Novedoso encapsulante de módulos solares a base de fibra de vidrio y resina epoxi

Científicos del centro de investigación español Tecnalia han encapsulado paneles solares con un material compuesto que, según afirman, tiene una reciclabilidad química mejorada.

El novedoso material encapsulante se basa en un material compuesto reforzado con fibra de vidrio con una matriz epoxi que contiene grupos éteres escindibles. “El objetivo era mejorar la reciclabilidad química del material encapsulante y los módulos fotovoltaicos, manteniendo al mismo tiempo su rendimiento fotovoltaico y su durabilidad”, explica el grupo de investigación. “En futuros trabajos se estudiará la mejora de las propiedades de barrera a la humedad del compuesto y el ajuste de las condiciones de reciclado para permitir una recuperación de componentes válida para nuevos módulos”.

Los investigadores fabricaron doce muestras de módulos solares con células de silicio monocristalino y las encapsularon con el nuevo material mediante un proceso lineal de infusión de resina al vacío. “Como refuerzo se utilizó un tejido de fibra de vidrio con un peso areal de 300 g/m2 (0/90◦). La disposición del refuerzo consistió en 3 capas colocadas en la parte delantera y trasera de la célula. Como matriz compuesta se utilizó un sistema de resina epoxi con endurecedor de base amínica y grupos químicos escindibles en su composición”, señalaron.

El grupo probó el rendimiento de los paneles y lo comparó con módulos de referencia encapsulados con un sistema de resina estándar basado en un epoxi transparente de bisfenol-A y un reticulante de base amínica. En el conjunto de pruebas, los encapsulantes reciclables se contrastaron con el encapsulante de referencia, así como con células solares desnudas sin ningún tipo de encapsulado.

“Los datos de los monomódulos con el encapsulante compuesto basado en la resina epoxi reciclable mostraron una pérdida eléctrica en corriente de cortocircuito del 6,3% al comparar el rendimiento eléctrico antes y después del encapsulamiento”, señalan los investigadores. “Este valor fue ligeramente inferior al obtenido para los monomódulos con compuesto epoxi estándar, que presentaron una disminución del 7,2%”.

El grupo observó una tendencia similar al analizar las pérdidas de potencia en el punto máximo (Pmp) y los espectros de eficiencia cuántica externa (EQE), una métrica de la eficiencia y la respuesta espectral de los dispositivos fotovoltaicos.Los investigadores también realizaron una prueba de calor húmedo durante 500 horas de exposición en el panel encapsulado con el nuevo material, y comprobaron que presentaba una pérdida eléctrica en corriente de cortocircuito del 3,4%, frente a sólo el 1,5% del panel de referencia.

“Tras 1.000 horas de exposición, la disminución observada de la corriente de cortocircuito fue aún más pronunciada, siendo significativamente mayor en el caso de la matriz epoxídica escindible”, señalaron los académicos. “Se midió una pérdida final del 4,9% para la resina reciclable, mientras que el epoxi estándar mostró un valor inferior del 2,8%. En cuanto a los valores de Pmp, la pérdida alcanzó el 4,7% y el 3,4% para el compuesto reciclable y el estándar, respectivamente.”

Además, los investigadores llevaron a cabo ensayos de estabilidad y envejecimiento por exposición a rayos UV y ciclos térmicos. En cuanto a este último, presentó una pérdida de alrededor del 1% en corriente de cortocircuito y Pmp, que no se considera significativa, ya que está por debajo de la precisión de medición de la técnica. En cuanto a la exposición a los rayos UV, las pérdidas eléctricas también fueron cercanas al 1%.

El novedoso material se describe en el artículo “Composite material with enhanced recyclability as encapsulant for photovoltaic modules” (Material compuesto con mayor reciclabilidad como encapsulante para módulos fotovoltaicos), publicado en Heliyon.

De cara al futuro, los investigadores señalaron la necesidad de trabajar en el análisis y la mejora de la homogeneidad de la superficie, así como de estudiar el envejecimiento de los módulos fabricados con las fibras recuperadas y, posiblemente, utilizar una interfaz resina-fibra diferente. Además, los investigadores ven la oportunidad de mejorar la tecnología propuesta. “El trabajo futuro se centrará también en mejorar la estabilidad humedad-calor del composite, en un compromiso con una reciclabilidad satisfactoria”, afirmaron.