Análisis de las posibles causas de problemas de rendimiento de una placa solar fotovoltaica cristalina y sus peligros potenciales asociados. La importancia del monitoreo.
Ocurre con frecuencia que nuestro panel solar sufre una pérdida progresiva de rendimiento y ni siquiera nos damos cuenta de ello. Aquí os dejamos unos consejos para poder detectar este problema, que se da en parte por la baja calidad de fabricación de los paneles solares FV económicos. También hacemos hincapié en la importancia que tiene, incluso en instalaciones FV pequeñas, el monitoreo del sistema.
Cómo conectar células solares.
Cuando los fabricantes de módulos presentan una nueva innovación, a menudo tiene algo que ver con el hecho de que han reconocido un problema frecuente con los módulos que ya se han fabricado y se les ocurrió una nueva idea en busca de una solución. Lo mismo ocurre con las celdas solares escalonadas, en las que uno prescinde por completo de los llamados conectores de celdas y organiza las celdas solares ligeramente superpuestas en el módulo, de modo que la parte posterior de la celda solar anterior siempre está conectada en serie con el frente de la celda siguiente. Hasta ahora, las células solares siempre se han conectado en serie con las llamadas cintas de conector, los conectores de células. En este punto, debe recordarse que en un módulo solar clásico, por regla general, 60 o 72 células solares cristalinas están interconectadas en serie. Estas conexiones entre las celdas están expuestas a un estrés térmico permanente extremo durante el funcionamiento de los módulos.
Las células solares se calientan hasta 70 ° C en verano y se enfrían a la temperatura ambiente en invierno. En una tormenta de verano, los cambios extremos de temperatura también pueden ocurrir en muy poco tiempo. Los conectores de las celdas generalmente son conectores de cobre recubiertos de soldadura que tienen un coeficiente de expansión ligeramente diferente al de las celdas solares. Esto crea tensiones mecánicas con cada cambio de temperatura, que normalmente se amortigua al hacer que las cintas del conector sean lo suficientemente largas, de modo que haya un cierto margen para La expansión térmica y la contracción se mantienen. En el pasado, sin embargo, este alcance claramente no fue evaluado correctamente por algunos fabricantes de módulos. Además de los cambios constantes de temperatura, también existe la exposición a la radiación UV, que en los módulos afectados provoca que las cintas del conector se rompan con el tiempo.
La rotura de los conectores celulares es un proceso gradualLos conectores celulares se desprenden lentamente. En los módulos solares más antiguos, generalmente había dos cintas de conexión entre las celdas, de las cuales solo una se arrancó al principio. Esto se puede ver en la imagen de electroluminiscencia debido al brillo desigual de las células solares. Con algunos tipos de celdas con contactos frontales divididos, la mitad de la celda se vuelve completamente negra. Si, debido a la carga de corriente aún mayor, la segunda cinta de la celda también se da por vencida, una subcadena completa del módulo, es decir, aproximadamente un tercio, está prácticamente desconectada.
¿Por qué la interrupción entre las células solares no conduce a la falla completa de la cadena del módulo?
Uno podría pensar que la interrupción entre dos celdas debería conducir a una falla completa de la cadena del módulo afectado, ya que todas están conectadas en serie. Sin embargo, este no es el caso, ya que siempre hay 3 subcadenas en cada módulo solar estándar, cada una de las cuales está provista de un diodo de derivación. Por lo tanto, el módulo afectado no falla por completo, pero el diodo de derivación se hace cargo de la corriente, que ya no puede fluir a través de las células.
El módulo se comporta como si un tercio estuviera completamente sombreado. El resultado es un módulo cuya salida se reduce en un tercio, una cadena de módulos cuyo voltaje se reduce en un tercio de un módulo y una caja de conexiones algo más cálida, ya que uno de los 3 diodos de derivación ahora está en uso continuo.
Sin un monitoreo cuidadoso, el daño no se nota.
El operador de un sistema con este problema no nota nada al principio. El inversor continúa alimentando electricidad a la red, solo con una salida ligeramente reducida. Sin embargo, dado que el problema es una falla en serie en los módulos solares en cuestión, es obvio que una sola conexión entre dos celdas no fallará. El proceso continúa hasta que la siguiente subcadena de un módulo finalmente se rinde, y así sucesivamente.
El operador a menudo solo nota el problema cuando se rompen tantos conectores de celda que el inversor ya no ve suficiente voltaje para seguir operando la cadena del módulo en el MPP (Punto de máxima potencia). Luego, el bajo rendimiento aumenta y el problema ya no puede pasarse por alto.
El monitoreo también es muy recomendable para sistemas pequeños.
Para notar el problema desde el principio, solo ayuda usar un sistema de monitoreo. Dado que un sistema fotovoltaico rara vez consiste en una cadena de un solo módulo y debido a que rara vez ocurre una falla en varias cadenas de módulos al mismo tiempo, una opción de diagnóstico muy simple es la comparación de los diferentes subsistemas de un sistema FV. Si considera p. las curvas diarias del curso de 2 cadenas de módulos en el monitoreo en comparación entre sí, por lo que las salidas específicas en kW / kWp siempre deben ser exactamente las mismas con la misma orientación e inclinación de los módulos. El énfasis aquí está en "exacto". Si observa pequeñas diferencias entre las cadenas de módulos individuales, esto ya puede indicar el problema descrito. Al principio, solo 1/3 de un módulo falla debido a una conexión de celda abierta. Con p. 22 módulos conectados en serie tienen 66 subcadenas en el techo. La falla de una subcadena por lo tanto solo da como resultado una reducción del rendimiento de 1/66 = 1.5%.
La segunda mirada en el monitoreo después de las curvas de rendimiento es, por lo tanto, siempre en los voltajes de CC de las cadenas del módulo. Una desviación de voltaje de 10-13 V entre dos hilos ya indica el defecto de un sustrato. Sin embargo, esto requiere un seguimiento MPP correcto de los inversores.
No tomes el problema a la ligera.
Incluso si la pérdida de rendimiento del 1,5% en una cadena de módulos inicialmente parece insignificante, el problema no debe tomarse a la ligera. Muchos sistemas continúan funcionando durante años con estos problemas y el problema permanece sin ser detectado al principio. Sin embargo, siempre ha habido casos en los que los conectores no se han roto por completo, pero la conexión se ha cerrado una y otra vez. Personalmente tuve un caso donde la conexión se cerró durante un examen de electroluminiscencia en la noche. Pudimos hacer nuestras pruebas de manera normal y no encontramos nada. (En ese momento aún no habíamos medido ninguna curva característica oscura, de lo contrario habríamos notado el problema) y al día siguiente, a temperaturas significativamente más altas, la conexión se abrió nuevamente. Solo se notó porque dos inversores vecinos alimentaron una potencia específica significativamente diferente a la red.
Hay varias etapas intermedias entre abierto y cerrado, algunas de las cuales están asociadas con una gran cantidad de calor. Ya se han observado casos en los que se destruyeron los paneles de vidrio del módulo, desencadenados al arrancar los conectores de la celda. En casos raros, el arco permanece en los conectores, lo que incluso puede provocar un incendio.
¿Cómo se puede diagnosticar el problema de forma segura?
Si se sospecha una disminución gradual en el rendimiento, el problema descrito aquí puede diagnosticarse muy fácilmente mediante un examen de termografía. Si un tercio de un módulo solar se desenergiza debido a la interrupción y la corriente fluye a través de los diodos de derivación, esto se puede ver inmediatamente en una fotografía termográfica por una franja de luz que es exactamente del tamaño de un tercio de un módulo.
Arco voltaico entre dos celdas.
Las celdas solares que están inactivas siempre tienen una temperatura que es 2-4K más alta que las celdas que funcionan en el MPP. Si encuentra un módulo que tiene el problema, este no suele ser el único hallazgo. Muy a menudo, el problema es un error en serie, en el que se ve afectado un número creciente de módulos.
En el caso de sistemas grandes con muchos módulos afectados, estos exámenes ahora solo se llevan a cabo utilizando la denominada termografía de drones. Sin embargo, la investigación debe ser llevada a cabo por pilotos de drones con experiencia que no solo entiendan el vuelo, sino que también dominen el análisis de las imágenes obtenidas.
Los módulos solares afectados generalmente tienen que ser reemplazados.
Dado que las interrupciones son generalmente entre las células solares dentro del laminado, estas interrupciones no pueden repararse y los módulos afectados deben reemplazarse. Sin embargo, en casos excepcionales, las interrupciones son entre la caja de conexiones del módulo y la primera celda de la subcadena respectiva en el módulo.
Si la interrupción está en la caja de conexiones del módulo, los módulos posiblemente puedan repararse. Sin embargo, esto debería ser llevado a cabo por compañías especializadas apropiadas para que el problema también se elimine permanentemente.
