Módulos solares de próxima geração podem se degradar mais rapidamente do que o esperado, alerta nova pesquisa da UNSW.

Pesquisadores da Universidade de Nova Gales do Sul (UNSW) desenvolveram o primeiro mapa abrangente do mundo sobre a radiação ultravioleta (UV) para Módulo Solars.

A UNSW afirmou que a pesquisa revela que os padrões atuais de testes da indústria podem estar subestimando drasticamente a exposição real aos raios UV e potencialmente reduzindo a vida útil das tecnologias solares de próxima geração em até uma década.

O modelo de alta precisão, liderado pela Dra. Shukla Poddar e supervisionado pelo Professor Bram Hoex e pela Professora Associada Merlinde Kay, com contribuições do Dr. Phillip Hamer e do Sr. Shuo Liu, calcula a quantidade de radiação UV. módulos solares A recepção pode variar em diferentes partes do mundo, dependendo do clima, das condições atmosféricas e da configuração de montagem.

Publicado no IEEE Journal of Photovoltaics, o trabalho fornece a primeira comparação em escala global da exposição aos raios UV para sistemas de inclinação fixa e rastreamento solar Sistemas solares, oferecendo à indústria uma nova maneira de prever o desempenho e a durabilidade a longo prazo, levando em consideração fatores ambientais específicos de cada local.

Até o momento, não existia um método abrangente para estimar a quantidade de radiação UV que um painel solar recebe em um determinado local, especialmente quando os módulos são inclinados ou montados em sistemas de rastreamento.

A maioria dos dados globais de radiação UV é medida em superfícies horizontais, o que não reflete a forma como os módulos são efetivamente instalados em campo. A abordagem de modelagem da UNSW resolve essa lacuna ao incorporar dados atmosféricos locais, como nuvens, vapor de água e aerossóis, permitindo que os desenvolvedores adaptem as avaliações a locais específicos.

O modelo foi validado utilizando instrumentos de medição de raios UV de alta precisão na Europa e comparado com conjuntos de dados climáticos de longo prazo que abrangem o período de 2004 a 2024.

“Basicamente, desenvolvemos um método para quantificar a quantidade de radiação ultravioleta com base em diferentes comprimentos de onda espectrais e criamos um mapa global que mostra o que você pode esperar dependendo da sua localização”, disse o autor correspondente, Dr. Poddar.

"Isso proporciona uma visão geral completa para fabricantes ou desenvolvedores que desejam instalar painéis em algum lugar, sem precisar fazer todos os cálculos de base por conta própria."

Os resultados são particularmente significativos, visto que a indústria solar está implementando rapidamente tecnologias avançadas de alta eficiência, projetadas para capturar uma porção mais ampla do espectro solar, incluindo a luz ultravioleta.

Embora os módulos solares de silício tradicionais dependam principalmente da luz visível e infravermelha para gerar eletricidade, novas arquiteturas de células, como... TOPCon Painéis solares Os painéis solares de heterojunção são projetados para aproveitar a radiação UV e, assim, melhorar a eficiência de conversão.

Essa melhoria, no entanto, pode trazer consequências indesejadas para a confiabilidade a longo prazo, com pesquisas recentes documentando uma sensibilidade notável aos raios UV em certos projetos de próxima geração.

“Nossos resultados destacam que módulos com tecnologia e orientação semelhantes ainda podem apresentar degradação específica da região”, afirmam os pesquisadores no artigo.

“Isso se deve à influência do clima e das condições meteorológicas locais quando expostos a ambientes externos. Isso reforça a necessidade de testes internos específicos para cada clima e de testes acelerados para garantir confiabilidade e melhores previsões de vida útil.”

"Notavelmente, a fotodegradação por UV, por si só, pode ser responsável por quase um quarto da degradação anual total em módulos de silício monocristalino em regiões com alta dose de UV, reduzindo potencialmente a vida útil do sistema em sete a dez anos."

Os sistemas de rastreamento enfrentam uma exposição amplificada.
Talvez uma das descobertas mais significativas do estudo diga respeito aos módulos solares montados em sistemas de rastreamento, que se movem ao longo do dia para acompanhar o percurso do sol e maximizar a captação de energia.

A pesquisa demonstra que essas instalações são expostas a uma quantidade substancialmente maior de radiação UV do que os sistemas de inclinação fixa, criando caminhos de degradação acelerados que os padrões de teste atuais não conseguem capturar adequadamente.

“Para rastreadores de eixo único ou de eixo duplo, a situação é pior”, disse o Dr. Poddar.

“Eles estão sempre tentando acompanhar o sol para captar a quantidade máxima de luz solar. Isso significa que também recebem a quantidade máxima de raios UV, o que torna esses painéis mais suscetíveis e vulneráveis.”

Em regiões de alta irradiação, a pesquisa indica que a degradação relacionada aos raios UV em sistemas de rastreamento de eixo único pode chegar a cerca de 0,35% ao ano apenas devido à exposição aos raios UV, um valor que se acumula significativamente ao longo da vida útil típica de um projeto.

Os fabricantes normalmente indicam taxas de degradação globais em torno de 0,5% ao ano, frequentemente assumindo um declínio constante e linear no desempenho.

No entanto, o estudo da UNSW sugere que a degradação pode não seguir um padrão estritamente linear e que a exposição aos raios UV pode ser responsável por uma fração significativa da perda total de desempenho, particularmente em ambientes de alta irradiância, onde as condições atmosféricas concentram a radiação ultravioleta nas superfícies dos painéis.

“Esse número pode não parecer dramático à primeira vista”, disse o Dr. Poddar. “Mas quando você o quantifica ao longo de 20 anos, ele se acumula muito rapidamente.”

As implicações se estendem diretamente à economia do projeto e às estruturas de garantia, especialmente porque pesquisas anteriores da UNSW mostraram que até um quinto dos módulos fotovoltaicos solares se degradam 1,5 vezes mais rápido que a média.

O mapeamento global de raios UV realizado pela equipe fornece um mecanismo para identificar quais regiões geográficas e configurações de montagem enfrentam o maior risco de degradação acelerada, permitindo uma modelagem financeira mais precisa e uma avaliação de risco de garantia mais eficaz antes da implementação.

Os padrões de teste estão defasados ​​em relação às condições de campo.
As normas internacionais atuais exigem que os módulos solares passem por um teste de radiação UV equivalente a 15 quilowatts-hora por metro quadrado antes de receberem a certificação para implantação. Isso reafirma algumas das principais mensagens divulgadas recentemente por cientistas da UNSW a respeito dos protocolos de teste de radiação UV para células TOPCon.

A pesquisa da UNSW revela uma discrepância entre esse limite de teste e as condições reais de campo, particularmente em regiões de alta irradiação, onde os módulos podem receber essa dose cumulativa de UV em pouco mais de um mês de operação.

Em Alice Springs, na Austrália, por exemplo, os módulos são submetidos à dose padrão de teste de raios UV em aproximadamente 30 a 40 dias de exposição ao ar livre.

“Trata-se de uma subestimação significativa da quantidade de radiação UV à qual os painéis podem ser expostos”, disse o Dr. Poddar.

“Portanto, um módulo pode passar no teste de UV, mas, na realidade, seu desempenho pode ser muito pior porque não temos testes suficientemente rigorosos.”

As conclusões são particularmente relevantes à medida que as tecnologias modernas de alta eficiência se tornam mais comuns, com relatórios da indústria documentando a sensibilidade aos raios UV em certos projetos que podem não ser adequadamente avaliados pelos protocolos de certificação existentes.

O desafio é agravado pela física fundamental das tecnologias avançadas de células solares, que se tornam cada vez mais vulneráveis ​​à degradação à medida que se aproximam dos limites teóricos de desempenho.

Pesquisas da UNSW já revelaram mecanismos de autorreparo em escala atômica em células solares de silício que podem compensar parcialmente os danos induzidos por UV, mas esses mecanismos podem ser insuficientes para neutralizar as elevadas doses de UV emitidas por sistemas de rastreamento e locais de alta irradiação para arquiteturas de células de próxima geração durante períodos operacionais de várias décadas.

“Uma das principais mensagens do nosso artigo é que os padrões de teste de UV precisam ser ampliados ou alterados”, acrescentou o Dr. Poddar.

“Com a rápida implementação de novas tecnologias fotovoltaicas de alta eficiência, precisamos garantir que as normas reflitam as condições do mundo real.”

Os pesquisadores enfatizam que a nova ferramenta de modelagem foi projetada para ajudar fabricantes, desenvolvedores e proprietários de ativos a tomar decisões mais bem informadas ao longo do ciclo de vida do projeto.

A UNSW acredita que, antes da instalação, os desenvolvedores poderiam usar os dados do mapa UV global para realizar testes de estresse UV acelerados mais rigorosos em módulos candidatos, selecionando produtos que demonstrem resiliência ao perfil específico de exposição UV do local de implantação e da configuração de montagem que pretendem usar.