Al igual que en el caso de las células (tal y como contamos en la primera parte: Tecnología de la fotovoltaica bifacial (I): Células), la tecnología bifacial también requiere un par de alteraciones a nivel del módulo solar. Un cambio inevitable es pasar a una cubierta trasera transparente, que obviamente es necesaria para facilitar la absorción de la luz solar desde la parte trasera. Además, cambiar el diseño de la caja de conexiones, optar por un material de encapsulación alternativo e implementar enfoques de interconexión más adecuados ayuda a maximizar los beneficios de la arquitectura bifacial.
Interconexión
En cuanto a la interconexión, el primer paso del proceso de fabricación de paneles bifaciales, la tecnología bifacial como tal no necesita ningún cambio específico. Sin embargo, la belleza de la tecnología es que puede combinarse con casi todas las tecnologías avanzadas de módulos que optimizan esencialmente el proceso de interconexión. Es un complemento perfecto para el diseño de módulos de media célula, ya que la ganancia de la bifacialidad se refleja principalmente en mayores corrientes, lo que también da lugar a mayores pérdidas. Por tanto, una configuración de media célula es mejor para interconectar células bifaciales, ya que reduce las pérdidas de resistencia. No es de extrañar que la tecnología de módulos de media célula esté ganando rápidamente aceptación entre los productores de módulos.
Las barras colectoras múltiples son otro enfoque avanzado de interconexión que aumenta las ventajas de la tecnología bifacial. Un mayor número de barras colectoras permite reducir la anchura de los puntos, lo que resulta especialmente valioso para los PERC bifaciales que utilizan puntos de aluminio relativamente gruesos. Los puntos finos reducen el sombreado y, por tanto, mejoran la generación de energía.
Modulos BOM
Una de las claves de la fabricación de módulos bifaciales es la sustitución de la lámina posterior opaca. Hay que elegir entre una lámina posterior de vidrio y otra transparente, y cada enfoque tiene sus propios méritos y limitaciones. La industria fotovoltaica lleva mucho tiempo buscando el objetivo de la ausencia de marco.
Vidrio
El auge de la tecnología bifacial comenzó con una configuración de vidrio. Y el vidrio como cubierta trasera tiene varias ventajas. Independientemente de los requisitos bifaciales, los fabricantes fotovoltaicos han evaluado seriamente las configuraciones de vidrio-vidrio, lo que les ha dado la confianza necesaria para ampliar la garantía de rendimiento de sus módulos. Mientras que los módulos de lámina posterior estándar tienen una tasa de degradación típica de alrededor del 0,7% al año, la degradación de los módulos de vidrio-vidrio se reduce al 0,45%, en base a lo cual casi todos los productos de módulos de vidrio-vidrio se ofrecen con una garantía de potencia del 85% al cabo de 30 años. Esto es un 20% más que los 25 años típicos que se ofrecen para los paneles de vidrio-vidrio.
El mayor interés por la configuración vidrio-vidrio también se vio alimentado por una considerable reducción de los precios del vidrio a finales de 2018 y 2019, incluso para el vidrio más fino, cuyos precios eran comparables a los de una lámina posterior de buena calidad. Aunque los precios del vidrio volvieron a subir en los últimos tiempos debido a la escasez de suministro (y, por tanto, ofreciendo una oportunidad para las láminas posteriores transparentes), el vidrio ha seguido siendo la principal opción de cubierta posterior en los módulos bifaciales. Mientras que el vidrio de 3,2 mm se utiliza normalmente como cubierta frontal en las configuraciones de lámina trasera de vidrio, no existe un grosor "estándar" para la cubierta trasera utilizada en los módulos bifaciales. Dado que el vidrio es el principal contribuyente al peso del módulo, utilizar el mismo vidrio de 3,2 mm también en la parte trasera simplemente duplica el peso del panel solar. Por ello, en los módulos bifaciales se suele utilizar un vidrio relativamente más fino y del mismo grosor en ambas caras. Incluso utilizando un vidrio más fino, una configuración bifacial suele seguir siendo algo más pesada, lo que resulta especialmente desventajoso a la hora de instalar el sistema.
Por otro lado, la fiabilidad del módulo, especialmente la carga mecánica, se ve afectada por la reducción del grosor del vidrio. La influencia es más pronunciada con los módulos más grandes.
Por lo tanto, hay que determinar un valor óptimo evaluando cuidadosamente el equilibrio entre el tamaño del módulo, el grosor del vidrio y la fiabilidad. El año pasado, los módulos bifaciales estaban disponibles en el mercado con diferentes grosores de vidrio, principalmente 2 mm y 2,5 mm, pero hay una clara marcha hacia la variante más fina. Salvo un puñado de empresas, los módulos bifaciales comerciales de los principales proveedores utilizan vidrio de 2 mm como cubierta trasera. Independientemente del tamaño del módulo, el vidrio de 2 mm parece haber demostrado ser fiable.
Con marco versus sin marco
También se ha planteado la clásica cuestión de si el módulo bifacial (o vidrio-vidrio) debe tener marcos. El coeficiente de coste añadido a la cuestión la hace aún más interesante, ya que los marcos contribuyen de forma considerable a este respecto: alrededor del 10% de los costes totales del módulo y cerca del 20% de los costes de la lista de materiales del módulo. En principio, los módulos bifaciales pueden no tener marco. Durante los primeros días del desarrollo de la tecnología bifacial, varios fabricantes de módulos contaban con la posibilidad de eliminar los marcos por completo, principalmente para reducir los costes. El hecho de evitar los marcos también elimina el problema de la acumulación de polvo y de las sombras del marco. Por otro lado, los módulos sin marco conllevan el riesgo de rotura durante el transporte y la instalación. También preocupa la estabilidad mecánica de los módulos sin marco. El riesgo aumenta cuando los módulos son más grandes. También hay cierta resistencia por parte de los instaladores y las empresas de EPC hacia los módulos sin marco, ya que los instaladores tendrían que invertir en abrazaderas de mayor tamaño para igualar la estabilidad mecánica de los módulos estándar, lo que hace que esta opción sea más costosa.
Los módulos bifaciales actuales están disponibles en tres configuraciones: con marco, sin marco y con protección de bordes. Sin embargo, en lo que respecta a las ventas, los módulos enmarcados, que son simplemente un reemplazo de los paneles estándar, son la corriente principal. Un módulo bifacial enmarcado tiene un mejor rendimiento en cuanto a propiedades mecánicas y características antienvejecimiento en entornos difíciles en comparación con un producto monofacial. Los marcos también permiten la limpieza de los módulos con máquinas de limpieza automática sobre el terreno. Aunque los productos sin marco tienen una ventaja directa en cuanto al coste del módulo, requieren un diseño específico de un bastidor de soporte. Por ello, los módulos de vidrio enmarcados son la solución preferida hoy en día.
Lámina trasera transparente
El uso de una lámina posterior transparente como cubierta trasera del módulo bifacial es una alternativa interesante al vidrio. Este enfoque tiene varias ventajas. Los módulos bifaciales basados en una cubierta trasera transparente pesan naturalmente lo mismo que un módulo estándar con una cubierta trasera opaca. Por lo tanto, la manipulación y la logística permanecen inalteradas sin necesidad de cuidados adicionales. Además, el proceso de producción y la estructura de la tecnología bifacial no difieren de los módulos tradicionales. A diferencia del vidrio-vidrio, los fabricantes pueden utilizar maquinaria y procesos de laminación estándar sin reducir el rendimiento.
Además, los módulos de lámina posterior de polímero son "transpirables", lo que significa que permiten la salida de la humedad y los radicales libres que se forman con el EVA. Como resultado, los módulos bifaciales con láminas posteriores transparentes pueden seguir utilizando EVA como encapsulante. Y al reducir una capa de vidrio de la estructura del módulo, las variantes de lámina posterior reducen el grado de riesgo con la degradación potencialmente inducida (PID).
La cubierta trasera de polímero también es menos propensa a ensuciarse, lo que reduce el esfuerzo de limpieza como parte del funcionamiento y el mantenimiento. En las regiones cálidas, también tiene sentido utilizar paneles de lámina posterior, ya que la disipación del calor es mejor que con el vidrio, lo que ayuda a reducir la temperatura de funcionamiento de la célula entre 5 y 10 grados, haciéndola más eficiente.
El inconveniente es que la transparencia de una lámina posterior es ligeramente inferior a la del vidrio, entre el 89% y el 91%, y el deterioro es también mayor, entre el 10% y el 15%, a lo largo de la vida útil del módulo. Sin embargo, los proveedores de láminas traseras argumentan que la absorción en la parte trasera no es crítica y que se ha hecho un esfuerzo continuo para mejorarla. En cuanto al deterioro de la transparencia, señalan que la transparencia de los encapsulantes también disminuye con el tiempo; en otras palabras, utilizar vidrio no aportaría ninguna ventaja adicional en este caso.
Cubierta trasera estampada
Una limitación inherente a la tecnología bifacial es que canibaliza la potencia frontal en un 4% aproximadamente. La pérdida de rendimiento se debe al uso de la cubierta trasera transparente, que permite que la luz que incide en los espacios intercelulares simplemente los atraviese. En el caso de los módulos monofaciales, estos espacios vacíos están cubiertos por láminas traseras opacas.
La luz que incide en estos espacios intercelulares se refleja en el vidrio, que vuelve a sufrir una reflexión interna total y se devuelve a la superficie de la célula, ofreciéndole una segunda oportunidad de ser absorbida. Es evidente que los módulos bifaciales carecen de este efecto.
Hace un par de años, los proveedores de vidrio propusieron una solución innovadora en la que el vidrio trasero se imprime con reflectores blancos que rellenan los espacios vacíos, mientras que las zonas que ocuparían las células permanecen transparentes. Esto imita el papel de una lámina trasera blanca en un módulo estándar, lo que hace que el panel solar bifacial parezca un módulo monofacial desde ambos lados.
El truco de las empresas de vidrio también puede aplicarse a las láminas posteriores. Los fabricantes de láminas traseras también han empezado a ofrecer este tipo de productos a medida, denominados coloquialmente láminas traseras de rejilla o con dibujos. El enfoque ayuda a recuperar la potencia frontal en una estructura bifacial; de hecho, es incluso un poco más en condiciones reales de funcionamiento. Los reflectores son más eficaces cuando la luz incide en ángulos mayores, lo que no ocurre con el STC.
Encapsulado
Aunque no es relevante para las láminas traseras transparentes, los módulos bifaciales de vidrio también requieren un cambio más en la lista de materiales. El EVA, ampliamente utilizado para encapsular los módulos estándar, no es óptimo para la estructura de vidrio. Tiene un gran inconveniente, ya que el ácido que se forma durante la laminación no puede salir de la estructura de vidrio. Por esta razón, la mayoría de los fabricantes de módulos de vidrio-vidrio han sustituido el EVA por productos de poliolefina. Además de los atributos de fiabilidad superiores, los encapsulantes de poliolefina también suprimen la PID. Los módulos bifaciales son más propensos a la PID debido a la presencia de vidrio en ambas caras del módulo y a la presencia de aluminio en la capa de pasivación posterior de las células PERC. La otra ventaja del POE es que presenta unas propiedades de barrera contra la humedad 10 veces mejores. Teniendo en cuenta estas ventajas, la mayoría de los módulos de vidrio se fabrican con POE como encapsulante.
Últimamente, parece que está surgiendo una nueva tendencia. En lugar de utilizar una sola capa de POE, los fabricantes de módulos están mostrando interés por una película coextruida con múltiples capas. Esto comenzó cuando uno de los principales productores fotovoltaicos buscaba una alternativa al POE, especialmente para reducir los costes. El motivo era que el POE es relativamentemás caro, un 50%, y los precios se basan principalmente en los precios de la resina del núcleo por kilo. Una posibilidad de reducir los costes es adelgazar el POE y compensar esa pérdida de material con EVA. Sin embargo, hay algunas limitaciones prácticas. Aunque el coste de la materia prima de las poliolefinas coextruidas es un poco menor, el proceso de producción da lugar a un bajo rendimiento, ya que la película producida tiene que cortarse por dos lados para hacer un rollo. Los residuos del corte no pueden reciclarse, ya que son una mezcla de poliolefina y EVA. El proceso de coextrusión también es más lento, según Cybrid. Por lo tanto, el producto coextruido tiene costes similares a los de una película de POE de una sola capa.
Sin embargo, la estructura multicapa presenta una serie de ventajas que la hacen más atractiva. Es muy fácil que se generen burbujas durante el proceso de laminación cuando se utiliza esta película de poliolefina pura, si no se tiene el cuidado adecuado. Además, el tiempo de laminación es más largo, ya que requiere unos 6 minutos más por ciclo de laminación. La película extruida no sólo reduce la posibilidad de que se formen burbujas durante la laminación, sino que también permite reducir la duración del ciclo. El tiempo de laminación en la última cámara es de unos 600 segundos con poliolefina y de 300 segundos con EVA, mientras que la película coextruida se encuentra en el punto medio con 450 segundos.
Además, la estructura multicapa es más beneficiosa para fabricar módulos MBB con medios de interconexión redondos, que se desplazan ligeramente durante la laminación cuando se utiliza la película POE pura. La película coextruida mantiene intactas las cintas redondas. Otra ventaja, según Cybrid, es que la adhesión del vidrio a una estructura multicapa es mejor que la de la poliolefina. Aunque se desconocen las razones, el encapsulante coextruido presenta un mejor comportamiento anti-PID en comparación con las películas de sólo poliolefina.
Caja de conexiones
El reposicionamiento de la caja de conexiones para evitar el sombreado en la parte trasera es un cambio específico que debería considerarse en el diseño de un mejor módulo bifacial, en particular porque no requiere mucho esfuerzo. Sin embargo, el posible desajuste de la corriente utilizando las cajas de conexiones típicamente posicionadas no es significativo, ya que la fotocorriente generada desde la parte trasera se basa principalmente en la luz difusa de bajo nivel. Varios proveedores ofrecen nuevos diseños de cajas de empalme adecuados para ser colocados en las esquinas. La mayoría de los módulos bifaciales de los principales proveedores se basan ahora en este diseño optimizado.
En Techno Sun tenemos una gama de paneles solares bifaciales de alta calidad con marcas reconocidas como Red Solar o LONGi.
Consulta la primera parte Tecnología de la fotovoltaica bifacial (I): Células
Consulta la tercera parte Tecnología de la fotovoltaica bifacial (III): Obleas
Fuente: Taiyang News
Tecnología de la fotovoltaica bifacial (II): Módulos bifaciales