O fim de semana dizia: O PERC ainda é rentável?

A degradação inicial induzida por luz nos módulos PERC é atualmente assunto de intensa discussão, mas testes na PI Berlin mostraram que o problema é solucionável. O fundador e CEO, Paul Grunow, explica os efeitos, a abordagem e os resultados.

Câmara climática no PI Berlin. A degradação de LeTD só pode ser testada a temperaturas elevadas. Imagem: PI Berlin

A degradação inicial mbora tornou-se novamente o assunto de intensa discussão, é essencialmente nada de novo. Tipicamente, a degradação induzida pela luz (LID) reduz de um a três por cento a eficiência do módulo. Isso é subtraído diretamente do valor da placa de classificação dos módulos e é levado em consideração por especialistas e bancos ao calcular previsões de rendimento. Por este motivo, a medição do LID tem sido um componente chave de nossos testes de painel fotovoltaico no nível do projeto. O módulo com medições indicadas pelas caixas azuis no gráfico abaixo demonstra esse comportamento típico de LID.

Com os módulos PERC, no entanto, a questão está assumindo uma nova urgência devido ao efeito da degradação induzida por luz e temperatura elevada (LeTID), que é conhecida desde 2012 e é mais pronunciada nos módulos PERC do que na tecnologia anterior. Temperaturas mais altas e níveis de luz mais intensos podem acelerar bastante este processo no laboratório, daí o nome. A velocidade de degradação é, portanto, dependente da localização. O gráfico ilustra isso para os módulos sensíveis ao LeTID comparando os valores medidos na Alemanha fria com a degradação acelerada no Chipre mais quente. LID e LeTID podem ser distinguidos por três características:

  1. A extensão da degradação: é maior para módulos suscetíveis a LeTID (4-10%) e LID do que para módulos que sofrem apenas de LID (1-3%).
  2. O LeTID ocorre em uma ordem de magnitude mais lenta que a LID: São necessárias cerca de 1.000 horas no laboratório a 75 graus Celsius e no ponto de potência máxima (MPP) para que o LeTID atinja o grau completo de degradação. Em contraste, a queda no desempenho devido ao LID aumenta após alguns dias. As condições de campo são semelhantes, mas dependem do clima. O máximo de LeTD ocorre após 10 anos na Alemanha e quatro anos em Chipre, onde a temperatura média do módulo é 25 graus Celsius maior com irradiação proporcionalmente maior. LID, por outro lado, atinge um máximo depois de apenas alguns dias no campo em ambos os locais. Felizmente, o LeTID pode ser medido mais rapidamente no laboratório. O efeito pode ser acelerado aumentando a temperatura do módulo em pelo menos um fator de dois por Degrau de temperatura de 10 graus e aumento da injeção do transportador de carga. O último pode ser alcançado comutando da operação no ponto operacional máximo para o “modo VOC” sem carga, no qual as extremidades do terminal do módulo formam um circuito aberto. Isso acelera o LeTID por um fator de 10. 
  3. Regeneração LeTID com os mesmos parâmetros: As imagens EL na p. 66 ilustram como a degradação do LeTID regenera após atingir o ponto de degradação total - em contraste com o LID - mesmo sem alterar nenhum parâmetro externo. Este ciclo também pode ser acelerado tanto pelo aumento da temperatura como pela mudança para operação sem carga, com a injeção de mais transportadores de carga.
A regeneração ajuda?

Como os módulos também se regeneram no campo quando atingem o ponto de máxima degradação, é tentador pensar que o problema do LeTID é exagerado. Mas mesmo em um clima como o Chipre, a regeneração leva oito anos, enquanto na Alemanha pode levar até 20 anos.

A regeneração dos módulos sensíveis ao LeTID deve, portanto, ser acelerada antes do comissionamento. Isso é possível no campo, mas até agora só foi demonstrado em módulos individuais descarregados, isolados termicamente, em modo livre de carga. O aumento resultante na injeção da portadora de carga e na temperatura do módulo acelerou o tempo de regeneração na Alemanha para seis meses. Em locais mais quentes, como Chipre, essa abordagem pode ser bem-sucedida em apenas dois meses. Mas esta não é uma opção muito amigável. Estabilização no nível de célula ou módulo é melhor. O instalador da instalação deve concordar com isso contratualmente e depois realizar verificações aleatórias para garantir que os módulos instalados foram realmente estabilizados.

Embora o mecanismo físico por trás do LeTID ainda não seja totalmente compreendido, é um fato que as células estáveis ​​do LeTID podem ser produzidas pela adaptação do processo de produção da célula. A melhor maneira de conseguir isso é executar o ciclo de Leit a temperaturas suficientemente altas sob irradiação como uma etapa final de produção ou condicionamento antes da classificação de células. Este processo foi originalmente desenvolvido para o LID. O processo resulta em quase nenhuma perda de eficiência e pode ser realizado por máquinas de produção comercialmente disponíveis para fabricantes de células. Uma vantagem adicional é que também elimina a degradação de LID. A existência e a eficácia de tal subprocesso pode ser verificada rápida e efetivamente no contexto de uma inspeção de fábrica. Outra possibilidade para os fabricantes de módulos é um ciclo de regeneração de degradação realizado aplicando corrente no laminador. Este processo é protegido por patente, no entanto.

A regeneração antes da instalação também é importante porque as usinas multi-megawatt em grande escala são geralmente revendidas no mercado secundário após alguns anos. Na pior das hipóteses, a venda ocorreria precisamente no ponto em que a degradação do LeTD atingiu seu máximo.

Se as células ainda não tiverem sido regeneradas durante a produção, uma maneira prática de lidar com a degradação poderia ser corrigir o valor da placa de classificação para a saída do módulo pelo grau de degradação do LeTID, como foi feito com o LID. Alternativamente, em vez de inserir uma degradação inicial fixa nas simulações de rendimento, pode-se inserir uma taxa de degradação anual aumentada pelo LeTID. No exemplo do gráfico da p.64, isso significaria subtrair 1,75% ao ano durante quatro anos até -7% ser alcançado, mais o valor padrão de -0,5% ao ano, o que explica o envelhecimento dos materiais de encapsulação e soldagem . No total, no exemplo acima, isso representaria -2,3% ao ano em Chipre e -1,2% ao ano na Alemanha. Mas, mesmo para essa solução, os EPCs e investidores teriam primeiro que saber a extensão do efeito no módulo correspondente.

Testes LeTID

Para dizer como os módulos atualmente em uso difundido estavam protegidos contra LID e LeTID, obtivemos seis cada um dos 10 tipos de módulos PERC no mercado aberto, dois deles multicrystalline.

Nós os examinamos sob nossas condições de teste: Para acelerar o LeTID, os expusemos na câmara climática a 75 ° C, no escuro sob uma corrente direta no ponto de máximo desempenho sob condições de teste padrão. Este teste acelerado é atualmente também proposto no esboço para a segunda edição da IEC 61215-2: detecção de LeTID sob MQT 23.1, que exige a repetição do teste por 162 horas até a estabilização. Os módulos são considerados estabilizados se a redução de energia for inferior a um por cento da capacidade nominal. Atenção aos detalhes é essencial ao fazer esses testes. Ao aumentar a amperagem, mais transportadores de carga são injetados e a taxa de degradação é aumentada. Mas cuidado: a amperagem excessiva pode fazer com que o ciclo de degradação e regeneração não seja detectado. Nos círculos de especialistas, muitas vezes se ouve que os módulos monocristalinos são menos suscetíveis ao LeTID do que os módulos multicristalinos. Às vezes, a degradação de mais de 7% é reportada, principalmente em módulos multi-PERC [Kersten 2015]. Mas não conseguimos observar nenhuma diferença significativa em nossos testes até o momento. Na verdade, muitas vezes descobrimos que o oposto é verdadeiro, e um dos módulos multi-PERC passou muito pouco pelo LeTID.

Dos 10 tipos de módulos testados, os dois tipos de módulos multicristalinos se degradaram no máximo dois por cento após 1.000 horas, enquanto a distribuição entre os módulos mono-PERC restantes variou de um a quatro por cento (veja gráfico à esquerda). É possível que os fabricantes de produtos multi-PERC tenham tomado medidas para neutralizar esses efeitos, enquanto alguns fabricantes de produtos monoparcidos continuam concentrando seus esforços principalmente na LID e não estabilizam totalmente as células.

Neste contexto, a degradação adicional causada pelo LeTID é um argumento fundamental contra o PERC? Não, a mudança para esta tecnologia foi racional e continua a ser assim porque é rentável. Mais e mais fabricantes estão omitindo qualquer menção ao PERC em suas próprias folhas de especificações, seja porque agora é padrão de qualquer maneira e não requer menção especial, ou para evitar qualquer discussão sobre o LeTID. Além disso, essa degradação adicional pode ser eliminada com medidas de produção de células que são virtualmente neutras em termos de eficiência.

Nossa avaliação da situação é que o PERC é 100% bancável nesse caso. Mas esta conclusão deve ser verificada por testes independentes e não apenas por fabricantes através de auditorias de fábrica e testes de laboratório qualificados.

Por enquanto, a bancarização também deve ser confirmada para projetos - por meio de testes aleatórios de laboratório, por exemplo - porque ainda não entendemos o que causa o problema.

Um esclarecimento científico final do mecanismo é, no entanto, urgente porque aumentaria a credibilidade e a confiabilidade das adaptações de processo para o PERC. Esse esclarecimento é particularmente importante para os fabricantes do PERC que não acreditam que eles sejam afetados, embora seus módulos tenham mostrado sensibilidade do LeTID além do LID no teste PI Berlin.

Tecnologias de células de próxima geração e maior eficiência que usam wafers do tipo n em vez de wafers do tipo p, como PERC, HJT ou n-PERT do tipo n, são em princípio mais estáveis ​​que as células PERC em termos de degradação - pelo menos PI Berlin e outros laboratórios ainda não encontraram nenhuma indicação em contrário. Essas tecnologias têm um maior potencial de eficiência, mas são mais caras para os fabricantes de celulares, devido aos maiores custos de adaptação. Quer o problema seja melhor resolvido melhorando a nossa compreensão do LeTID ou passando para a próxima geração de tecnologias celulares, esperamos que o conhecimento científico acelere a busca da melhor solução.

Sobre o autor: Paul Grunow é o co-fundador da PI Berlin.

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