Estudo revela degradação muito inferior-à-esperada nos módulos solares das décadas de 1980 e 1990

Um grupo de pesquisa liderado pela Universidade de Ciências Aplicadas da Suíça (SUPSI) realizou uma análise de longo-prazo de seis sistemas fotovoltaicos-conectados à rede-voltados para o sul, instalados na Suíça no final da década de 1980 e início da década de 1990. Os pesquisadores descobriram que as taxas anuais de perda de energia dos sistemas eram em média de 0,16% a 0,24%, significativamente inferiores aos 0,75% a 1% ao ano comumente relatados na literatura.

O estudo examinou quatro sistemas de cobertura-de baixa altitude localizados em Möhlin (310m-VR-AM55), Tiergarten Leste e Oeste em Burgdorf (533m-VR-SM55(HO)) e Burgdorf Fink (552m-BA-SM55). Essas instalações usam configurações de telhado-ventiladas ou aplicadas em edifícios. A análise também incluiu uma planta de-escala utilitária-de média altitude em Mont-Soleil (1.270m-OR-SM55) e dois sistemas montados em fachada-de alta{{23}altitude em Birg (2.677m-VF-AM55) e Jungfraujoch (3462m-VF-SM75).

Todos os sistemas são equipados com módulos ARCO AM55 fabricados pela Arco Solar,-com sede nos EUA, que era o maior fabricante de energia fotovoltaica do mundo com apenas 1 MW de capacidade na época, ou com módulos Siemens SM55, SM55-HO e SM75. A Siemens tornou-se o maior acionista da Arco Solar em 1990. Os módulos têm potências classificadas entre 48 W e 55 W e consistem em uma folha frontal de vidro, camadas encapsulantes de etileno-acetato de vinila (EVA), células de silício monocristalino e uma folha traseira laminada de polímero.

A configuração do teste incluiu-monitoramento no local da saída de energia CA e CC, temperaturas ambiente e do módulo e irradiância do plano-da-matriz medida usando piranômetros. Com base nas condições do local, os pesquisadores classificaram as instalações em zonas climáticas de baixa-, média- e alta-altitude.

“Para fins de benchmarking, dois módulos Siemens SM55 foram armazenados num ambiente interno controlado no Laboratório Fotovoltaico da Universidade de Ciências Aplicadas de Berna desde o início da campanha de monitoramento”, disseram os pesquisadores. Eles também aplicaram o método multi-anual-a-ano (vários-anos) para determinar as taxas de perda de desempenho (PLR) no-nível do sistema.

Os resultados mostram que os PLRs em todos os sistemas variam de -0,12% a -0,55% ao ano, com uma média de -0,24% a -0,16% ao ano, bem abaixo das taxas de degradação típicas relatadas para sistemas fotovoltaicos mais antigos e modernos. Os pesquisadores também descobriram que os sistemas de altitudes mais elevadas geralmente apresentam taxas médias de desempenho mais altas e taxas de degradação mais baixas do que instalações comparáveis ​​de baixa altitude, apesar da exposição a maior irradiância e radiação ultravioleta.

O estudo revelou ainda que módulos do mesmo tipo nominal, mas com designs internos diferentes, apresentam um comportamento de degradação marcadamente diferente. Os módulos SM55 padrão exibiam falhas recorrentes de ligação de solda, levando ao aumento da resistência em série e à redução do fator de preenchimento. Por outro lado, os módulos SM55-HO se beneficiaram de um design de backsheet modificado que fornece maior refletância interna e melhor estabilidade a longo prazo.

No geral, as descobertas indicam que a degradação-de longo prazo em módulos fotovoltaicos de{1}}geração inicial é causada principalmente pelo estresse térmico, pelas condições de ventilação e pelo design do material, e não apenas pela altitude ou pela irradiância. Módulos instalados em ambientes mais frios e{3}}mais ventilados demonstraram desempenho particularmente estável ao longo de várias décadas.

Os resultados dos testes foram apresentados no artigo "Três décadas, três climas: impactos ambientais e materiais na confiabilidade-de longo prazo dos módulos fotovoltaicos", publicado na EES Solar.

"O estudo identificou a lista de -de{1}}material (BOM) como o fator mais crítico que influencia a longevidade do módulo fotovoltaico", concluíram. "Apesar de todos os módulos pertencerem à mesma família de produtos, variações na qualidade do encapsulante, nos materiais de enchimento e nos processos de fabricação resultaram em diferenças significativas nas taxas de degradação. Os encapsulantes de{4}}geração inicial sem estabilização UV mostraram envelhecimento acelerado, enquanto os projetos de módulos posteriores com folhas traseiras otimizadas e melhor qualidade de produção demonstraram excelente estabilidade a longo-prazo."