Los grandes módulos fotovoltaicos marcan una nueva era para la solar

Por Christopher West, Jefe de Ingeniería Central, Solarcentury

Una visión general

En 2019, una tendencia interesante comenzó a emerger en el sector fotovoltaico; el aumento de la potencia máxima del módulo no estaba siendo impulsado por la mejora de la eficiencia celular, sino por el mayor tamaño de los módulos fotovoltaicos. A lo largo de 2019 y 2020 han comenzado a aparecer módulos de más de 400 W, con algunas potencias asombrosas que han sido anunciadas por los fabricantes de módulos. Estamos viendo aumentos muy significativos en la potencia producida simplemente por una mayor dimensión de los módulos.

Resulta tentador observar esta tendencia y pensar que no hay nada realmente innovador en ella: ¿acaso los fabricantes de módulos se han limitado a unir dos módulos? Pero nada de esto podría haber sucedido sin algunos avances tecnológicos importantes que se produjeron con anterioridad, lo que estamos viendo en el mercado hoy es una fase de reajuste permanente de los tamaños de los módulos que simplemente no era posible antes. En particular, las estrategias de células partidas, multi-busbar e interconexión “densa” han abierto las puertas a numerosas posibilidades de conectar células entre sí en un módulo fotovoltaico, lo que ha dado lugar a la desconcertante gama de módulos que nos podemos encontrar hoy en dia en el mercado.

El uso de estos módulos de gran tamaño permite un importante ahorro de costes en el propio módulo, ya que un módulo grande utiliza menos armazón metálico que dos módulos más pequeños. También existen un importante ahorro en otros aspectos fundamentales durante el diseño y construcción de las instalaciones fotovoltaicas.

Aunque esta fase de reajuste es disruptiva, hay indicios de que el mercado empezará a consolidarse en torno a un par de nuevos tamaños de módulos «estándar». Estos nuevos módulos se están adoptando rápidamente en los nuevos diseños de plantas fotovoltaicas, por lo que este formato de módulos a gran escala definitivamente ha llegado para quedarse.

Desarrollo de grandes módulos

El principal motor tecnológico que ha impulsado los nuevos módulos fotovoltaicos de gran formato ha sido el cambio de tamaño de las células fotovoltaicas que han aumentado de las medidas estándar originales de 156 mm a 182 mm y 210 mm.

También se han producido importantes avances tecnológicos, como la tecnología multi-busbar, que a su vez ha dado lugar a métodos para reducir o eliminar las distancias entre las células, apretando las piezas y haciendo que los módulos de gran tamaño no sean tan grandes.

Estas innovaciones tecnológicas han abierto una nueva puerta a los fabricantes de módulos permitiéndoles probar diferentes tamaños de células, cortándolas y recombinándolas de varias maneras, creando una miríada de nuevos tamaños y tipos de módulos. Todo esto ha llevado a una proliferación un tanto confusa de diferentes módulos en el mercado; los diseñadores de sistemas fotovoltaicos están comercializando una variación de productos diferentes sin saber cuál es mejor opción para cada proyecto.

Todos estos cambios también han sido perjudiciales para los proveedores situados por encima de la cadena de suministro, que ahora necesitan producir moldes para los nuevos tamaños de celda, así como vidrio, láminas traseras y otros elementos de material para hacer frente a los nuevos tamaños de módulo.

Cuanto más se pueda estandarizar, más barato se vuelve el producto. Esto significa que actualmente existe una fuerte implicación por parte de los fabricantes para consolidar sólo uno o dos tamaños de módulo; la mayoría de estos fabricantes están apostando por las células de 182 mm o 210 mm.

Ahorro de diseño y desafíos

El uso de módulos de gran formato podría suponer un importante ahorro en los costes de diseño y construcción de los parques fotovoltaicos.

Por ejemplo, se puede utilizar seguidores estándar, con el mismo motor, pero con módulos más grandes que permitan una mayor potencia. Por lo tanto, se requiere menor número de seguidores y menor montaje. Una reducción del número de módulos significa una reducción de las fijaciones, tornillería o abrazaderas en los marcos, tanto para sistemas fijos como los seguidores solares de un eje.

Cabrera Engineers

También podría producirse un ahorro en el cableado. Si un módulo salta de 400 W a 600 W, pero el voltaje de la cadena es esencialmente el mismo, entonces el mismo cable está gestionando con 1,5 veces la cantidad de energía, lo que significa menos cableado para la misma potencia pico.

No obstante, el diseño de módulos de gran formato también plantea ciertos desafíos.

Hasta la llegada de los grandes módulos, se podía mantener el espacio entre las filas del módulo exactamente igual, y un aumento de la potencia significaría simplemente una mejora sustancial que compensaría el tener un módulo más eficiente. Pero con módulos de mayor tamaño, se necesita aumentar el espacio entre las filas de estructura de montaje para limitar el impacto del aumento de sombreados entre filas.

Los procesos de desarrollo de plantas fotovoltaicas deben estudiarse cuidadosamente. Si un desarrollador ha conseguido la aprobación de un sistema de seguimiento, asumiendo la altura máxima, entonces podría verse restringido en el uso de los módulos de gran formato que alcanzarán una mayor altura en la rotación máxima.

La altura y el peso de los módulos plantean interesantes desafíos técnicos durante su instalación. Los módulos pueden requerir dos personas para manejarlos en lugar de una. En un tejado comercial en condiciones de viento, esto puede suponer importantes implicaciones en materia de seguridad y salud.

Los efectos del viento en el diseño

En los últimos años, ha habido varios incidentes con el viento que han causado grandes daños. Incidentes graves en los que plantas fotovoltaicas enteras han sido arrasadas por huracanes, pero también se han producido destrozos por velocidades de viento relativamente bajas en algunos sistemas de seguimiento.

Es muy importante involucrar al fabricante de seguidores desde el inicio del proceso de diseño, ya que es posible que necesiten hacer algunos ajustes con el fin de acomodar módulos más grandes. El fabricante de seguidores puede aconsejar que el seguidor no vaya a soportar el aumento de la fuerza de viento en esa ubicación, especialmente alrededor de los extremos y ángulos de la planta fotovoltaica donde los efectos del viento son más fuertes. Esto podría eliminar la ventaja en el coste de construcción del parque solar (BOS, por sus siglas en inglés) al usar los módulos de gran formato en esas ubicaciones: incluso podría encarecer la instalación en general.

Diseño eléctrico

Los módulos de gran formato han sido diseñados de forma que los voltajes sean lo más similares posibles a los módulos de 72 células, más comunes en la industria fotovoltaica. En algunos casos, los voltajes han disminuido, lo que permite longitudes de cadena de más de 30 módulos en un proyecto, lo que puede reducir los costes de cableado.

Sin embargo, los seguidores están diseñados para cadenas de no más de 30 módulos. Por lo tanto, los fabricantes de seguidores necesitan desarrollar productos que puedan soportar longitudes de cableado más largo que sean más resistentes a los efectos del viento antes de que se puedan realizar ahorros de BOS.

Además, se está construyendo un gran número de plantas fotovoltaicas con inversores de cadena optimizados para módulos de 72 células. Si el diseñador utiliza módulos de gran formato y la relación de tamaño es excesiva para el inversor, solo se desperdiciaría un número limitado de cadenas al inversor y otras entradas y MPPT quedarían disponibles. Los fabricantes de inversores tienen un trabajo complicado para adivinar qué diseño de gran formato va a triunfar, y para crear productos que se ajusten mejor a la nueva generación de módulos.

Módulos de gran formato a largo plazo

Sigue habiendo una serie de preguntas en el aire: ¿serán los tamaños de celda más grandes más vulnerables a las tensiones mecánicas y, por lo tanto, a las micro roturas? ¿Los métodos de interconexión más densos someterán a las células fotovoltaicas a más tensión que los antiguos diseños? ¿Hasta qué punto será fácil en el futuro obtener módulos de sustitución del mismo tipo para cubrir garantías o reemplazar roturas, dado que las combinaciones son actualmente diversas, pero pronto se consolidarán? Para los proyectos inminentes, definitivamente se debe tener en cuenta suficientes módulos de repuesto para durar toda la vida útil del proyecto, en caso de que sea un desafío encontrarlos en el futuro.

A pesar de estas preguntas y de las interrupciones en las cadenas de suministro existentes, el ahorro en costes hace que los módulos de gran formato estén aquí para quedarse. Junto con otras innovaciones en los módulos, como los módulos bifaciales, los módulos de un futuro cercano podrían ser muy diferentes a los módulos de 72 células a los que estamos acostumbrados.

 

Esta es una versión abreviada del artículo original publicado en la revista PV Tech Power, diciembre 2020 https://store.pv-tech.org/store/pv-tech-power-volume-25