Uma equipe de pesquisa do Instituto Fraunhofer de Sistemas de Energia Solar da Alemanha (Fraunhofer ISE) combinou testes acelerados de envelhecimento em laboratório com exposição ao ar livre para melhorar a avaliação da confiabilidade do módulo solar TOPCon.
A nova metodologia destina-se a fornecer dados para validar e melhorar os protocolos laboratoriais de estresse. “Ao comparar a evolução dos danos induzidos em laboratório em condições reais ao ar livre com fenômenos conhecidos de degradação de campo, isso pode validar que esses testes de laboratório individuais visam efetivamente os modos de falha relevantes para o campo e refletem com precisão sua gravidade potencial”, enfatizaram os cientistas.
No artigo “Combination of Indoor and Outdoor Measurements for the Identification of Degradation Trends in PV Modules“, publicado na RRL Solar, os pesquisadores explicaram que um dos principais objetivos de seu trabalho era entender se as condições externas aceleram ou desaceleram fenômenos de degradação específicos observados em ambientes internos.
Com a abordagem proposta, eles testaram seis módulos fotovoltaicos disponíveis comercialmente, dos quais três foram baseados na tecnologia TOPCon, dois foram projetados com uma arquitetura de heterojunção (HJT) e um foi baseado em células PERC. Sua potência variou de 391. W a 571,5 W. Os nomes dos fabricantes não foram divulgados.
O teste foi realizado por cerca de oito meses, com as curvas IV sendo constantemente monitoradas e mantidas no ponto de potência máxima (MPP). Foram realizadas medições de caracterização interna para todos os módulos antes e após o envelhecimento acelerado.
Imagem: Fraunhofer ISE, RRL Solar, CC BY 4.0
O teste ao ar livre foi realizado na estação de monitoramento do Fraunhofer ISE em Merdingen, sul da Alemanha, com todos os módulos inclinados em 30° com orientação voltada para o sul. “As medições da curva IV são filtradas em irradiância variando entre 775 e 825 W m−2, com flutuações de irradiância e temperatura durante a aquisição da curva mantidas abaixo de 1% para condições de estado estacionário”, especificou o grupo de pesquisa.
A análise mostrou que os módulos TOPCon e HJT são propensos à entrada de umidade, com a corrente de curto-circuito sendo afetada, o que é atribuído pelos cientistas a danos na camada encapsulante ou alterações nas propriedades ópticas.
Além disso, revelaram que as maiores taxas de degradação foram observadas em um módulo TOPCon encapsulado com elastômeros de poliolefina (POE), ou seja, 3% em laboratório e 9,75% após 8 meses de exposição no campo de teste. “Isso sugere que, mesmo na ausência de ácido acético para POE, outros fatores, como processamento de laminação não ideal que libera resíduos de cura ou espécies reativas, aditivos de polímero ou fluxo de solda, ainda podem contribuir para a sensibilidade à umidade e corrosão”, explicaram ainda.
Os testes ao ar livre também mostraram que os módulos TOPCon são vulneráveis à degradação induzida por UV, embora isso esteja de acordo com as observações de laboratório.
“Os resultados sugerem que os testes IEC padrão, embora valiosos, podem não capturar totalmente a complexidade da degradação do campo”, concluíram os cientistas. “Uma combinação de avaliações internas e externas pode determinar ainda mais os riscos de degradação, ajudando a melhorar a confiabilidade geral dessas tecnologias avançadas e será desenvolvida.”
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