5 de octubre de 2015

AtaMo: El módulo solar FV que será diseñado para el desierto de Atacama

Atacama Module (AtaMo), es un módulo altamente eficiente, poderoso y del alta duración, para aplicaciones en el desierto de Atacama.

Por: Dr Radovan Kopecek.

En los últimos 30 años la producción de módulos c-Si PV no ha incorporado muchos cambios y desarrollos de los laboratorios de I + D. Los módulos estándar todavía consisten en cadenas de células c-Si soldadas y laminados entre EVA, una hoja posterior blanca y vidrio frontal. Los bordes se sellan con silicona y enmarcados con aluminio. Estos módulos se encuentran garantizados por  10 años y de garantías de capacidad de hasta un 80% durante 20 años. En el artículo de Photovoltaics International (“Module technologies for high efficiency solar cells: The move away from power ful engines in old-fashioned car bodies”) se tratan innovaciones como el contacto posterior, vidrio-vidrio y también módulos bifaciales que están entrando lentamente en el mercado fotovoltaico.

No sólo los módulos estándar se ven casi idénticos a los de 30 años atrás, en su mayoría fueron construidos y optimizados para condiciones europeas. Además de los ciclos de temperatura y pruebas de condensación, las instituciones de certificación también comprueban cómo los módulos se comportan en condiciones tales como la nieve y el granizo, que no son típicas de muchas regiones, por ejemplo zonas desérticas. El futuro de la generación fotovoltaica está en países con alta radiación solar, lo que significa condiciones secas, frías y con presencia de arena y polvo.

Este blog describe la iniciativa del ISC Konstanz, junto con el SERC, para desarrollar un módulo diseñado para las condiciones del desierto de Atacama. Atacama tiene condiciones extremadamente favorables para la fotovoltaica, por un lado, con la más alta irradiación en la tierra, ofreciendo alta UV e infrarrojos, combinado con temperaturas bajas en alturas a veces por encima de los 5 mil metros. Por otra parte los cambios drásticos de temperatura y las condiciones ambientales secas en conjunto con el polvo y la arena, crea desafíos para que la generación de electricidad fotovoltaica en Atacama sea posible. Sin embargo, debido a la incorporación de contenidos locales, la I + D y la creación de empleos verdes en Chile, el Gobierno está muy interesado no sólo en instalar plantas solares en el desierto de Atacama, sino también para producir células solares y módulos a nivel local y para crear  tecnología ” desarrollada y fabricada en Chile”.

Por esta razón, el Gobierno de Chile está creando condiciones apropiadas para desarrollar aplicaciones fotovoltaicas y el Ministerio de Energía está invirtiendo con el fin de empujar el I + D y el desarrollo de un módulo adecuado para las condiciones de Atacama. Empresas como SunEdison, First Solar, EDF, Acciona Energía y MegaGroup están instalando grandes plantas fotovoltaicas en el norte de Chile y Mega Engineeringtiene planes para establecer la producción de células y módulos solares cerca de Santiago, con el apoyo del Gobierno. La producción se basa en la tecnología BiSoN, ya en producción en Carmignano di Brenta con el uso de contenido local, por ejemplo, de la industria del vidrio.

ISC Konstanz está adaptando su tecnología BiSoN,en un proyecto con fondos públicos, el ‘Proyecto SolarChilD’ (Cooperación solar entre Chile y Alemania) con el objetivo de crear un módulo bifacial vidrio-vidrio de larga duración y que resista las condiciones de Atacama (AtaMo). Los primeros resultados del proyecto se resumen en una presentación oral de Jorge Rabanal-Arabach, Enrique Cabrera et al., en el EUPVSEC en Hamburgo el viernes en la sesión de 8:30 am módulo (5EO.1.6.).

Módulo de larga duración en condiciones muy duras

Hay muchos desiertos cercanos a la línea ecuatorial – sin embargo cada uno muestra diferentes condiciones. Cuando comparamos el Atacama con el Sahara hay algunas diferencias importantes para la FV. La primera de ellas es que mientras que los sistemas en el Sahara deben hacer frente al sur, ¡en Atacama no cometas el error de instalar un sistema fotovoltaico con orientación sur, cuando te encuentres en el hemisferio sur!

El desierto de Atacama es extremadamente seco, la Cordillera de los Andes bloquea las nubes provenientes del este y el mar, por el otro lado, genera la inversión de temperatura en la atmósfera creando un “muro”, de modo que las nubes también están bloqueadas desde la dirección oeste. Por lo tanto casi no hay nubes. En combinación con su gran altura, el desierto de Atacama muestra las mejores condiciones para fotovoltaicos, por sus bajas temperaturas y extremadamente alta radiación ultravioleta e infrarroja, ya que es muy baja absorción en la atmósfera. No sólo son las condiciones casi perfectas: también se necesita una gran cantidad de electricidad en el desierto debido a las actividades mineras en el norte de Chile.

Sin embargo, como ya se ha mencionado, además de estas excelentes condiciones también hay retos para la generación de energía fotovoltaica en el desierto de Atacama. La extremadamente alta radiación UV y la limpieza son los más prominentes.

Por lo tanto, las pruebas se realizan para la estabilidad UV en una cámara UV (pruebas UV acelerada) para diferentes compuestos de vidrio / encapsulantes / células y en condiciones reales en un sitio de prueba en el desierto de Atacama (PSDA: Plataforma Solar del Desierto de Atacama), coordinado por la Universidad de Antofagasta (véase la Figura 3). Este sitio será el centro de las actividades de I + D de Chile similares a PSDA en Almería en España. La prueba en el proyecto SolarChilD en condiciones reales también evalúa la influencia de la suciedad y la arena a la abrasión del vidrio y el uso de ARC protectora en la superficie.

Con la experiencia de la prueba al aire libre, se deben crear normas de ensayo para el desierto de Atacama – por ejemplo, la prueba de calor y humedad (DH) debe extenderse a fin de crear condiciones realistas. Mientras que las pruebas de DH se realizan de forma estándar de 1.000-2.000 horas, habría que realizar pruebas de DH extendido sobre las 6.000 horas. Además se tiene que llegar a un acuerdo sobre cuánto tiempo y con qué intensidad la prueba de UV acelerada se debe realizar para generar condiciones reales y cómo laspruebas de abrasión con arena de Atacama tienen que adaptarse a las pruebas estándar.

La Figura 4 presenta algunos resultados interesantes de la prueba de calor y humedad de 6.000 horas para los diferentes módulos con diferentes espesores de vidrio (1,5 mm, 2 mm y 3,2 mm), lámina trasera (lámina trasera estándar (SBS), lámina trasera transparente (SBS) y lámina trasera de desierto (DBS)) y encapsulantes (EVA (E) y termoplástico (P)). El resultado es bastante claroy visible en EL, así como en las mediciones IV. Los módulos con EVA experimentan gran degradación después de 3.000 horas de pruebas de DH, mientras que los módulos con termoplástico todavía funcionan correctamente. En el futuro, diferentes tecnologías de silicona se pondrán a prueba, ya que esteencapsulante es un muy buen candidato para la transmisión UV, así como para estabilidad. Para los módulos estándar actualmente no se utiliza debido a sus costos más elevados; sin embargo, para los módulos preparados para el desierto esto podría cambiar en el futuro.

Módulo más poderoso y más bajo LCOE

La longevidad y la estabilidad no son los únicos atributos clave para el desarrollo de un módulo exitoso; con el fin de reducir el costo nivelado de la electricidad (LCOE), los módulos también tienen que ser más poderosos. Una posibilidad es el seguimiento de un solo eje, algo que muchos instaladores fotovoltaicos ya están utilizando en el desierto de Atacama – otra es usar módulos bifaciales y el más poderoso es la combinación de ambos.

Acerca de los módulos bifaciales y sus ventajas hemos informado en detalle en una de nuestras publicaciones en el blog PV Tech anteriores (“Bifaciality: Onesmallstepfortechnology, onegiantleapforkWhcostreduction”).

Para hacer los bifaciales más bancables, MegaEngineering junto con el  instalador local chileno IMELSA estánmontando bifaciales de inclinación fija y sistemas de seguimiento en Chile. El  sistema de inclinación fija bifacial en San Felipe de 2.5MWp se finalizará en octubre de 2015 y el bifacial con seguimiento de 1.24MWp ubicado en Curicó, en noviembre de 2015. Ambos sistemas incorporarán  además  un pequeño sistema de 30kW con módulos de mc-Si de inclinación fija para referencia. Con el fin de aumentar el albedo, también se prevé acondicionar el terreno en estos sistemas. En el EUPCSEC se realizará una presentación de CorradoComparotto et al., que mostrará mediciones bifaciales en El Gouna, Egipto (5DO.11.1 programada para el jueves 17 de Septiembre 15: 15-16: 45), que tiene la misma altura en el hemisferio norte que el desierto de Atacama. El resultado es que se observa una ganancia de un > 26% para módulos bifaciales.

Una solución para minimizar la suciedad y por lo tanto menores costos para la limpieza podría ser la instalación de sistemas bifaciales verticales. Sin embargo también la carga del viento tiene que ser considerado, ya que en algunas partes del desierto es bastante fuerte.

Módulo de alta eficiencia (UV e IR sensibilidad)

En nuestra última entrada del blog para PV Tech (“Limitfor industrial c-Si solar cellsreached in 2030: whatnext?”) se informó sobre el futuro de c-Si PV. Las células solares c-Si alcanzarán su límite teórico al tiempo que se mejora la Voc, implementando una mejor metalización y recolección de luz que puede ser utilizado por c-Si para recubrimientos antirreflectantes y películas de captura de luz. Además, especialmente en el caso de las condiciones del desierto de Atacama, con su extremadamente alta irradiación UV e IR, debido a la altura y escasez de agua en la atmósfera, capas adicionales en la parte superior de la c-Si podrían ser interesantes. Multi-unión, células solares en cascada o convertidores arriba y abajo pueden ser de interés para la captura de luz adicional, que será afinado hacia la banda de absorción de c-Si.

Con el fin de investigar todos los puntos discutidos anteriormente ISC Konstanz junto con SERC Chile,y con el apoyo de CORFO y CIFES, planean establecer un centro de AtaMo I + D (ARC) en Chile para acelerar estos desarrollos.

Artículo original: Atacama Module (AtaMo): a long lasting, powerful, highly efficient module for desert applications.

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