Vocês já devem saber que os módulos fotovoltaicos estão cada vez mais modernos e eficazes, não é mesmo?
Porém, apesar do avanço da tecnologia, os módulos podem apresentar alguns tipos de falhas.
Diferença entre falhas e degradação
Já repararam que os preços dos equipamentos fotovoltaicos vêm diminuindo nos últimos anos? Isto acontece com o avanço das pesquisas em materiais mais eficazes e confiáveis!
Então, para garantir o bom funcionamento, existes testes de qualificação padrão que verificam a integridade. Porém, notam-se problemas nos equipamentos mesmo quando eles são aprovados em testes. Ou seja, alguns problemas são revelados quando estão atuando em campo. Porém, estes problemas não podem ser considerados falhas.
Vamos entender a diferença:
- Falhas– É o término da capacidade de um item para executar uma função necessária. Ela pode degradar a energia ou criar um problema de segurança. É comum usarem também indicadores de falhas relacionando o tempo.
- Degradação– Consiste na perda da qualidade ao longo do tempo. No caso dos módulos fotovoltaicos, é a perda de potência ao longo do tempo. A degradação influencia diretamente na confiabilidade e tempo de vida do sistema.
Portanto, a taxa de degradação é o termo usado para descrever o declínio da geração que os módulos irão sofrer ao longo do tempo.
Essa taxa varia de acordo com o modelo e fabricante, mas, em geral, a potência de saída dos módulos diminui cerca de 0,8% a cada ano.
Agora que entendemos a diferença entre falhas e degradação, podemos aprofundar mais sobre as degradações e seus efeitos.
Degradações dos módulos fotovoltaicos
Já que visto a classificação de impacto de cada degradação, vamos explicar para vocês o que cada uma significa.
1. Deformação na estrutura
Normalmente a deformação na estrutura acontece por uma combinação de efeitos. Porém, existem duas áreas onde os efeitos da deformação do painel solar são proeminentes: o centro do painel e a região da moldura de alumínio externa.
Descoloração do encapsulante
Ocorre devido à degradação do material encapsulante (tipicamente o EVA) que reveste a superfície das células no módulo fotovoltaico, apresentando um aspecto amarelado ou marrom.
A combinação de radiação ultravioleta com temperaturas maiores de 50 ºC é a condição que mais leva ao escurecimento do encapsulamento. Leva a redução da transmitância da radiação solar, reduzindo a corrente na célula solar.
O agravante para a ocorrência da descoloração é a utilização de materiais com baixa qualidade, altas temperaturas e umidade.
Delaminação
É quando a umidade penetra nos componentes elétricos internos, o que causa uma falha catastrófica, exigindo a substituição do módulo fotovoltaico.
Isto acontece muito com módulos fotovoltaicos baratos, composto de materiais de baixa qualidade e métodos de construção menos controlados.
Isolamento do backsheet
Backsheet é um componente crítico em um módulo solar, pois é responsável por proteger e isolar eletricamente o próprio módulo.
Inclui problemas de adesão, como descascamento, descamação e fissura no polímero. A presença dessa degradação pode ter um efeito significativo na energia e também representa um risco à segurança.
Os defeitos mais preocupantes para as backsheet incluem rachaduras, amarelamento e delaminação.
O aspecto visual dos módulos solares pode ser um primeiro indicador de falha que pode levar a problemas mais sérios. Os módulos contendo backsheet que se racham e delaminam representam as falhas.
Falha circuito interno/ligação de solda
Ligações de solda enfraquecidas causada por descoloração do circuito interno e/ou térmica o ciclo pode, em última análise, falhar e levar a perdas de energia e questões de segurança.
Pontos quentes (‘Hot spot’)
Ponto quente é uma área aquecida no painel, causada por queda na corrente de saída em uma ou mais célula.
Uma série de fatores podem causar pontos quentes, incluindo célula de eficiência distinta, micro-rachaduras em células, bloqueios ou sombras e uma variação na velocidade de degradação celular.
Isso resulta em acumulação de calor, que, em casos mais graves, podem resultar em incêndios.
Células fraturadas
São rachaduras ou fissuras que aparecem nos painéis. Durante o processo de fabricação, os módulos são expostos a estresses.
Isto pode acontecer também durante o processo de instalação e manutenção.
Em operação, os módulos são expostos a condições climáticas adversas como vento, chuva e neve, que também causam estresses térmicos e podem ocasionar danos nas células.
As rachaduras/fissuras nas células podem causar pontos quentes e áreas sem geração, que reduzem a eficiência do módulo e aceleram seu processo de degradação.
Problema de diodo e caixa de junção
Os diodos de by-pass ficam na caixa de junção dos módulos fotovoltaicos e devem suportar temperaturas e condições extremas.
Além disso, também, é importante que eles estejam bem encapsulados. Há muitos casos de diodos de baixa qualidade em painéis solares baratos que causam, mais cedo ou mais tarde, queima do painel solar.
Quebra de vidro
Todos os painéis solares devem ter um grau de resistência a elementos que possam influenciar a quebra. No entanto, isso varia de fabricante para fabricante, pois a qualificação do material (seleção do vidro) e os processos de construção variam drasticamente.
Escolher módulos fotovoltaicos baratos sem as certificações de qualidade e desempenho podem comprometer a vida útil do seu sistema solar.
- Sujeira Permanente
A sujeira encontrada na superfície dos módulos fotovoltaicos impacta diretamente a geração energética.
Em consequência, ocorre uma redução da irradiação solar absorvida pelas células que compõem o módulo fotovoltaico.
Em casos extremos, isto pode causar sombreamento parcial, pontos quentes e, consequentemente, um estresse térmico nas células que pode contribuir para o desenvolvimento de microfissuras nas células.
Degradação induzida pelo potencial (PID)
Este efeito tem maior probabilidade de ocorrer em sistemas que trabalham com alta tensão, quando há strings com um número grande de módulos.
As tensões elevadas podem gerar correntes de fuga entre as células solares e a estrutura do módulo através do vidro e o encapsulamento, sendo responsável pelos efeitos de degradação e redução na potência.
Como detectar: Eletroluminescência, inspeção infravermelho, câmera termográfica.
Degradação e o clima
Vocês sabiam que o clima pode interferir (acelerar ou atrasar) a degradação dos módulos fotovoltaicos?
Módulos fotovoltaicos em climas quentes e úmidos mostram modos de degradação consideravelmente mais elevados do que aqueles em climas desérticos e moderados.
Já em um clima moderado e para instalações mais antigas (instalações implantadas antes de 2.000) a porcentagem de degradação os modos aumentam com a exposição ao campo.
A delaminação e problemas de diodo também são mais frequentes em climas quentes e úmidos do que em outros climas.
Em climas moderados, geralmente a descoloração encapsulante diminui sua frequência notavelmente para instalações mais recentes.
Essas instalações mais recentes são controladas por diferentes modos de degradação, como pontos quentes e potencial degradação induzida (PID) para os sistemas mais jovens, e grande delaminação em sistemas de média idade.
Nos sistemas mais novos, a descoloração encapsulante aparece em climas mais quentes, mas em menor grau.
As maiores preocupações dos sistemas instalados nos últimos 10 anos são os pontos quentes.
Por isso, a tendência é que a indústria fotovoltaica invista cada vez mais em eficiência e tecnologia, para eliminar essas degradações e aumentar o tempo de vida do sistema fotovoltaico.
