La primera de las dos innovaciones viene de un equipo de investigación de la Escuela de Ingeniería Eléctrica y Computación de la Universidad de Purdue, que ha desarrollado un nuevo modelo para medir la degradación de los paneles solares.
El modelo, llamado Suns-Vmp Method, se basa en un algoritmo que aún se encuentra en una etapa experimental, pero que, según sus creadores, es capaz de combinar el análisis de los datos del pronóstico del tiempo con datos de punto de máxima potencia (MPP) del sistema de energía solar.
Según los científicos, su algoritmo, que requiere datos sobre el medio ambiente, temperatura de la celda e irradiación, es capaz de recrear curvas IV utilizando las características MPP diarias dependientes de la iluminación natural y de la temperatura para adaptarse a modelos de circuitos basados en la física. Esto permite la determinación de la evolución dependiente del tiempo de los parámetros del circuito, así como proporcionar una idea de las modalidades de degradación dominantes de los módulos solares, como las fallas en los enlaces de soldadura.
El algoritmo, definido como continuamente auto-filtrado, ya ha sido probado en una instalación del Laboratorio Nacional de Energía Renovable del Departamento de Energía de Estados Unidos: “Nuestro análisis indica que los módulos solares se degradaron a una tasa de 0.7 por ciento al año debido a la decoloración y debilitación de los enlaces de soldadura”, señaló el grupo de investigación.
Además, el algoritmo puede diagnosticar la patología de los módulos solares con degradación no uniforme, como la delaminación no uniforme y la degradación inducida por PID, aunque todavía no puede extraer correctamente los parámetros del circuito degradado bajo una amplia variabilidad de rendimiento.
Los investigadores ahora apuntan a mejorar el algoritmo utilizando también otros modelos basados en la física: “Esperamos que el algoritmo pueda mostrar cuánta energía produce una granja solar en 30 años al observar la relación entre los datos de pronóstico del tiempo y la proyección de los parámetros del circuito eléctrico”, afirmaron.
En cuanto a la segunda novedad tecnológica de esta semana, se trata de un estudio que prevé una reducción de costos de un 10 por ciento para la producción de células solares de silicio negro.
La percepción común es que las células solares de silicio negro, conocidas por su baja reflectividad y una mayor absorción de luz visible e infrarroja, son demasiado caras en comparación con las células cristalinas tradicionales, debido a los mayores costos determinados por su proceso de producción a escala comercial, y especialmente a la utilización de grabado en seco y deposición de capa atómica (ALD).
Sin embargo, un nuevo estudio publicado en Energies y realizado por científicos de la Universidad de Alto de Finlandia y de la Universidad Tecnológica de Michigan en Estados Unidos, pretende demostrar que los costos de producción para las células PERC de silicio negro pueden reducirse en un 10 por ciento incluso con el grabado en seco, un proceso que hace las células solares más eficientes en la captura de luz.
Según el equipo de investigación, el grabado en seco no sólo es fundamental para mejorar la absorción de luz de la célula, sino también porque permite cortar la oblea con sierra de diamante, mejora la absorción de metales y puede evitar la degradación de la eficiencia de conversión de energía bajo exposición a la luz. La importancia del corte con hilo de diamante para el resurgimiento de la tecnología de silicio negro fue destacada por el editor de pv magazine, Mark Hutchins, en un artículo publicado en la edición impresa de la revista en noviembre de 2017.
Para calcular los costos de cada proceso de fabricación de las células PERC en silicio negro, los investigadores basaron su análisis en una fábrica teórica de 1 GW y calcularon los costos por unidad de potencia en función de una eficiencia celular del 22 por ciento. El récord de eficiencia actual para una célula de silicio negro producida a escala industrial, sin embargo, es del 20,78 por ciento.
El aumento de costos del grabado en seco ofrece un ahorro general.
“Esto introduce una fuente de incertidumbre en los cálculos de los costos escalonados”, admite el equipo de investigación, y agrega: “Los resultados muestran un aumento en los costos totales de procesamiento celular [de] entre 15.8 y 25.1 por ciento, debido a la combinación del silicio negro grabado y pasivación por deposición de capa atómica de doble cara. A pesar de este aumento, el costo por unidad [de] energía de la celda PERC cae un 10,8 por ciento.”
Los científicos también afirman que la adopción del grabado en seco en el proceso determina un aumento en los costos de solo un factor de 2,62 en el costo total, de acuerdo con el escenario más optimista presentado en la investigación. Sin embargo, los costos totales de producción de las células de silicio negro son más bajos incluso en el peor de los escenarios. El equipo de investigación explica que la pasivación superficial también ofrece el potencial para ahorrar costos, ya que las células PERC de negro-silicio pueden: “pasivarse efectivamente con un proceso ALD de doble lado, antes de tapar el lado posterior con SiN [nitruro de silicio]”.
El costo de la pasivación en el proceso puede ser del 50 por ciento menor que el costo de los procesos correspondientes usando PECVD (eliminación de vapor químico mejorado con plasma) y CVD para el proceso estándar de Czochralski (Cz) utilizado en células monocristalinas, afirman los investigadores.
Los científicos especificaron que la viabilidad económica de la producción de células de silicio negro a través de grabado en seco ya se ha verificado en una línea de producción piloto, pero no nombraron al fabricante.
Señalan, sin embargo, que solo las células de silicio negro grabadas catalizadas por metal (MACE) han sido utilizadas hasta ahora por los fabricantes para la producción industrial. Uno de estos fabricantes es la firma china de módulos Wuxi Suntech Power Co. Ltd, que anunció haber instalado una línea de producción de 500 MW en enero.
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