La prestazione dei moduli fotovoltaici è un parametro molto significativo, che determina in gran parte il livello del LCOE e l’efficienza economica del progetto di un centrale solare. Perciò, produttori di energia solare puntano all’innovazione tecnologica per aumentare la competitività dei loro prodotti. Nella fretta di introdurre nuove tecnologie sul mercato, i produttori stanno perdendo il controllo della qualità. Di conseguenza, stiamo assistendo a una rinascita di vecchi meccanismi di fallimento e di nuovi pannelli solari metodi di degrado.
I moduli solari fotovoltaici sono soggetti a numerose modalità di guasto e meccanismi di invecchiamento. I produttori devono seguire procedure di produzione rigorosamente stabilite e utilizzare componenti di alta qualità per garantire prestazioni stabili dei pannelli solari durante l'intera vita utile. Una diminuzione prematura dell'efficienza dei moduli fotovoltaici si verifica quando si saltano le fasi del controllo di qualità del prodotto o si utilizzano materiali di bassa qualità.
Le moderne tecnologie di produzione utilizzano componenti che 25 anni fa non esistevano. Pertanto, oggi non esistono dati reali che confermino l’affidabilità a lungo termine di molte moderne tecnologie di produzione fotovoltaica.
Tuttavia, esistono laboratori indipendenti che testano le apparecchiature per le centrali solari. È possibile calcolare l'affidabilità del sistema fotovoltaico in base ai dati ottenuti. Il laboratorio PV Evolution, ad esempio, effettua test che dimostrano l'idoneità degli impianti solari. È possibile utilizzare i report di quantificazione PVEL per pianificare progetti su larga scala per la generazione di energia solare.
La Figura 1 mostra un grafico e una tabella per i difetti più comuni delle celle solari che si verificano dopo lo stress test.
Il degrado potenziale indotto (PID) è una riduzione della potenza di uscita dei moduli fotovoltaici nel tempo. È un fenomeno molto indesiderabile causato da cause sia interne che esterne.
Il potenziale degrado indotto dei moduli fotovoltaici è il processo previsto e normale perché prima o poi qualsiasi apparecchiatura si guasta. Ma è economicamente fattibile limitare o eliminare le cause della PID. Ciò riduce il tasso di degrado dei pannelli solari e migliora l’economia del progetto.
Una differenza di potenziale tra la cella solare e il telaio del modulo messo a terra;
Esposizione all'umidità e alla temperatura;
Difetti di fabbricazione;
La densità insufficiente dello strato isolante del modulo.
Una durata di 25-30 anni dei moduli fotovoltaici definisce l'economia dei progetti di centrali solari. Pertanto, un calo significativo della produttività nei primi anni di funzionamento della centrale solare è semplicemente un disastro dal punto di vista tecnico e finanziario.
Il PID può verificarsi entro poche settimane o addirittura giorni dalla messa in servizio dell'impianto fotovoltaico. Ciò accade quando non c'è messa a terra. In questo caso, la tensione tra il telaio e le celle del modulo può provocare una “deriva” di ioni sodio dal vetro alla superficie della cella.
La cella ha tipicamente un rivestimento antiriflesso di nitruro di silicio (SiN). Se i fori di spillo in questo rivestimento sono sufficientemente grandi da consentire agli ioni sodio di entrare nella cella, la produttività può essere irrimediabilmente ridotta. In una situazione del genere, la tensione può causare un accumulo di carica statica, che influisce negativamente anche sulle prestazioni, sebbene questo effetto sia solitamente reversibile.
PVEL offre una procedura di test dei moduli fotovoltaici in modo che gli investitori possano fidarsi dell'uno o dell'altro produttore di pannelli solari. Consente di determinare in che modo la cella solare è resistente al PID. Se i test rivelano risultati insoddisfacenti sulla resistenza della batteria solare al degrado, è consigliabile l'uso di soluzioni alternative. È possibile utilizzare configurazioni di messa a terra o elettronica distribuita oppure scegliere un altro modulo fotovoltaico.
Una volta posizionato il modulo in una camera climatica, la polarizzazione di tensione pari alla tensione massima di sistema (MSV) nominale del modulo (-1000 V o -1500 V) viene applicata a 85 °C e 85% di umidità relativa per due cicli di 96 ore . Queste condizioni di temperatura, umidità e polarizzazione della tensione aiutano PVEL a valutare possibili meccanismi di degrado e guasto legati all'aumento delle correnti di dispersione (Fig. 2).
I risultati presentati negli istogrammi mostrano una diminuzione della potenza media per vari campioni di prova dello stesso modello. Gli istogrammi tengono conto del confronto degli indicatori 2020 con il dataset storico PVEL.
Negli ultimi anni sono state apportate numerose innovazioni alla tecnologia fotovoltaica.I produttori stanno introducendo attivamente nuovi processi e nuovi componenti.
PERC (cella posteriore dell'emettitore passivato) – uno strato dielettrico aggiuntivo sul lato posteriore della cella tecnologia per celle mono e policristalline. Questa tecnologia aumenta il grado di assorbimento dei fotoni e l'efficienza quantistica delle celle;
Bifacciale è un elemento monocristallo bifacciale. Le celle bifacciali assorbono la luce da entrambi i lati del pannello e nella giusta posizione e condizioni possono produrre fino al 27% di energia in più rispetto ai tradizionali pannelli monofacciali;
Multisbarre – sbarre multinastro e a filo. Le sbarre collettrici sono fili o nastri sottili che corrono lungo ciascuna cella e trasportano gli elettroni (corrente) attraverso il pannello solare;
Pannelli divisi con celle tagliate a metà utilizza celle tagliate a metà o di dimensioni ridotte anziché celle quadrate a grandezza naturale e sposta la scatola di giunzione al centro del modulo. Ciò divide effettivamente il pannello solare in 2 pannelli più piccoli con una capacità del 50%, che funzionano in parallelo. Elevate prestazioni grazie alle minori perdite resistive attraverso le sbarre collettrici.
Doppio vetro è noto come pannelli solari vetro-vetro, doppio vetro o doppio vetro. Il vetro posteriore sostituisce il tradizionale foglio posteriore bianco in EVA (plastica) e crea un sandwich vetro-vetro considerato superiore poiché il vetro è molto stabile, non reattivo e non si deteriora nel tempo né soffre di degradazione UV.
Celle a scandole sono una tecnologia emergente che utilizza strisce di cellule sottili sovrapposte che possono essere assemblate orizzontalmente o verticalmente sul pannello.
IBC (celle interdigitate del contatto posteriore) non solo sono più efficienti ma anche molto più resistenti delle celle convenzionali poiché gli strati posteriori rinforzano l'intera cella e aiutano a prevenire le microfessurazioni che possono eventualmente portare al guasto.
HJT (celle ad eterogiunzione) utilizzare una base di silicio cristallino comune con strati aggiuntivi di film sottile di silicio amorfo su entrambi i lati della cella formando quella che è nota come eterogiunzione. Le celle a eterogiunzione multistrato hanno il potenziale per aumentare l'efficienza se combinate con la tecnologia IBC.
Negli ultimi anni la tecnologia per la produzione dei moduli fotovoltaici è cambiata parecchio. E ora gli acquirenti si trovano ad affrontare un mercato complesso con vari parametri e proprietà delle apparecchiature solari. I produttori stanno introducendo attivamente nuovi processi e nuovi componenti. Tre importanti tendenze si stanno verificando nelle nuove tecnologie per la produzione di pannelli solari. È importante comprendere queste tendenze in termini di ricerca di opportunità per ridurre i rischi nei progetti di energia solare.
| Tendenze | Rischi | Premi |
| Adozione su larga scala di architetture di celle PERC. | Alcune celle PERC sono sensibili alla degradazione indotta dalla luce e dalla temperatura elevata (LeTID), che può ridurre la resa energetica fino al 10% sul campo. Anche la suscettibilità alla destabilizzazione boro-ossigeno può costituire motivo di preoccupazione. | Le celle PERC hanno un'efficienza maggiore e di solito funzionano meglio in condizioni di scarsa illuminazione e temperatura elevata e possono essere prodotte a costi paragonabili a Al-BSF. |
| Nuova architettura delle celle: più busbar, cavi di interconnessione rotondi, wafer più grandi, celle a metà o terzo taglio | Alcuni nuovi progetti di celle sono più suscettibili alle microfessurazioni e potrebbero richiedere modifiche di processo difficili da implementare sulle linee di produzione che portano ad un aumento dei tassi di difettosità. | I nuovi design delle celle stanno determinando efficienze e potenze nominali più elevate nei pannelli fotovoltaici e portando a una riduzione dei costi. |
| Nuova architettura dei moduli: cornici più sottili, vetro-vetro, bifacciali, pellicole per il reindirizzamento della luce (LRF). | I fattori di forma dei moduli più recenti potrebbero essere più suscettibili ai danni e potrebbero non essere compatibili con i sistemi di montaggio esistenti. L’industria non dispone di dati sul campo a lungo termine per nuovi componenti e progetti. | I moduli più leggeri sono più facili da trasportare e installare. Nuovi design e materiali possono aumentare i valori di potenza nominali. |
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