Medición de curvas I-V y electroluminiscencia para control de calidad de módulos y generadores fotovoltaicos bajo condiciones de operación

Abstract

El laboratorio de investigación fotovoltaica del Grupo de Ciencia de Materiales y Energías Renovables de la PUCP (MatER-PUCP) cuenta con tres sistemas fotovoltaicos de diferentes tecnologías conectados a la red: Passivated Emitter and Rear Cell (PERC), Hetero-junction with Intrinsic Thin layer (HIT) y Copper Indium Gallium Selenide (CIGS) con potencias máximas nominales de 1675 W, 1650 W y 1610 W, respectivamente. En el mes de marzo 2021 se tuvo una pérdida de rendimiento global del sistema CIGS por debajo del 70 %, y por lo cual se requería saber la causa de esta pérdida. Para el análisis de los sistemas FV se planteó en esta tesis dos metodologías para poder determinar el estado de calidad de los sistemas FV. Primero, la medición de curvas corriente voltaje (I-V) de módulos fotovoltaicos (FV) que son aplicadas de manera rutinaria y común en las etapas de fabricación, montaje y mantenimiento. Mediante la interpretación de las curvas podemos plantear hipótesis de modos de fallas o anomalías de un arreglo de módulos FV. Esto significa una primera vista de control de calidad de módulos o arreglos FV. Segundo: toma de imágenes de electroluminiscencia (EL), esta prueba significa una vista más detallada y profunda de módulos FV, por el cual podemos determinar la degradación, defectos o fallas en las celdas de cada módulo FV. Estas dos pruebas nos ayudan a comprender mejor el modo de falla de módulos FV. Los resultados que se obtuvo de utilizar al aplicar la medición de curvas I-V mostraron una desviación de los parámetros de potencia máxima extrapolada a condiciones estándares por debajo de los datos de la hoja técnica en mayor proporción en la tecnología CIGS (hasta -24%), seguido de la tecnología HIT (hasta -14%) y por último la tecnología PERC (-7%). Las pruebas de EL confirmaron una degradación en la tecnología CIGS mientras las tecnologías HIT y PERC no presentaron imágenes EL con fallas o defectos importantes que afecten la calidad de los módulos FV. Sin embargo, fue hallada un artefacto de capacitancia del equipamiento de trazador de curvas I-V en el proceso de medición de la tecnología HIT, probablemente causados por capacitancias parásitas en las celdas, que no relaciona las curvas I-V medidas y las imágenes de EL. Según últimos reportes en la comunidad FV, este tipo de artefacto se presenta en la gran mayoría de trazadores comerciales basados en cargas capacitivas y surgió con la introducción de las nuevas tecnologías FV de alta eficiencia como los HIT. Este último resultado presenta un nuevo reto en la caracterización de generadores FV de última generación y resalta la necesidad de una adaptación de los trazadores de curvas I-V comerciales.