Um novo relatório da Tarefa 13 do PVPS da IEA, intitulado “Degradation and Failure Modes in New Photovoltaic Cell and Module Technologies“, oferece uma análise abrangente dos mecanismos de degradação e falha nas tecnologias fotovoltaicas atuais.
Modos de degradação e falha alterados com inovação recente
Embora as novas tecnologias tragam novos desafios, elas também levam a tendências positivas. A seguir, descrevemos as mudanças nos modos de degradação e falha impulsionadas pelas inovações atuais.
- Rachaduras celulares – Estudos mostram que o impacto da quebra celular foi reduzido principalmente pela aplicação da tecnologia de vários fios. As rachaduras costumavam formar grandes áreas inativas facilmente, enquanto o design da célula multifios mitiga a probabilidade e, portanto, reduz o risco de perda de energia e ponto quente.
- LID/LeTID – A degradação induzida por luz (e temperatura elevada) (LID/LeTID) foi resolvida com a mudança de boro para gálio como dopante para wafers de Si, e algumas outras medidas de otimização também ajudam. Além disso, procedimentos de teste padrão estão disponíveis, para que o impacto do LID/LeTID no desempenho a longo prazo possa ser testado mesmo para inovações recentes.
- PID – A degradação induzida por potencial (PID) é causada pela alta tensão do sistema e pode ser influenciada pela luz, em particular pela irradiação UV. Os testes PID para módulos com emissor passivado e células traseiras totalmente difusas (PERT) mostraram que a luz adicional durante um teste PID pode efetivamente prevenir a degradação. Foi demonstrado em um caso que uma irradiância UV equivalente ao conteúdo UV no espectro AM1.5 padrão a 1000 Wm² pode reduzir o efeito PID para um módulo com células TOPCon para menos de 3%. Em contraste, neste caso, nenhuma irradiação UV durante o teste PID leva a uma degradação de 28%. Para módulos fotovoltaicos com células SHJ, um novo mecanismo potencial de degradação de PID é identificado. No entanto, ainda nenhum módulo afetado por PID foi encontrado no campo correspondente a esse modo. Para avaliar o impacto da irradiação em instalações reais, o próximo padrão PID IEC TS 62804-1 (2025) oferece um procedimento de teste combinado de potencial e luz.
- UVID – Em alguns módulos solares fotovoltaicos com células TOPCon e SHJ, a degradação induzida por UV (UVID) ocorre após testes de envelhecimento acelerado. Ainda não está claro se a degradação pode ser revertida pela exposição ao ar livre e como o teste pode ser transferido do laboratório para o campo. Deve-se enfatizar que o UVID é um problema solucionável, pois alguns módulos são estáveis aos raios UV em testes acelerados. A reflexão ou absorção da radiação UV antes de atingir as interfaces c-Si/passivação (por exemplo, pelo material de encapsulamento) pode mitigar o UVID.
- Degradação e falha de encapsulamento – Os testes padronizados atuais do módulo fotovoltaico (por exemplo, a série IEC 61215) geralmente não revelam caminhos de degradação relevantes, pois seu foco está no desempenho elétrico dos módulos fotovoltaicos, mas não na estabilidade dos materiais poliméricos. Portanto, muitos módulos fotovoltaicos são encontrados no campo com material de laminação danificado. Tensões combinadas com, por exemplo, mudanças de temperatura, umidade e radiação UV podem revelar essas vias de degradação relacionadas ao polímero. Como a degradação do material de encapsulamento não pode ser revertida e muitas vezes leva a problemas de segurança, esses testes adicionais são recomendados para novos materiais de encapsulamento.
- Quebra de vidro – Vidro fino (espessura ≤ 2 mm) usado em novos módulos de vidro/vidro às vezes resulta em altas taxas imprevisíveis de quebra de vidro. Em casos documentados, 5% a 10% dos vidros traseiros do módulo quebraram nos primeiros dois anos após a instalação. O teste de carga mecânica conforme a IEC 61215 não pode detectar esse ponto fraco, pois exigiria testes paralelos em dezenas de módulos em vez de apenas um para avaliar a taxa de falha.
- Contatos ruins na caixa de junção – Os contatos elétricos nas caixas de junção não são soldados corretamente com mais frequência devido ao novo layout do módulo ter fitas de conexão cruzada mais curtas, o que resulta em mais desconexão do diodo de bypass (BPD). Falhas na caixa de junção podem levar a incêndios e perdas de energia em strings inteiras do módulo. No entanto, BPDs não conectados são difíceis de detectar em sistemas fotovoltaicos que já foram instalados. O relatório recomenda verificar a função de 100% dos BPDs durante a produção. Uma instalação de sistema fotovoltaico deve ser 100% testada se houver indícios de que esse tipo de falha está ocorrendo nos módulos selecionados.
- Tecnologia fotovoltaica baseada em MHP – Este relatório também inclui um resumo conciso sobre a confiabilidade dos módulos fotovoltaicos baseados em perovskita de haleto metálico (MHP) de acordo com a literatura científica atual. Existem muitas vias de degradação conhecidas para as quais existem remédios no nível conceitual ou laboratorial. Por exemplo, o encapsulamento protetor contra radiação UV, umidade e oxigênio basicamente ajuda a estabilizar as células solares de perovskita. No entanto, além de outros, dois desafios proeminentes são a temperatura e a estabilidade da migração de íons. A estabilidade limitada da temperatura e a alta mobilidade iônica levam a caminhos de degradação não resolvidos em condições normais de operação, como sombreamento e alta tensão do sistema. Existem novos modos de degradação em células solares em tandem com MHPs. Por exemplo, os estados de tensão reversa que ocorrem nas células superior e inferior durante condições sombreadas dependem do espectro de irradiação e ainda não podem ser reproduzidos por testes de qualificação padrão. Novos testes abordando essas condições de sombreamento são importantes para avaliar novas vias de degradação que não ocorrem em módulos fotovoltaicos de junção única.
Conclusão
Este relatório é direcionado a um público mais amplo, incluindo fabricantes de células e módulos, bem como proprietários de sistemas fotovoltaicos. Ele oferece explicações detalhadas sobre os modos de degradação, seu impacto no desempenho do módulo/sistema, métodos de identificação e teste e possíveis estratégias de mitigação. As Fichas Informativas de Falhas Fotovoltaicas (PVFS) atualizadas com base no relatório também podem ser baixadas do site do PVPS da IEA.
Este artigo faz parte de uma coluna mensal do programa PVPS da IEA.
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