L’impatto dell’innovazione sulla degradazione dei moduli fotovoltaici di ultima generazione
Una nuova generazione di celle solari si è fatta avanti nel campo fotovoltaico, portando con sé nuove sfide e incognite in termini di affidabilità. Tecnologie di cella come come il Tunnel Oxide Passivated Contact (TOPCon), l’eterogiunzione in silicio (SHJ) o PERT (Passivated Emitter Rear Totally diffused) stanno mutando il mercato e i profili di applicazione. E dal momento che le modalità di guasto e di perdita delle prestazioni sono sempre legate alla tecnologia e al rispettivo profilo applicativo, anch’esse cambiano nel tempo.
Per comprendere meglio l’impatto dell’innovazione sulla degradazione dei moduli fotovoltaici di ultima generazione, il Task 13 della IEA Photovoltaic Power Systems Programme (IEA PVPS) ha pubblicato un’analisi sul tema. Il rapporto, intitolato “Degradation and Failure Modes in New Photovoltaic Cell and Module Technologies 2025” fornisce approfondimenti essenziali sull’affidabilità e le prestazioni del fotovoltaico all’avanguardia, presentando sia le sfide introdotte dalle tecnologie innovative sia le potenziali strategie di mitigazione.
Sette meccanismi di guasto e degradazione
In linea generale i test definiti dalla Commissione Elettrotecnica Internazionale (IEC) nella serie di standard IEC 61215, rappresentano un buon modo per valutare se le nuove tecnologie fotovoltaiche si degradano abbastanza lentamente (o meno) durante l’esercizio. Ma con le ultime innovazioni di cella non è raro incorrere in risultati falsi positivi o falsi negativi. “Un esempio lampante – spiegano gli autori – sono le celle PERT, che possono degradarsi in un test PID (Degradazione indotta dal potenziale) in condizioni di oscurità, ma in condizioni realistiche la luce solare compensa l’effetto PID, quindi la degradazione non è rilevante nell’applicazione”.
L’analisi ha indagato sette meccanismi di guasto o degradazione dei moduli fotovoltaici e per ognuno è stata presentata una possibile strategia di mitigazione.
Rottura delle Celle: il taglio delle celle di silicio in mezze celle o 1/3 di cella aumenta il rischio di rotture, soprattutto con il taglio laser che introduce micro-fratture che riducono la resistenza meccanica dei moduli. I ricercatori hanno messo in evidenza che i problemi di rottura sono attenuati dalla tecnologia multi-filo (che sostituisce i tradizionali ribbon).
LeTID/LID (Degradazione indotta dalla luce e dalla temperatura elevata/Degradazione indotta dalla luce). Il problema potrebbe essere affrontato utilizzando wafer drogati con gallio e processi di produzione migliorati. Secondo l’esperienza attuale, i moduli contenenti celle TOPCon di tipo n sono sostanzialmente meno suscettibili al LeTID rispetto alle prime celle PERC drogate di tipo p.
UVID (Degradazione indotta dai raggi UV): si verifica in alcuni moduli fotovoltaici, ma è gestibile utilizzando design e materiali di incapsulamento stabili ai raggi UV. Tuttavia, sono necessarie ulteriori ricerche per replicare completamente i test di laboratorio alle condizioni sul campo.
PID (Degradazione indotta dal potenziale): La degradazione indotta dal potenziale della tensione di sistema (PID) comporta il trasferimento di carica elettrica attraverso l’incapsulamento dei moduli fotovoltaici verso o dalla cella. A seconda del tipo di modulo, della polarità e del livello del potenziale di tensione, così come dei fattori ambientali, possono manifestarsi diverse modalità di PID. Secondo gli autori i meccanismi PID possono essere ridotti tramite test e regolazioni mirate a livello di cella, modulo e sistema. L’irradiazione UV durante i test promette di ridurre al minimo la degradazione in tipi di celle specifici come TOPCon.
Degradazione del materiale polimerico di incapsulamento: Questa modalità di degradazione non è coperta dai test classici, evidenziando un problema importante. Gli autori sottolineano la necessità di nuovi standard di prova che combinino sollecitazioni quali radiazioni UV, umidità e temperatura.
Connessione inaffidabile nella scatola di giunzione: difettose connessioni di diodi di bypass pongono rischi per la sicurezza e le prestazioni. I ricercatori consigliano di implementare test al 100% durante la produzione e nelle installazioni interessate.
Rottura del vetro sottile: il sottile vetro sottile dei moduli fotovoltaici moderni ha mostrato tassi di rottura più elevati, rendendo necessari test su più moduli in condizioni di installazione reali.
“Il nuovo rapporto, Degradation and Failure Modes in New Photovoltaic Cell and Module Technologies , evidenzia i fattori chiave che influenzano l’affidabilità delle tecnologie solari avanzate”, ha affermato Marc Köntges, uno dei principali autori del rapporto. “Abbiamo identificato meccanismi di guasto comuni e fornito spunti per migliorare l’affidabilità e l’efficienza a lungo termine. Queste scoperte aprono la strada a soluzioni di energia solare più solide e sostenibili, supportando la transizione verso un’energia più pulita in tutto il mondo”.
Le celle in perovskite
La ricerca ha anche analizzato le modalità di degradazione note per celle e moduli fotovoltaici in perovskite. Queste includono modalità intrinseche (relative alle proprietà del materiale), specifiche del dispositivo cella (relative al design e alla produzione del dispositivo), estrinseche (relative ai fattori di stress ambientali) e specifiche del dispositivo modulo (relative all’interconnessione delle celle in moduli e all’incapsulamento).
Per gli autori esistono ancora molti problemi di affidabilità per questa tecnologia ma anche molte possibili soluzioni. Tuttavia non tutte sono state valutate in letteratura quando combinate in un singolo processo che risolve tutte le sfide contemporaneamente.
Leggi QUI il report.
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