Degradación de módulos CIS tras un año de exposición exterior en un enclave soleado.

UNIVERSIDAD DE JAENGrupo I+DEA

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DEGRADACIÓN DE MÓDULOS CIS TRAS UN AÑO DE EXPOSICIÓN EXTERIOR EN UN ENCLAVE SOLEADO

Nofuentes G., Fuentes M., Aguilera J., De la Casa, J.Plazaola, C. (*)

Grupo de Investigación IDEA. Escuela Politécnica Superior. Universidad de Jaén. Campus de Las Lagunillas, s/n. 23071-Jaén (España).

Tel: +34 953 212 434. Fax: +34 953 211 967. E-mail: [email protected]

(*) Universidad Tecnológica de Panamá

IV Conferencia Latino Americana de Energía Solar (IV ISES_CLA) y XVII Simposio Peruano

de Energía Solar (XVII- SPES)

Cuzco (Perú), 1-5 noviembre de 2010


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ESQUEMA DE LA PRESENTACIÓN

1. INTRODUCCIÓN

2. OBJETIVO

3. METODOLOGÍA

4. CONFIGURACIÓN EXPERIMENTAL

5. RESULTADOS EMPÍRICOS

6. CONCLUSIONES


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INTRODUCCIÓN

Módulos fotovoltaicos basados en materiales de estructura calcopirita (CIS, CIGS):

•Presencia aún marginal en el mercado

•Gran potencial: algunas previsiones de fabricación de hasta 1 GWp/año en la próxima década

•Existencia de módulos con eficiencias de célula en torno al 13% en CEM. Varios fabricantes proporcionan garantías del 90% de la potencia pico durante 10 años

•Estabilidad a sol real escasamente documentada y no comprendida satisfactoriamente. Controversia acerca del uso de simuladores solares para calibrar la potencia pico en CEM antes y después de la exposición a la intemperie


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OBJETIVO

•Una auditoría técnica sobre la tecnología CIS/CIGS puede asesorar a diseñadores de sistemas, entidades financieras e inversores

•El estudio de la estabilidad de la potencia pico a lo largo del tiempo en climas soleados puede conducir a un empleo confiado de estos módulos en áreas geográficas con alto nivel de irradiación

OBJETIVO

Contribución al estudio de la degradación a sol real de módulos CIS


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METODOLOGÍA

1. Análisis de datos experimentales de funcionamiento a sol real durante 12 meses de dos módulos CIS:

• Evolución de potencia máxima normalizada y corregida en temperatura para CEM

• Cálculo del factor de rendimiento (performance ratio, en inglés) de cada módulo (PRM)

2. Comparación de los valores de potencia máxima en CEM de dichos módulos suministrados por un Laboratorio Acreditado Independiente (CIEMAT-IER) antes y después de la exposición a la intemperie.


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CONFIGURACIÓN EXPERIMENTAL

Dos módulos calibrados ShellTM ST40 de 40 Wp

Módulo calibrado ShellTM ST5 de 5Wp:

sensor de irradiancia

DTR Pt100: Sensor de temperatura de célula

Fuente de alimentación (KepcoTM BOP36-12M) + Unidad de conmutación

(AgilentTM 34970A) + LabviewTM sobre PC

Trazador de curvas Tensión-Intensidad

Relés de alta potencia. Es

posible secuenciar la obtención de curvas V-I de

hasta 4 módulos

JAÉNLat. 38ºN; Long. 3ºOClima continental-mediterráneo

Módulos A y B, desde ahora


10 20 30 40 50 60

32

34

36

38

40

42

Tc (ºC)

Po

ten

cia

má

xim

a n

orm

aliz

ad

a (

W)

Módulo tecnología CIGS nº 16672

y = - 0,189·x + 43,98

R = 0,9782

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RESULTADOS EMPÍRICOS (1/5)

Regresión lineal: el coeficiente de temperatura para la potencia máxima (gamma) resultó ser mejor para ambos módulos que el proporcionado por el fabricante (-0.0048 ºC-1 vs -0,006 ºC-1))!!!

Método de T.Strand et al.: módulo A (1/2)

Tc (ºC)Po

ten

cia

máx

ima

no

rmal

izad

a a

1000

W·m

-2 (

W)


Jun06 Jul06 Aug06 Sep06 Oct06 Nv06Dc06 Jan07 Feb07 Mar07 Apr07 May0738.5

39

39.5

40

40.5

Measured Months Module 72

No

rmalized

Pow

er

(W)

Normalized and temperature-corrected power versus time

40

·03

8·5

Ago

06

Jun

06

Sep

06

Oct

06

Nov

06

Dic

06

Ene

07

Feb

07

Mar

07

39

·53

9·0

40

·5

Jul

06

May

07

Abr

07

Po

ten

camá

xim

ano

rma

liza

da

y co

rre

gid

ae

n te

mp

era

tura

(W)

8


Método de T.Strand e al.: módulo A (2/2)

Po

ten

cia

máx

ima

no

rmal

izad

a y

corr

egid

a en

tem

per

atu

ra p

ara

CE

M (

W)


Jun06 Jul06 Aug06 Sep06 Oct06 Nv06 Dc06 Jan07 Feb07 Mar07 Apr07 May0742.5

43

43.5

44

44.5

45

45.5

Measured Months Module 73

Norm

alized P

ow

er

(W)

Normalized and temperature-corrected power versus time

Pote

ncam

áxim

anorm

alizad

ay c

orr

egid

aen te

mpera

tura(W

)

Ago

06

Jun

06

Sep

06

Oct

06

Nov

06

Dic

06

Ene

07

Feb

07

Mar

07

43·5

43·0

45·5

Jul

06

May

07

Abr

07

44·0

44·5

45·0

42·5

9


Método de T.Strand e al.: módulo B

Po

ten

cia

máx

ima

no

rmal

izad

a y

corr

egid

a en

tem

per

atu

ra p

ara

CE

M (

W)


00.10.20.30.40.50.60.70.80.9

1

JUNE

JULY

AUGUST

SEPTEMBER

OCTOBER

NOVEM

BER

DECEMBER

JANUARY

FEBRUARY

MARCH

APRILM

AY

MODULE A

MODULE B

10

**, G

H

P

EPR

MMODM

Factor de rendimiento Performance Ratio (PRM)

Donde:

E = Energía producida en el período de tiempo bajo análisis(Wh); H = Irradiación incidente durante el período de tiempo bajo nanálisis (Wh·m-2); G* = 1000 W·m-2; P*MOD,M = Potencia pico calibrada por un Laboratorio Acreditado Independiente (W)

PRM anual = 0,93 para el módulo A

PRM anual = 0,89 para el módulo B



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Calibración en CEM de la potencia máxima de los módulos en el CIEMAT-IER antes y después de la campaña experimental

Junio 2006 Julio 2007Degradación del 4,3% (módulo A) y 5,3% (módulo B)

RESULTADOS EMPÍRICOS (5/5)W

p


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CONCLUSIONES

1. La potencia máxima normalizada a 1000 W·m-2 y corregida a 25 ºC –método de T. Strand et al. – muestra una buena estabilidad para los dos módulos ensayados durante el período analizado de doce meses

2. Los valores del factor de rendimiento o performace ratio medidos para los módulos A y B (0,93 y 0,89, respectivamente) apoyan la conclusión anterior

3. La degradación experimentada por los módulos antes y después de la campaña experimental de doce meses es inferior al 5,5%, según datos proprcionados por un Laboratorio Acreditado Independiente

4. Estos resultados optimistas deben ser tomados con cautela debido a las siguientes razones:

• Muestra muy limitada (2 módulos) de un único fabricante

• Otras consideraciones de índole tecnológica (el factor de forma puede verse afectado de forma distinta para los módulos fabricados por diferentes fabricantes de módulos CIS, p. ej.)

5. Actualmente se siguen ensayando y midiendo módulos CIS en la Universidad de Jaén, con resultados positivos


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Gracias por su atención

Dr. G. Nofuentes

Tel: +34.953.212.434 Fax: +34.953.211967

E-Mail: [email protected]

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