Científicos españoles calculan la tasa de degradación de los módulos fotovoltaicos en España y Portugal

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La degradación de los módulos fotovoltaicos tiene un impacto directo en el rendimiento energético y, por tanto, en la rentabilidad, durante la vida útil de una planta fotovoltaica. Los modelos financieros suelen asumir una tasa de degradación a largo plazo para los módulos de silicio cristalino de alrededor del 0,5% al año, valor que coincide con los resultados de más de 200 estudios de la bibliografía conocida hasta 2015, que ha encontrado una degradación media para las tecnologías en el rango de 0,5%-0,6% al año, y de acuerdo con las garantías ofrecidas por los fabricantes, normalmente en el rango de 0,5-0,7%/año.

Sin embargo, otros estudios muestran tasas de degradación más cercanas al 0,2%/año. La diferencia entre asumir una tasa de degradación del 0,5% o del 0,2%/año se traduce en una diferencia del 3% del rendimiento energético de la planta fotovoltaica durante 20 años.

10 años de estudios sobre 82 MWp en España y Portugal

Para obtener un valor significativo, científicos del Instituto de Energía Solar de la Universidad Politécnica de Madrid y del Departamento de Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicaciones del Instituto de Ciudades Inteligentes de la Universidad Pública de Navarra (UPNA) han evaluado la tasa de degradación de 82 MWp de módulos fotovoltaicos de silicio cristalino propiedad de Acciona en España y Portugal a lo largo de 10 años (de 2006 a 2016) mediante varios métodos.

Los resultados se recogen en el artículo “Long-term degradation rate of crystalline silicon PV modules at commercial PV plants: An 82-MWp assessment over 10 years”, publicado en Progress in Photovoltaics.

En el caso de las plantas fotovoltaicas en España, que suponen 36 MWp, se han utilizado dos métodos independientes: mediciones discretas de potencia pico separadas en el tiempo y observación de la evolución anual de la PR. Por otro lado, en el caso de la planta fotovoltaica de Portugal, la degradación se ha determinado directamente a partir de los datos operativos. Los módulos son de cuatro fabricantes diferentes y operan en plantas fotovoltaicas comerciales en regiones de alta irradiación de España y Portugal. Al estar instalados sobre seguidores de eje vertical, están sometidos a condiciones de alta irradiación en el plano, alrededor de 2600 kWh/m2 al año.

Características de las plantas fotovoltaicas

Las 13 plantas fotovoltaicas están formadas por seguidores solares azimutales de 6 a 18 kWp, con módulos fotovoltaicos de entre 150 y 250 W. Las primeras 12 plantas fotovoltaicas, con una potencia máxima total de 36 MW, se encuentran en España, en un radio de 25 km en el valle del Ebro de la provincia de Navarra.

La decimotercera planta fotovoltaica es de 45,8 MWp en Amareleja, al sur de Portugal. Cuando se construyó en 2008, era la mayor del mundo.

Todos los módulos están compuestos por una estructura de vidrio-EVA-Tedlar, pero existen diferentes tipos de células en las distintas plantas.

“Hemos observado que la temperatura anual es prácticamente constante, y que la pérdida de energía debida a los fallos de los equipos es muy baja y constante en las plantas fotovoltaicas bien mantenidas. Este es el caso general de estas plantas fotovoltaicas y, además, para la estimación de la tasa de degradación en este estudio no se utilizan datos de periodos con problemas de rendimiento (por ejemplo, subproducción debida a módulos, inversores o estructuras dañadas)”, explican los autores

Tres grupos

En función de las circunstancias que se producen durante el funcionamiento, se han identificado cuatro grupos principales de plantas fotovoltaicas: El grupo 1, sin problemas significativos; el grupo 2, módulos defectuosos con sustitución; el grupo 3,

módulos defectuosos sin sustitución (la tasa de degradación mediante el análisis de RP de los años siguientes); y el grupo 4, eventos catastróficos.

Los módulos fotovoltaicos del grupo 2 presentaron hot spots relacionados con las soldaduras defectuosas entre las células y las ribbons, que condujo a una degradación muy rápida de la planta fotovoltaica que, a su vez, dio lugar a una caída del 4,3%/año de la PR durante los dos primeros años de funcionamiento.

Las plantas del grupo 3 tenían los mismos problemas de puntos calientes que los del grupo anterior. Sin embargo, el problema apareció más tarde, y los módulos fotovoltaicos no se sustituyeron hasta 2016-2017. Como resultado, la tasa de degradación media de esta planta fotovoltaica durante los años de estudio es del 0,94%/año. Como el rendimiento energético, aparentemente, no disminuyó de forma significativa, prácticamente no se sustituyeron módulos fotovoltaicos en esta planta fotovoltaica. Sin embargo, al cabo de algunos años, la evolución de la RP a lo largo del tiempo reveló que la degradación se producía más rápidamente que en otras plantas, a un ritmo del 0,71%/año

Finalmente, la planta fotovoltaica P12, que tenía un buen rendimiento general y conforma el grupo 4, tenía cerca del 50% de las estructuras y sistemas de seguimiento rotos e incluso algunos de ellos fueron parcialmente arrancados o doblados por los fuertes e inusuales vientos locales de julio de 2016, que incluso provocaron la caída de varios árboles en las inmediaciones de la planta fotovoltaica. Se tardó unos meses en reparar todos los generadores, por lo que se perdió alrededor del 3% de la producción anual de energía. El propietario calculó la energía perdida causada por este evento de acuerdo con la compañía de seguros. Según los datos de los años 2012-2015 y los datos corregidos de 2016, la tasa de degradación en esta planta fotovoltaica es del 0,24%/año.

Resultados

Según los diferentes métodos utilizados y las plantas fotovoltaicas analizadas, se ha encontrado un rango de tasas de degradación entre el 0,01 y el 0,47%/año. El valor medio global observado es del 0,27%/año.

Los módulos no defectuosos representan alrededor del 80% de la población total de módulos y se degradan a una media del 0,27%/año. Esto está muy por debajo del límite garantizado por los fabricantes. Esto significa que la producción de energía a lo largo de 20 años es entre un 1,2% y un 2,3% mayor que la estimada sobre la base de la degradación garantizada. Dos centrales, que representan el 6,4% del total de la potencia implicada, han mostrado tasas de degradación superiores al 0,5%/año debido a células agrietadas y puntos calientes.

“Aunque no se han encontrado diferencias significativas entre los distintos fabricantes en cuanto a los índices de degradación, los fallos de los módulos fotovoltaicos han aparecido sobre todo en dos de los fabricantes y raramente en el resto”.

Por último, se han observado degradaciones de hasta el 4,3%/año en cortos periodos de tiempo debido a fallos de los módulos fotovoltaicos o a fenómenos meteorológicos extremos. En estos casos concretos, gracias a las herramientas de monitorización y los protocolos de supervisión adecuados, el equipo de mantenimiento fue lo suficientemente rápido para detectar y corregir a tiempo estos problemas que, de otro modo, habrían causado una degradación significativa y permanente de la planta fotovoltaica y, por tanto, grandes pérdidas económicas a los propietarios. Estos hechos han demostrado que las buenas prácticas de operación y mantenimiento son esenciales para el correcto funcionamiento de las plantas fotovoltaicas.

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