de la cadena de suministro, los desarrolladores a menudo evalúan y obtienen una variedad de modelos y proveedores de módulos fotovoltaicos. La susceptibilidad a las condiciones climáticas extremas variará en esta cartera de módulos fotovoltaicos seleccionados. Al prestar atención a estas diferencias, los desarrolladores pueden dirigir módulos endurecidos por viento, granizo o nieve, respectivamente, a sitios propensos a viento, granizo o nieve. Este tipo de despliegue selectivo es una forma relativamente simple y rentable de reducir los riesgos de clima extremo.
Estrategias de estiba defensiva
Después de filtrar e implementar módulos de forma selectiva en función de la resistencia a las condiciones específicas del sitio, las partes interesadas del proyecto pueden implementar estrategias de control de software que respondan al clima para reducir aún más los riesgos climáticos extremos en aplicaciones de servicios públicos grandes. Muchos sistemas fotovoltaicos a gran escala integran seguidores de un solo eje controlados de forma inteligente que usan software para seguir el sol y evitar el sombreado. A medida que aumentaron las reclamaciones de seguros relacionadas con el clima, los fabricantes de rastreadores líderes en la industria implementaron respuestas novedosas de control de software, como modos de almacenamiento defensivo o desconexión de carga específicos para amenazas.
Debido a la naturaleza altamente localizada y de movimiento rápido de los vientos fuertes y las tormentas de granizo, las alertas de clima severo a menudo dan a los operadores de la planta un aviso con poca antelación. Además, los tipos de tormentas que producen fuertes vientos y granizo a menudo resultan en líneas eléctricas caídas y pérdida de energía CA. Los controles de software activos pueden abordar estos desafíos y proporcionar una mitigación de riesgos efectiva con características del producto como iniciación local o remota, tiempos de respuesta rápidos y respaldo de batería a prueba de fallas. También es importante tener en cuenta los riesgos meteorológicos coincidentes.
Aunque la industria de seguros se ha basado durante mucho tiempo en evaluaciones de riesgo probabilísticas para brindar cobertura de manera sostenible, el desafío que plantean los proyectos solares es doble. Primero, hay datos históricos limitados disponibles para comprender los riesgos climáticos extremos, especialmente considerando la tasa de cambio tecnológico y la expansión del mercado. En segundo lugar, los datos de catástrofes naturales en los que suelen confiar las aseguradoras no capturan eventos meteorológicos extremos "no categorizados".
Calidad del módulo
Los productos que parecen similares en el papel pueden funcionar de manera muy diferente en el mundo real. Un compromiso de fabricación con la calidad a menudo explica estas diferencias. La puesta en marcha de un número cada vez mayor de proyectos solares de mayor capacidad en ubicaciones de todo el mundo no está exenta de riesgos. Mitigar el riesgo específico del sitio requiere la aplicación estratégica de productos y tecnologías. Un enfoque único para el diseño de productos y el desarrollo de proyectos invariablemente aumenta los perfiles de riesgo de los proyectos. La diferenciación estratégica de productos mejora la resiliencia del proyecto.
Los diseños de módulos y sistemas resistentes al granizo mitigan el riesgo del proyecto en regiones propensas al granizo como el oeste de Texas. Los diseños de productos y sistemas que resisten los efectos dinámicos del viento reducen el riesgo del proyecto en lugares con vientos fuertes en todo el mundo. Los diseños de productos y sistemas que resisten altas cargas mecánicas estáticas reducen los riesgos de fallas catastróficas en lugares con mucha nieve. Los productos resistentes a la corrosión prolongan la vida útil operativa en las zonas costeras.
Los laboratorios de prueba utilizan equipos calibrados y certificados bajo condiciones de prueba auditadas y controladas. Las características capturadas bajo estas condiciones rigurosas representan la medida adecuada del rendimiento del módulo fotovoltaico y brindan valor a múltiples partes interesadas del proyecto. Si bien las pruebas de fábrica de acuerdo con los parámetros de las condiciones de prueba estándar (STC) son ideales para establecer las clasificaciones de la placa de identificación del módulo, los resultados de las pruebas de fábrica no caracterizan las condiciones de funcionamiento típicas del módulo. Para modelar con precisión el rendimiento del sistema en el mundo real, es esencial comprender cómo funcionan los módulos en condiciones de baja irradiación o en relación con los ángulos solares cambiantes. Además, es fundamental caracterizar el rendimiento del módulo en condiciones de prueba que reflejen las condiciones de funcionamiento en las que los sistemas fotovoltaicos normalmente producen rendimientos energéticos óptimos. También es fundamental comprender cómo la exposición solar a corto plazo y la degradación resultante afectan el rendimiento fotovoltaico en el campo.
A lo largo de la edición 2022 del Informe del índice de módulos fotovoltaicos, RETC ha reconocido a 9 fabricantes diferentes y ha mostrado 61 casos de alto logro en la fabricación. Para identificar lo mejor de lo mejor, revisó y clasificó las distribuciones generales de datos en las tres disciplinas: calidad, rendimiento y confiabilidad. La Matriz de resultados generales destaca a seis de los mejores en función de los altos logros generales en la fabricación: JA Solar, JinkoSolar, LONGi Solar, Hanwha Q CELLS, Trina Solar y Yingli Solar.
