Introducción
A medida que la tecnología fotovoltaica sigue avanzando, el mercado de módulos fotovoltaicos ha evolucionado de la corriente alta a la corriente baja. Los módulos fotovoltaicos de corriente alta han captado la atención por su alta producción de energía, pero los riesgos y pérdidas asociados no pueden ser ignorados. En contraste, los módulos fotovoltaicos de corriente baja son cada vez más vistos como una opción más sabia debido a sus ventajas en seguridad, eficiencia y compatibilidad. Este artículo analizará los riesgos y pérdidas de los módulos fotovoltaicos de corriente alta y explorará los beneficios únicos de los módulos fotovoltaicos de corriente baja.
Tabla de Contenidos
1. Introducción
2. La Emergencia de los Módulos Fotovoltaicos de Corriente Alta
3. Riesgos y Pérdidas de los Módulos Fotovoltaicos de Corriente Alta
4. Ventajas de los Módulos Fotovoltaicos de Corriente Baja
5. Conclusión
La Emergencia de los Módulos Fotovoltaicos de Alta Corriente
El Costo Nivelado de Energía (LCOE, por sus siglas en inglés) es una métrica fundamental para evaluar proyectos fotovoltaicos. En el lado del módulo, la eficiencia, la potencia y la capacidad de generación juegan roles críticos, y mejorar la potencia y eficiencia de los módulos fotovoltaicos puede reducir efectivamente el LCOE. Ya en 2009, la potencia máxima de los módulos fotovoltaicos en la industria era solo de 290W. Después de más de una década de desarrollo, la potencia de los módulos fotovoltaicos ha aumentado a más de 500W, con algunos superando los 600W. Los principales caminos para mejorar la potencia del módulo incluyen avances en tecnología celular que mejoran la eficiencia de conversión, optimización del diseño del módulo y materiales auxiliares, y aumento del tamaño de las obleas. Inicialmente, las células solares producidas en masa se basaban en obleas de 125 mm, que luego evolucionaron a 156 mm, 156.75 mm, 158.75 mm, 166 mm, y ahora a 182 mm y 210 mm. La llegada de las obleas de gran tamaño de 182 mm y 210 mm en 2020 no solo trajo un aumento significativo en la potencia del módulo, sino que también aumentó notablemente la corriente de operación de los módulos fotovoltaicos.
En general, la razón detrás del aumento del tamaño de la oblea incluye dos puntos principales: en primer lugar, puede reducir efectivamente el costo por vatio de las obleas y células solares, reduciendo así el costo de producción de los módulos fotovoltaicos; en segundo lugar, aumentar el tamaño de la oblea puede mejorar la potencia del módulo, reduciendo así el costo del Balance del Sistema (BOS, por sus siglas en inglés). Sin embargo, cualquier ganancia está dentro de un cierto rango; cuando el tamaño de la célula y la corriente aumentan hasta cierto punto, los riesgos, peligros y pérdidas asociadas pueden superar los beneficios.
Riesgos y Pérdidas de los Módulos Fotovoltaicos de Alta Corriente
1. Riesgos de Producción y Calidad de los Módulos Fotovoltaicos de Alta Corriente
En el proceso de producción, a medida que el tamaño de la célula aumenta, la producción tiende a disminuir debido al aumento de la dificultad de fabricación. El rendimiento de las obleas y células de gran tamaño en las etapas iniciales de producción puede no alcanzar el nivel de los productos originales, y algunos problemas causados por el aumento de tamaño pueden no resolverse perfectamente a medida que madura el proceso. Además, las obleas sobredimensionadas pueden obstaculizar el desarrollo de células más delgadas, y el aumento de tamaño de los módulos fotovoltaicos puede dificultar la reducción de costos en marcos y vidrio, impactando en los costos de producción. Además, el aumento del tamaño de la oblea y del módulo también aumenta los riesgos de carga mecánica, lo que hace que el transporte y la instalación sean más desafiantes y requieran estructuras de soporte de mayor demanda, afectando la calidad a lo largo del ciclo de vida del producto y del sistema.
2. Impacto de los Módulos Fotovoltaicos de Alta Corriente en la Generación de Energía
(1) Pérdida de Línea de Cable
Basándonos en un proyecto de 100MW, comparamos la pérdida de línea de los módulos fotovoltaicos de 182mm (corriente de operación alrededor de 13A) y los módulos fotovoltaicos de corriente ultra alta (corriente de operación alrededor de 18A). Bajo condiciones de prueba estándar (STC, por sus siglas en inglés), utilizando la misma especificación de cable de 4mm², el esquema de módulo fotovoltaico de corriente ultra alta tuvo aproximadamente un 0.2% más de pérdida de línea en el lado de CC en comparación con el esquema de módulo de 182mm. Incluso suponiendo que el ambiente de aplicación real tenga una irradiancia del 70% de las condiciones STC, todavía hay una diferencia de pérdida de línea de aproximadamente 0.14%. En sistemas que utilizan módulos fotovoltaicos bifaciales, el aumento de corriente de los módulos bifaciales en comparación con los módulos monofaciales puede ser del 10%-20%, amplificando aún más la diferencia de pérdida de línea.
(2) Pérdida de Potencia Térmica del Módulo
También realizamos investigaciones y cálculos relacionados sobre la pérdida de potencia térmica de los módulos fotovoltaicos: la proporción de pérdida de potencia térmica de los módulos fotovoltaicos de corriente ultra alta es un 0.53% mayor que la de los módulos fotovoltaicos de 182mm. Para un proyecto de escala de 3GW, debido a la pérdida directa de potencia térmica, los módulos fotovoltaicos de corriente ultra alta generarán 20 millones de kWh menos por año que los módulos fotovoltaicos de 182mm.
(3) Generación de Energía y Cálculo del LCOE
Los resultados de la simulación muestran que la generación de energía de los módulos fotovoltaicos de 182mm es un 1.8% más alta que la de los módulos de corriente ultra alta, a 1.862 kWh/Wp/año. En cuanto al LCOE, los módulos fotovoltaicos de 182mm son de 0.03-0.05 Yuan/kWh más bajos que los módulos de corriente ultra alta, a 0.19 yuan/kWh.
(4) Análisis Empírico de los Módulos Fotovoltaicos de Corriente Ultra Alta
Para estudiar completamente el rendimiento de generación de energía y las diferencias de temperatura de operación de diferentes módulos fotovoltaicos, una marca líder, en colaboración con TÜV Nord, llevó a cabo un proyecto empírico al aire libre en la Base Experimental Nacional Fotovoltaica en Yinchuan en febrero de 2021. Los datos empíricos mostraron que bajo condiciones de alta irradiancia, debido a que más energía se convierte en calor en las cintas, la temperatura de operación de los módulos fotovoltaicos de corriente ultra alta fue en promedio 1.8°C más alta que la de los módulos fotovoltaicos de 182mm, con una diferencia de temperatura máxima de aproximadamente 5°C. Esto se debe principalmente a que la alta corriente de operación de los módulos fotovoltaicos conduce a pérdidas térmicas significativas en los electrodos metálicos y cintas de la superficie de la célula, aumentando la temperatura de operación del módulo. Como es bien sabido, la potencia de salida de los módulos fotovoltaicos disminuye con el aumento de la temperatura, con una disminución de la potencia de aproximadamente un 0.35% por cada aumento de 1°C en la temperatura; combinado con múltiples factores, los datos empíricos muestran que la generación de energía de un vatio de los módulos fotovoltaicos de 182mm es aproximadamente un 1.8% más alta que la de los módulos de corriente ultra alta.