Degradação dos Módulos Solares

ENGENHARIA de PROJETOS • ago 27, 2020

Para que possamos entender melhor como funciona a degradação nos módulos solares é preciso saber como é sua estrutura. Confira a seguir.

Olá,

Para que possamos entender melhor como funciona a degradação nos módulos solares é preciso saber como é sua estrutura. Os módulos solares podem ser compreendidos resumidamente da seguinte forma:

Estudos mostram os impactos desastrosos da temperatura e umidade no efeito PID com perdas de até 100% da potência da célula.

Ocorrência

Um dos motivos para as correntes de fuga pode ser água em forma de vapor entrando pela moldura do painel fazendo com que a camada encapsulante da célula EVA se torne mais condutora e com uma certa concentração de carga. Dessa forma, as cargas podem interagir com o emissor e a camada de depleção causando desvio da corrente da célula; como o sódio existente na composição do vidro também é reativo com esse vapor de água, os elétrons acabam encontrando um caminho indesejado através do encapsulante EVA e do vidro até alcançarem a borda de alumínio que é aterrada.

Consequência

À medida que o efeito PID continua na célula ela vai se degradando ainda mais, passando de um comportamento de diodo para um comportamento ôhmico. O que acontece na célula com o efeito PID é uma queda de potência. Na ocorrência do PID a influência do campo elétrico dos portadores de carga na junção p-n a tornam mais condutora fazendo com que a resistência paralela (shunt) diminua. A resistência shunt, assim como a corrente de polarização reversa, são afetadas primeiro, seguido pelo fator de forma.  As correntes e tensões sofrem variações baixas na ordem de 4 a 7%, porém a corrente de polarização reversa, a potência, fator de forma e resistência paralela sofrem variações graves.

Como consequência do PID a curva I-V do módulo sofre alteração negativa no joelho da curva.

Influência

A tensão elevada a que fica submetida uma string é uma pré-condição para existência do PID. A diferença de tensão entre a célula e o frame do módulo que é aterrado por razões de segurança, é o fator mais importante para o PID. A degradação está fortemente dependente da polaridade do potencial aplicado no módulo em relação à terra. As correntes de fuga são influenciadas pelo tipo de material do encapsulante, pelo silício de baixa qualidade, temperatura, umidade e tensões elevadas. Quanto maior a temperatura e umidade maior é a corrente de fuga.

Solução

Aterrar os polos negativo e positivo do módulo dependendo do tipo de célula p-type ou n-type, respectivamente, pode ser uma solução para se evitar o PID. Porém, nem sempre é possível aterrar os polos do módulo em razão da topologia do inversor não ser separada galvanicamente. Transformadores com isolação galvânica permitem que os polos do painel fotovoltaico sejam aterrados, pois a conexão do inversor com a rede elétrica acontece através do acoplamento eletromagnético, do contrário, com inversor sem transformador interno a conexão com a rede elétrica acontece através da condução e causaria um curto circuito.

A reversão do PID para o módulo solar pode ser realizada aplicando um potencial reverso em relação àquele que originalmente causou o problema, ou seja, para tecnologia de células n-type aplica-se um potencial negativo e para tecnologia de células p-type aplica-se um potencial positivo. Quando você aterra o polo negativo muda-se todo potencial negativo da string para positivo e quando você aterra o polo positivo muda-se todo potencial positivo da string para negativo. Para os casos nos quais não é possível aterrar os polos do módulo, a SMA possui um equipamento chamado PV Offset Box que realiza esse tipo de trabalho durante a noite.

Uma nota muito importante é que módulos compostos de filme fino devem ter seus polos negativo ou positivo aterrados dependendo da tecnologia existente e, portanto, precisam de inversores com transformadores internos com isolação.

Outros problemas

Existem outros problemas que podem ocorrer com os módulos ao longo do tempo como a corrosão eletroquímica, a delaminação e a descoloração.

Até breve!
Marcus Hagge
CEO e fundado
ENGENHARIA de PROJETOS
REFERÊNCIAS CONSULTADAS

REC SOLAR. REC´s TwinPeak Technology: raising the power of multicrystalline solar panels to levels only recently thought impossible. 2017. Disponível em:
https://www.recgroup.com/sites/default/files/documents/whitepaper_twinpeak_technology.pdf

SMA SOLAR TECHNOLOGY. Reverse Current: advice on generator configuration for PV systems using Sunny Mini Central. Disponível em:
https://www.sma-italia.com/fileadmin/content/global/Solutions/Documents/Medium_Power_Solutions/Rueckstrom-UEN083010.pdf

SMA SOLAR TECHNOLOGY. Use of String Fuses of Sunny Mini Central 9000TL, 10000TL, 11000TL. Disponível em:
http://files.sma.de/dl/7418/StringsicherungenSMC-UEN123621.pdf

SMA SOLAR TECHNOLOGY. PID – The Problem and How to Solve It: module regeneration with the PV offset box. Disponível em: http://files.sma.de/dl/7418/PID-PVOBox-TI-en-10.pdf
SMA SOLAR TECHNOLOGY. Potencial Induced Degradation (PID). Disponível em: http://files.sma.de/dl/7418/PID-TI-UEN113410.pdf

SMA SOLAR TECHNOLOGY. Tecnologia de Módulos: os inversores da SMA oferecem a solução adequada para qualquer módulo. Disponível em: http://files.sma.de/dl/7418/Duennschicht-TI-UPT114630.pdf

J. Berghold, O. Frank, H. Hoehne, S. Pingel, B. Richardson, M. Winkler. Potencial Induced Degradation of Solar Cells and Panels. Disponível em: https://www.solon.com/export/sites/default/solonse.com/_downloads/global/presse/solon-fronius-valencia-PID.pdf

MEIRELLES, Bernardo Radefeld. Fabricação de Células Solares. 2002. Relatório Final de Atividades (F809-Instrumentação Para Ensino) – Instituto de Física Gleb Wataghin, Campinas, 2002. Disponível em:
https://www.ifi.unicamp.br/~lunazzi/F530_F590_F690_F809_F895/F809/F809_sem1_2002/991446-relatoriofianal.pdf

ASSUNÇÃO, Hélio Delgado. Degradação de Módulos Fotovoltaicos de Silício Cristalino Instalados no DEE-UFC. 2014. Monografia (Graduação em Engenharia Elétrica) – Departamento de Engenharia Elétrica, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2014. Disponível em:
http://www.dee.ufc.br/anexos/TCCs/2014.1/H%C3%89LIO%20DELGADO%20ASSUN%C3%87%C3%83O.pdf

PRADO, Daniel Augusto. Fabricação e Caracterização de uma Célula Solar à Partir do Polímero POLI (N-VINILCARBAZOL) PVK DOPADO Com Perclorato de Lítio. 2008. Dissertação (Mestrado em Microeletrônica) – Escola Politécnica, Universidade de São Paulo, São Paulo, 2008. Disponível em:
https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3140/tde-25092008-115103/publico/Dissertacao_Mestrado_USP_Daniel_Augusto_Prado_rev_1.pdf