O vidro é um material único usado por sua estabilidade química e transparência visual. É comumente usado em painéis solares como uma camada externa protetora.
Em seu índice anual de módulos fotovoltaicos, o Centro de Testes de Energia Renovável (RETC) examinou questões emergentes na fabricação de vidro solar e no desempenho de campo. Ele encontrou relatos de um aumento preocupante no vidro do painel solar quebrando espontaneamente no campo, às vezes até mesmo antes do comissionamento.
Teresa Barnes, Ph.D., gerencia o Grupo de Fiabilidade e Desempenho de Sistemas Fotovoltaicos do Laboratório Nacional de Energias Renováveis (NREL). Barnes e seus colegas do NREL relataram o problema.
“A quebra espontânea de vidro é um exemplo de um modo de falha que não costumávamos ver. Quando comecei a trabalhar com confiabilidade de módulos solares, há sete ou oito anos, ouvimos falar principalmente sobre quebra de vidro quando havia operações e práticas de manutenção desleixadas”, disse Barnes.
Agora, esse não é mais o caso, e a equipe de confiabilidade do NREL está recebendo regularmente relatórios de quebra de vidro em módulos de silício não relacionados a danos diretos de manutenção ou impactos de tempestades. A equipe descobriu que, com o tempo, a qualidade média do vidro solar parece estar diminuindo.
“Antigamente, os módulos passavam no teste de carga estática IEC 61215 com um grande fator de segurança”, disse Barnes. “Hoje, os módulos mal passam no teste de carga estática de base ou não passam com fatores de segurança mais altos. Alguns novos projetos de módulos simplesmente não estão passando no teste de carga estática mínima”.
A equipe do NREL começou a levantar a hipótese de que os danos de vidro em painéis solares estão passando por um processo semelhante ao de um para-brisa de carro que precisa de substituição. Quando um para-brisa sofre danos por impacto, muitas vezes ele só aparece como uma pequena marca em forma de estrela que parece insignificante. Mas quando condições climáticas extremas com temperaturas muito altas ou baixas passam, a gravidade dos danos é totalmente percebida e, de repente, uma grande rachadura é visível em toda a superfície.
“Achamos que uma dinâmica semelhante pode ser uma causa raiz da quebra espontânea do vidro solar”, disse Barnes.
Esse aumento na quebra provavelmente se deve à tendência de o vidro solar ficar mais fino ao longo do tempo, disse NREL. Mike Pilliod da Central Tension, que falou na Oficina de Confiabilidade do Módulo PV 2024 da NREL, disse que qualquer fabricante pode temperar vidro de 3 mm. Mas abaixo de 3 mm, a têmpera de vidro é um processo difícil. Ele disse que, à medida que o vidro fica mais fino, são necessários menos defeitos para criar falhas limitadoras de força no vidro. Essas falhas estão sendo ativamente estudadas pelo NREL para entender algumas das armadilhas potenciais do uso de vidro fino na fabricação solar.
Barnes alertou que pode ser uma combinação de efeitos que estão tornando a quebra de vidro uma ameaça maior do que antes. Os módulos estão ficando maiores, os quadros estão ficando mais finos e os trilhos de montagem estão cada vez mais próximos. Todos esses fatores levam a “módulos grandes e flexíveis” que estão colocando mais pressão sobre a superfície de vidro, que também está ficando mais fina em muitos módulos.
A equipe do NREL disse que no Workshop de Confiabilidade do Módulo PV deste ano, os fabricantes começaram a falar sobre a introdução de quadros mais grossos e posições de montagem mais amplas.
“À medida que as pessoas entendem melhor como o sistema de módulos interage, elas podem trabalhar para otimizar como as cargas são balanceadas”, disse Barnes. “O pêndulo nesse ato de equilíbrio já pode estar balançando de volta em direção à integridade do quadro e do trilho de montagem”.
Enquanto alguns fornecedores de módulos estão focados em armações e montagem, outros introduziram módulos de vidro temperado que são comercializados como endurecidos por granizo e resistentes a condições climáticas extremas.
A RETC perguntou a Barnes sobre as recentes perdas catastróficas no Texas, onde tempestades de granizo causaram centenas de milhões de dólares em danos aos ativos solares operacionais.
A GCube Insurance, subscritora de energia renovável, disse que, apesar de ser apenas 1,4% do número total de reclamações de seguro registradas, cerca de 54% dos custos incorridos de perdas solares totais podem ser atribuídos ao granizo. Isso é baseado em dados coletados pelo Gcube nos últimos cinco anos. Os custos médios totalizaram US$ 58 milhões por sinistro.
“Dez anos atrás, as pessoas o tiravam da reunião em um trilho se você mencionasse projetos de módulos específicos para o clima. O consenso era que isso seria simplesmente muito caro”, disse Barnes. “Agora, módulos específicos do clima e testes específicos do clima estão começando a parecer viáveis porque estamos vendo mais ênfase nos custos totais do sistema. É perfeitamente possível que possamos ver módulos endurecidos por granizo, especialmente em um mercado como os Estados Unidos, onde poderia valer a pena pagar mais adiantado pela resiliência ao granizo”.
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