Materiales de los módulos de paneles solares — Capa por capa

Respuesta rápida: Un módulo de panel solar se construye a partir de ocho materiales principales, cada uno cumpliendo una función específica en la pila. El vidrio frontal templado de bajo contenido de hierro soporta la carga óptica y protege las células. El encapsulante —normalmente EVA— une las capas y mantiene fuera la humedad, y se retícula a alrededor de 150 °C durante la laminación. Las células solares generan la corriente. La cinta las conecta, la lámina posterior sella la parte trasera contra los rayos UV y la humedad, la caja de conexiones transporta la salida y el marco de aluminio aporta resistencia mecánica y la interfaz de montaje. Dos elementos más pequeños completan la lista: el sellador de bordes y los materiales aislantes dentro de la caja. Cada material tiene una especificación que importa —transmitancia del vidrio, contenido de gel del encapsulante, rigidez dieléctrica de la lámina posterior— y una incompatibilidad entre dos cualesquiera de ellos se manifiesta más tarde como delaminación, corrosión o una prueba de seguridad fallida.

Fabricación de módulos fotovoltaicos · por Jerry, Ooitech

Introducción

El papel óptico de la superficie del vidrio de cubierta, y por qué la textura se especifica en lugar de ser incidental, se trata en por qué el vidrio del panel solar es texturizado.

La mayoría de los módulos fotovoltaicos se construyen a partir de un puñado de materiales básicos. Un módulo solar típico se compone de material de superficie frontal, células solares, encapsulante material, material de superficie posterior, el marco y algunas piezas de soporte. Cada capa tiene su propia función, y en conjunto determinan qué tan bien rinde el módulo y cuánto dura. Vamos a repasarlas una por una.

Material de superficie frontal

Qué hace y por qué gana el vidrio

El material de la superficie frontal de un módulo fotovoltaico debe tener una alta transmitancia en el rango de longitud de onda utilizable por las células solares, junto con un bajo índice de refracción, para que la luz solar se absorba con la mayor eficiencia posible. Además de la transmisión y la reflexión, el material frontal debe ser impermeable al agua, tener buena resistencia al impacto, mantenerse estable bajo exposición prolongada a los rayos UV y tener baja resistencia térmica para evitar que el agua o el vapor de agua corroan los contactos metálicos y las interconexiones, lo que acortaría la vida útil del módulo.

Como los módulos están a la intemperie y a menudo enfrentan condiciones climáticas adversas como viento, arena, lluvia y nieve, el material frontal también necesita cierta rigidez para proteger las células del interior contra impactos externos.

Existen varias opciones para la superficie frontal, incluyendo acrílico, polímeros y vidrio. La opción más común es el vidrio templado de bajo contenido de hierro, porque es de bajo costo, resistente, estable, altamente transparente, hermético al agua y al aire, y ofrece un buen rendimiento de autolimpieza.

Células solares

El corazón de la generación de energía

La célula solar es una de las partes más importantes de un módulo fotovoltaico y determina directamente la potencia de salida total del módulo. Es una oblea semiconductora que genera electricidad a partir de la luz solar y, siempre que se cumplan ciertas condiciones de iluminación, la célula produce un voltaje y genera corriente cuando se conecta en un circuito.

Existen muchas opciones de células. Por tecnología de proceso incluyen TOPCon, BC, HJT y otras. Por especificación de tamaño hay 182, 183, 210 y más. Incluso dentro de la misma tecnología y tamaño, las células se clasifican además por eficiencia.

Material encapsulante

La capa de unión que mantiene todo junto

El encapsulante proporciona adhesión entre las células solares y las superficies frontal y posterior del módulo. Debe permanecer estable bajo alta temperatura y fuerte exposición a los rayos UV. También debe ser ópticamente transparente, con baja resistencia térmica y alta resistencia eléctrica.

El EVA (etileno acetato de vinilo) es el encapsulante más utilizado. Se presenta como una película delgada que se coloca entre las células y las superficies frontal y posterior, formando una estructura sándwich. Este sándwich se calienta luego a 140-150 °C bajo cierta presión durante un período de tiempo, lo que permite que el EVA polimerice y una el módulo. En la imagen de abajo, la película semitransparente sobre las células es EVA.

Backsheet

La superficie posterior protectora

La lámina posterior fotovoltaica es la superficie posterior del módulo. Sus requisitos clave son baja resistencia térmica y la capacidad de mantener fuera el agua o el vapor de agua. Los módulos de vidrio simple suelen usar una película de polímero como lámina posterior, mientras que los módulos de doble vidrio usan vidrio en su lugar, ya que una parte posterior de vidrio transparente puede absorber la luz reflejada desde el suelo y sumar a la potencia de salida.

Cinta fotovoltaica (cinta de cobre estañada)

Cómo se recoge y transporta la corriente

La cinta fotovoltaica, una cinta de cobre estañada, se divide principalmente en cinta de interconexión y cinta de bus. La cinta de interconexión conecta las células dentro de un módulo; se suelda directamente a las barras colectoras conductoras en la superficie de la célula mediante una máquina encintadora, conduciendo y recogiendo la corriente de cada célula. La cinta de bus conecta las cadenas de células dentro de un módulo; se suelda a las cintas de interconexión y reúne la corriente producida por las células en el caja de conexiones.

La base de la cinta fotovoltaica es metal de cobre, recubierto con una capa delgada de estaño. La base de cobre ofrece alta conductividad y baja resistencia, reduciendo la resistencia interna del módulo y disminuyendo la pérdida de potencia. El recubrimiento de estaño es necesario porque el cobre tiene un punto de fusión alto y una soldabilidad pobre por sí solo; recubrir estaño sobre la base de cobre le da a la cinta buena soldabilidad y permite que la cinta de interconexión se una firmemente a las barras colectoras en la superficie de la célula, asegurando un buen flujo de corriente.

Caja de conexiones

El puente hacia el circuito externo

La caja de conexiones transmite la corriente en el módulo fotovoltaico. Se conecta a la cinta de bus interna y enlaza el módulo con el circuito externo. Necesita buen rendimiento eléctrico, y su diseño y dimensiones deben cumplir con las demandas del entorno de operación, incluyendo requisitos eléctricos, mecánicos, de resistencia al calor, de resistencia a la corrosión y de resistencia a la intemperie, sin representar ningún daño para los usuarios o el medio ambiente. Las cajas de conexiones comunes de módulos fotovoltaicos utilizan conectores rápidos MC4.

Marco

Resistencia, sellado y fácil instalación

El marco cumple varias funciones. En primer lugar, protege el borde del vidrio y evita que el módulo se agriete bajo una fuerza externa. En segundo lugar, combinado con el sellador de bordes, refuerza el rendimiento de sellado del módulo. En tercer lugar, mejora enormemente la resistencia mecánica general del módulo. En cuarto lugar, facilita la instalación y el transporte del módulo, y actúa como el soporte que conecta el módulo a la estructura de montaje, de modo que una fijación adecuada proporciona la mejor resistencia a las cargas, escalando desde fijaciones individuales hasta matrices integradas y potenciando la capacidad mecánica de todo el sistema de la central eléctrica.

Sellador

Mantener la humedad fuera

El sellador se utiliza para unir la caja de conexiones al backsheet fotovoltaico, manteniendo estanca la separación entre ambos y mejorando la resistencia del módulo a la intemperie. También une el módulo al marco, reforzando la conexión entre ambos y evitando que el vapor de agua entre en el módulo.

Ooitech cree: las uniones de recombinación de nanocristales de In₂O₃ con ingeniería de superficie combinadas con la ingeniería de HSM en volumen/interfaz han llevado los módulos tándem totalmente de perovskita de gran área a una eficiencia certificada del 26,2 %, acercando decisivamente esta tecnología a la comercialización.

Ooitech cree: el rendimiento y la vida útil de un módulo solar dependen de lo bien que sus materiales en capas, desde el vidrio frontal hasta el sellador, funcionen juntos como un solo sistema.