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8/06/2009 - 10:50h
El problema de la corrosión en los módulos extrafinos
La conexión de módulos estrafinos a una red puede resultar un problema, que en el pasado dió lugar a todo tipo de rumores. En realidad, conectar este tipo de paneles solares no es problemático si se observan una serie de reglas básicas. Incluso la corrosión, que ha destruído paneles, puede ser evitada. Puede incluso utilizarse algún tipo de inversores que no tienen transformador.
Heribert Schmitdt, del Instituto Fraunhofer para Energía Solar afirma que "hace sólo tres años, había más rumores que hechos circulando". En ese momento, la gente llegaba a la conclusión de que los inversores sin transformador eran el problema cuando fallaba una instalación fotovoltaica realizada con módulos solares extrafinos.
Los expertos conocen mejor esta tecnología hoy en día. La mayor parte de los problemas pueden ser evitados respetando una serie de reglas básicas, aunque es cierto que la mayor parte de empresas pequeñas que se dedican a la instalación de este tipo de módulos se encuentran solas cuando tienen problemas técnicos de este tipo, lo que puede resultar un obstáculo al desarrollo de esta tecnología.
La decisión de utilizar un transformador con o sin inversor no es un detalle insignificante. Cuando la irradiación solar es fuerte, el potencial eléctrico entre dos conductores es siempre el mismo. Con la corriente alterna de la red eléctrica, por otro lado, la corriente cambia de direccióon entre los dos polos a una frecuencia de 50 hertzios en Europa. Los inversores, que transforman la corriente continua en corriente alterna, son por consiguiente elementos básicos en cualquier instalación de conexión a red. En función de cómo estén construídos, los inversores alcanzan eficiencias de entre el93 y el 98%. En otras palabras, se pierde entre el dos y el 7% de la electricidad generada mediante energía solar fotovoltaica cuando la convertimos de energía continua, que es lo que generan los paneles fotovoltaicos, en energía alterna, que es lo que necesitamos consumir. Por este motivo, los inversores con transformadores son menos eficientes que los inversores sin transformadores. "Sólamente el 1% de la producción puede decidir si una instalación fotovoltaica es rentable o no", añade Schmidt. Esta diferencia de rentabilidad es lo que peude explicar que durante un tiempo, las instalaciones fotovoltaicas de paneles extrafinos utilizaran inversores sin transformadores. Y éstos pueden haber causado corrosión de verdad.
A primera vista, las células con corrosión parecen tener pequeñas grietas. Al mismo tiempo, las áreas afectadas de las celdas dejan de trabajar. Los primeros in formes sobre este tipo de daño se remontan a 1987. " En Estados Unidos, se analizó el fenómeno, pero nunca llegaron a concluir que se debía a los inversores", dice Schmidt. Sólo en 2003 Calr _osterwald, del Laboratorio Nacional de Energías Renovables de EEUU pudo determinar la causa. Utilizó paneles aplicando un voltaje positivo en un caso y un voltaje negativo en otro caso. Todo el experimento fue llefvado a cabo en una cámara a 85ºC con un 85% de humedad para acelerar el proceso. Varios cientos de horas más tarde, el científico no vio indicios de daño en el panel donde se había aplicado el voltaje positivo; en el otro, sin embargo, el daño era claro.
Los resultados del experimento elevaron la cuestión de si este problema sólo afectaba a los módulos extrafinos de silicio amorfo. En un principio, las células de teluro de cadmio no presentaban corrosion. al contrario que los paneles de silicio amorfo, no tenían marcos. Cuando los investigadores quitaron los marcos de los paneles de silicio amorfo y los instalaron en los paneles de teluro de cadmio, vieron que las cosas cambiaban. los 85ºC de temperatura y lalta humedad, así como el elevado voltaje, así como el voltaje incorrecto causaron corrosión en el teluro de cadmio tras 100 horas de uso.
Un análisis posterior mostró que en genral, los paneles fabricados utilizando tecnología de superestrato presentaban este problema. La capa de TCO, que forma el polo negativo en la mayor parte de los paneles, se aplica a la cubierta de cristal; luego va la capa de semiconductor. La tecnología de sustrato funciona de manera inversa: la capa negativa está en último lugar. Los paneles que utilizan este método, normalmente los que utilizan células CIS, no quedan tan afectados por la corrosión.
Pero no es necesario abandonar la tecnología de superestrato. La causa de la degradación radiaca en el escape de electricidad a través del cristal en un rango que va del nano al microamperio y que lleva iones de sodio cargados de forma positiva hacia la capa TCO que se encuentra bajo el cristal. Estos iones destruyen esa capa. Pero esto sólo puede ocurrir cuando se desarrolla potencial entre la capa TCO y la parte exterior del cristal. " un marco metálico, donde se puede almancenar humedad, ofrece las condiciones ideales para el desarrollo de este problema", explica Schmidt.
El inversor es la clave
Cómo influye el inversor en el desarrollo de la corrosión? El inversor no sólo transforma la corriente continua en alerna,sino que además ajusta simltáenamente el potencial eéctrico del panel fotovoltaico a las condiciones de luza. "Cuando mides el polo positivo y el negativo y lo comparas con el potencial, obtienes diferentes voltajes en función de diferentes inversors", continúa Schmidt. Algunos inversores distribuyen el voltaje de forma simétrica. En un sistema fotovoltaico de 400 voltios, mides 200 voltios en el polo positivo y -200 en el polo negativo.Sin embargo, algunos inversores tendán -350 voltions en el polo negativo y 50 voltios positivos. En muchos de los paneles afectados, la vulnerabilidad a la corrosión depende del voltaje del polo negativo.
Para la protección frente a la corrosión, los inversores con transformadores suponen una ventaja significativa. Los transformadores no tienen conexión directa entre los dos circuitos. La energía se transfiere a través de campos magnéticos que separan los circuitos principales de corriente.
Los inversores sin transformadores son una historia diferente. Estos inversores generalmente no tienen separación entre los dos circuitos eléctricos. Los dos deben estar conectados en algún punto. Dado que el lugar donde se encuentra el circuito principal es un factor determinante de la corrosión, el circuito de corriente continua no necesariamente está situado en el polonegativo. Al contrario. "Los mejores sistemas distribuyen la corriente de forma simétrica", admite Schmidt.
Pero la posible corrosión en los paneles extrafinos no es el única problema que presentan estas instalaciones. "El diseño del inversor es aún más complicado". Durante los primeros meses de operación, los paneles extrafinos, especialmente aquellos fabricados a base de silicio amorfo, ofrecen un 20% más de capacidad que la especificada. No alcanzan un nivel constante hasta que ha tenido lugar una 'degradación inicial'. Los inversores deben diseñarse y dimensionarse de forma que no sean destruidos por esta capacidad inicial de los módulos, pero sean capaces de funcionar a pleno rendimiento posteriormente.
Durante mucho tiempo, se discutió mucho sobre el MPP tracking, que localiza el mejor puno de operación de un sistema fotovoltaico, lo cual era más problemático en el caso de células exrafinas. un ejemplo cotidiano puede observase en las baterías. Si mides el voltaje cuando una batería no está cargada, es más elevado que cuando la batería está conectada a una fuente consumidora de electricidad. La carga reduce el voltaje. En los inversores, el seguimiento MPP seleciona la carga que produce el máximo rendimiento fuera de la célula: el punto de máxima potencia. Este punto está determinado por el inversor que regula la potencia eléctrica suminsitrada a la célula.
El punto de máxima potencia varía dependiendo del diseño de la célula, de la radiación solar y de la temperatura. Por ejemplo, el inversor tiene que reducir el voltage del MPP a medida que la temperatura se eleva para ofrecer el máximo rendimiento de la instalación fotovoltaica.
Fuente: Sun & Wind Energy
Los expertos conocen mejor esta tecnología hoy en día. La mayor parte de los problemas pueden ser evitados respetando una serie de reglas básicas, aunque es cierto que la mayor parte de empresas pequeñas que se dedican a la instalación de este tipo de módulos se encuentran solas cuando tienen problemas técnicos de este tipo, lo que puede resultar un obstáculo al desarrollo de esta tecnología.
La decisión de utilizar un transformador con o sin inversor no es un detalle insignificante. Cuando la irradiación solar es fuerte, el potencial eléctrico entre dos conductores es siempre el mismo. Con la corriente alterna de la red eléctrica, por otro lado, la corriente cambia de direccióon entre los dos polos a una frecuencia de 50 hertzios en Europa. Los inversores, que transforman la corriente continua en corriente alterna, son por consiguiente elementos básicos en cualquier instalación de conexión a red. En función de cómo estén construídos, los inversores alcanzan eficiencias de entre el93 y el 98%. En otras palabras, se pierde entre el dos y el 7% de la electricidad generada mediante energía solar fotovoltaica cuando la convertimos de energía continua, que es lo que generan los paneles fotovoltaicos, en energía alterna, que es lo que necesitamos consumir. Por este motivo, los inversores con transformadores son menos eficientes que los inversores sin transformadores. "Sólamente el 1% de la producción puede decidir si una instalación fotovoltaica es rentable o no", añade Schmidt. Esta diferencia de rentabilidad es lo que peude explicar que durante un tiempo, las instalaciones fotovoltaicas de paneles extrafinos utilizaran inversores sin transformadores. Y éstos pueden haber causado corrosión de verdad.
A primera vista, las células con corrosión parecen tener pequeñas grietas. Al mismo tiempo, las áreas afectadas de las celdas dejan de trabajar. Los primeros in formes sobre este tipo de daño se remontan a 1987. " En Estados Unidos, se analizó el fenómeno, pero nunca llegaron a concluir que se debía a los inversores", dice Schmidt. Sólo en 2003 Calr _osterwald, del Laboratorio Nacional de Energías Renovables de EEUU pudo determinar la causa. Utilizó paneles aplicando un voltaje positivo en un caso y un voltaje negativo en otro caso. Todo el experimento fue llefvado a cabo en una cámara a 85ºC con un 85% de humedad para acelerar el proceso. Varios cientos de horas más tarde, el científico no vio indicios de daño en el panel donde se había aplicado el voltaje positivo; en el otro, sin embargo, el daño era claro.
Los resultados del experimento elevaron la cuestión de si este problema sólo afectaba a los módulos extrafinos de silicio amorfo. En un principio, las células de teluro de cadmio no presentaban corrosion. al contrario que los paneles de silicio amorfo, no tenían marcos. Cuando los investigadores quitaron los marcos de los paneles de silicio amorfo y los instalaron en los paneles de teluro de cadmio, vieron que las cosas cambiaban. los 85ºC de temperatura y lalta humedad, así como el elevado voltaje, así como el voltaje incorrecto causaron corrosión en el teluro de cadmio tras 100 horas de uso.
Un análisis posterior mostró que en genral, los paneles fabricados utilizando tecnología de superestrato presentaban este problema. La capa de TCO, que forma el polo negativo en la mayor parte de los paneles, se aplica a la cubierta de cristal; luego va la capa de semiconductor. La tecnología de sustrato funciona de manera inversa: la capa negativa está en último lugar. Los paneles que utilizan este método, normalmente los que utilizan células CIS, no quedan tan afectados por la corrosión.
Pero no es necesario abandonar la tecnología de superestrato. La causa de la degradación radiaca en el escape de electricidad a través del cristal en un rango que va del nano al microamperio y que lleva iones de sodio cargados de forma positiva hacia la capa TCO que se encuentra bajo el cristal. Estos iones destruyen esa capa. Pero esto sólo puede ocurrir cuando se desarrolla potencial entre la capa TCO y la parte exterior del cristal. " un marco metálico, donde se puede almancenar humedad, ofrece las condiciones ideales para el desarrollo de este problema", explica Schmidt.
El inversor es la clave
Cómo influye el inversor en el desarrollo de la corrosión? El inversor no sólo transforma la corriente continua en alerna,sino que además ajusta simltáenamente el potencial eéctrico del panel fotovoltaico a las condiciones de luza. "Cuando mides el polo positivo y el negativo y lo comparas con el potencial, obtienes diferentes voltajes en función de diferentes inversors", continúa Schmidt. Algunos inversores distribuyen el voltaje de forma simétrica. En un sistema fotovoltaico de 400 voltios, mides 200 voltios en el polo positivo y -200 en el polo negativo.Sin embargo, algunos inversores tendán -350 voltions en el polo negativo y 50 voltios positivos. En muchos de los paneles afectados, la vulnerabilidad a la corrosión depende del voltaje del polo negativo.
Para la protección frente a la corrosión, los inversores con transformadores suponen una ventaja significativa. Los transformadores no tienen conexión directa entre los dos circuitos. La energía se transfiere a través de campos magnéticos que separan los circuitos principales de corriente.
Los inversores sin transformadores son una historia diferente. Estos inversores generalmente no tienen separación entre los dos circuitos eléctricos. Los dos deben estar conectados en algún punto. Dado que el lugar donde se encuentra el circuito principal es un factor determinante de la corrosión, el circuito de corriente continua no necesariamente está situado en el polonegativo. Al contrario. "Los mejores sistemas distribuyen la corriente de forma simétrica", admite Schmidt.
Pero la posible corrosión en los paneles extrafinos no es el única problema que presentan estas instalaciones. "El diseño del inversor es aún más complicado". Durante los primeros meses de operación, los paneles extrafinos, especialmente aquellos fabricados a base de silicio amorfo, ofrecen un 20% más de capacidad que la especificada. No alcanzan un nivel constante hasta que ha tenido lugar una 'degradación inicial'. Los inversores deben diseñarse y dimensionarse de forma que no sean destruidos por esta capacidad inicial de los módulos, pero sean capaces de funcionar a pleno rendimiento posteriormente.
Durante mucho tiempo, se discutió mucho sobre el MPP tracking, que localiza el mejor puno de operación de un sistema fotovoltaico, lo cual era más problemático en el caso de células exrafinas. un ejemplo cotidiano puede observase en las baterías. Si mides el voltaje cuando una batería no está cargada, es más elevado que cuando la batería está conectada a una fuente consumidora de electricidad. La carga reduce el voltaje. En los inversores, el seguimiento MPP seleciona la carga que produce el máximo rendimiento fuera de la célula: el punto de máxima potencia. Este punto está determinado por el inversor que regula la potencia eléctrica suminsitrada a la célula.
El punto de máxima potencia varía dependiendo del diseño de la célula, de la radiación solar y de la temperatura. Por ejemplo, el inversor tiene que reducir el voltage del MPP a medida que la temperatura se eleva para ofrecer el máximo rendimiento de la instalación fotovoltaica.
Fuente: Sun & Wind Energy
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