Cuando se trata de la implantación de sistemas fotovoltaicos (FV), el rendimiento y la durabilidad de las células solares son dos de las variables más importantes. El etilvinilacetato (EVA) es un material muy utilizado como encapsulante en módulos solares por sus excelentes propiedades de transparencia, flexibilidad y adhesividad. Por otro lado, los problemas asociados al envejecimiento y la acidificación pueden tener un impacto sustancial en la eficiencia y durabilidad del EVA, lo que a su vez puede repercutir en el rendimiento integral de las células solares. En este artículo se analizan los mecanismos responsables de estos problemas, los efectos que tienen en el rendimiento de las células solares y las distintas soluciones que pueden aplicarse para resolverlos.

Comprender el concepto de lámina fotovoltaica EVA

El EVA es un copolímero que se utiliza generalmente en módulos solares para encapsular y proteger las células solares de elementos ambientales como la humedad, la radiación ultravioleta y la tensión mecánica. El EVA se fabrica a partir de etileno y acetato de vinilo para su composición. Además de preservar la claridad óptica, esencial para una absorción eficaz de la luz, garantiza el aislamiento eléctrico de las células. Sin embargo, al igual que cualquier otro polímero, el EVA es susceptible de deteriorarse con el tiempo, sobre todo cuando se ve sometido a condiciones climáticas extremas.

El proceso de envejecimiento de EVA

Las causas más comunes del envejecimiento de los encapsulantes de EVA son la exposición prolongada a la radiación ultravioleta, el calor y el oxígeno del medio ambiente. Esta exposición provoca una serie de cambios químicos en el interior de la sustancia, entre los que se incluyen los siguientes:

Como resultado de la fotodegradación, la radiación ultravioleta puede romper los enlaces químicos del EVA, lo que da lugar a la creación de radicales libres. Estos radicales son capaces de sufrir reacciones posteriores con el oxígeno, lo que puede dar lugar a la producción de diversos productos de degradación, como ácido acético y compuestos orgánicos volátiles (COV).

La rotura de las cadenas poliméricas del EVA se acelera con las altas temperaturas, lo que provoca su decoloración y la pérdida de sus capacidades mecánicas. Este fenómeno se conoce como degradación ambiental. Esto hace que el material se vuelva quebradizo, lo que a su vez reduce su capacidad para proteger adecuadamente las células solares.

En el proceso de degradación oxidativa, la penetración de oxígeno puede dar lugar a reacciones oxidativas dentro del EVA, que a su vez pueden conducir a la formación de moléculas de peróxido y acelerar el proceso de degradación.

Proceso de acidificación del EVA

El término "acidificación" se refiere al proceso por el cual se forman sustancias químicas ácidas, más concretamente ácido acético, dentro del encapsulante de EVA. Los mecanismos de fotodegradación y degradación por calor son directamente responsables de la aparición de esta condición. La presencia de ácido acético en el encapsulante puede tener una serie de efectos desfavorables en el módulo solar, entre los que se incluyen los siguientes:

Interconexiones y contactos metálicos Corrosión：El ácido acético tiene la capacidad de corroer los contactos metálicos y las interconexiones que contiene el módulo solar. Esto puede provocar un aumento de la resistencia eléctrica y la posibilidad de fallos eléctricos.

Degradación de las propiedades adhesivas : La creación de compuestos ácidos puede hacer que las propiedades adhesivas del EVA se debiliten, lo que puede provocar la delaminación entre el encapsulante y las células solares o la capa protectora de vidrio. Debido a esta delaminación, puede penetrar la humedad, lo que puede agravar aún más la degradación.

Impacto en el rendimiento eléctrico: La acumulación de productos químicos ácidos puede dar lugar a la formación de puntos calientes localizados dentro del módulo, lo que eventualmente puede conducir a una reducción de la potencia de salida y la eficiencia.

Implicaciones para el rendimiento de las células solares

Existe un gran riesgo de que el rendimiento y la vida útil de las células solares se vean considerablemente perjudicados por el envejecimiento y la acidez de los encapsulantes de EVA. Los principales efectos son los siguientes:

El EVA puede decolorarse y perder su transparencia a medida que se deteriora, lo que puede provocar una reducción de su claridad óptica. Debido a esta disminución de la claridad óptica, se reduce la cantidad de luz solar que llega a las células solares, lo que a su vez se traduce en una disminución de la potencia de salida de las células solares.

Aumento de la resistencia en serie: La corrosión de los contactos metálicos y las interconexiones que se produce como consecuencia de las sustancias ácidas puede provocar un aumento de la resistencia en serie del módulo solar, lo que a su vez se traduce en un aumento de las pérdidas de potencia y una disminución de la eficiencia.

Degradación inducida por potencial (PID): Los compuestos de degradación EVA tienen el potencial de aumentar la PID, que es un proceso en el que los potenciales de alto voltaje entre las células solares y el bastidor conectado a tierra crean corrientes de fuga, lo que a su vez reduce el rendimiento del módulo.

Fallos mecánicos: La fragilidad y la pérdida de integridad mecánica que se producen en los EVA antiguos pueden provocar daños físicos y el fallo de las células solares, lo que a su vez compromete la estabilidad estructural del módulo completo.

Infiltración de humedad: La delaminación, que se produce cuando las características adhesivas de un módulo se reducen, permite que la humedad penetre en el módulo, lo que a su vez provoca más corrosión y degradación de las células solares y las interconexiones.

Abordar los problemas del envejecimiento y la acidificación en EVA

En lo que respecta a los encapsulantes de EVA, los problemas que plantean el envejecimiento y la acidificación han llevado al desarrollo de numerosas soluciones y desarrollos, entre los que se incluyen los siguientes:

Estabilizadores UV y antioxidantes: El uso de estabilizadores UV y antioxidantes en la formulación del EVA tiene el potencial de ralentizar enormemente el proceso de degradación. Esto se consigue neutralizando los radicales libres y protegiendo las cadenas poliméricas de la rotura.

Agentes de reticulación: El proceso de reticulación conduce a la formación de una red polimérica más robusta, que a su vez aumenta la estabilidad térmica y mecánica del EVA. La susceptibilidad del material a la degradación térmica disminuye como resultado de este aumento, y su resistencia al estrés medioambiental mejora simultáneamente.

Películas de barrera: El uso de películas de barrera sobre el encapsulante de EVA puede ofrecer una mayor protección contra la entrada de oxígeno y humedad, lo que aumenta significativamente la vida útil del módulo solar.

Aditivos antiácidos: Estos aditivos neutralizan los productos químicos ácidos cuando se generan durante el proceso de degradación. Como resultado, evitan los efectos corrosivos del ácido acético sobre los contactos metálicos y las interconexiones.

El uso de películas multicapa coextruidas u otros materiales encapsulantes, como los elastómeros de poliolefina (POE), puede proporcionar una mayor resistencia a los rayos ultravioleta (UV) y a la degradación térmica, manteniendo al mismo tiempo unas excelentes cualidades adhesivas. Se trata de una de las técnicas avanzadas de encapsulación.

Perspectivas de futuro y novedades

En el ámbito de los encapsulantes fotovoltaicos, se está investigando y desarrollando con la intención de mejorar aún más la calidad del rendimiento y la durabilidad de los módulos solares. Los nanoaditivos, que ofrecen mayor estabilidad térmica y frente a los rayos UV, y los materiales encapsulantes autorreparadores, capaces de corregir por sí solos pequeños defectos, son ejemplos de innovaciones muy prometedoras para el futuro de la energía solar.

Resuma

La COACE se dedica a la investigación, el desarrollo, la producción y el servicio de aditivos para películas de envasado fotovoltaicocon un equipo de I+D dirigido por numerosos ingenieros superiores y doctores. La mayoría de los consumidores utilizan los aditivos COACES para películas de envasado fotovoltaico debido a su alta transparencia, bajo punto de cristal, alta tasa de injerto, buena fluidez y alta resistividad.

El envejecimiento y la acidez de la película fotovoltaica de EVA reducen enormemente el rendimiento y la durabilidad de las células solares, lo que plantea importantes retos. La industria solar puede atenuar estas consecuencias y mejorar la fiabilidad y eficiencia de los módulos solares comprendiendo mejor los mecanismos que causan estos procesos de degradación, así como empleando mejores materiales y técnicas. Para satisfacer la necesidad cada vez mayor de soluciones de energía solar sostenibles y duraderas, será fundamental la innovación constante en la tecnología de encapsulantes. Con este objetivo, la COACE seguirá trabajando duro para crear mejores productos que beneficien tanto a las películas fotovoltaicas como a la industria en general.