Contenidos:
- ¿Por Qué Cortar las Células Solares?
- Los Principios del Corte
- Ventajas de los Paneles Cortados en 1/3 sobre los Paneles Cortados a la Mitad
- ¿Por Qué los Fabricantes No Producen Células Solares Cortadas en 1/4 o Incluso en 1/5?
- Conclusión
¿Por Qué Cortar las Células Solares?
En los últimos años, la tecnología fotovoltaica (PV) ha avanzado rápidamente y se ha vuelto ampliamente utilizada. La demanda de paneles solares de alta potencia está aumentando, y reducir la pérdida de energía mientras se aumenta la potencia de salida de estos paneles se ha convertido en un enfoque para los fabricantes en todo el mundo. Cortar las células solares es una técnica utilizada para mejorar la eficiencia de los paneles al hacer que las células sean más pequeñas, lo que reduce la resistencia y mejora la salida de energía.
Pero, ¿por qué el corte de células solares se ha convertido recientemente en un tema popular en la industria? Una razón es el aumento en el tamaño de las obleas de silicio de 156 mm (M1) a 161.7 mm (M4). Este aumento de tamaño ha aumentado el área de la oblea y la corriente en aproximadamente un 7%, pero también ha incrementado las pérdidas eléctricas en un 15%. Esto ha impulsado a la industria a encontrar formas de reducir las pérdidas relacionadas con la corriente. Además, cortar las células puede reducir las pérdidas por sombreado de los electrodos metálicos de la célula y aumentar el número de barras colectoras, lo que ayuda a mejorar el flujo de corriente.
Además, los avances en los procesos de fabricación de obleas y células ahora permiten el cribado de células de tamaño completo sin necesidad de volver a medir las células cortadas después de dividirlas. Esto simplifica el proceso de producción, haciéndolo más eficiente y rentable.
En resumen, cortar las células solares en piezas más pequeñas ayuda a hacer los paneles solares más potentes y eficientes, satisfaciendo la creciente demanda de soluciones de energía solar de alto rendimiento.
Los Principios del Corte
1. Proceso de Corte
- Cuadrado del Lingote de Silicio: Procesamiento del lingote de silicio para obtener un bloque que cumpla con las especificaciones requeridas.
- Corte y Rectificado del Bloque de Silicio: Eliminación de los extremos y aplanamiento, chaflán y redondeado del bloque de silicio.
- Encolado del Bloque de Silicio: Adhesión del bloque de silicio a una placa de trabajo en preparación para el corte con alambre.
- Corte del Bloque de Silicio: Utilización de una sierra multi-hilo para cortar el bloque de silicio en láminas delgadas.
- Limpieza de las Láminas de Silicio: Limpieza de la superficie de la lámina de silicio de residuos mediante pre-limpieza, inserción y limpieza ultrasónica.
- Clasificación y Embalaje de las Láminas de Silicio: Clasificación de las láminas según los estándares y embalaje para almacenamiento.
2. Técnicas de Corte
LSC - Laser Scribing and Cleaving
Esta técnica utiliza la tecnología de ablación láser. La tecnología de células cortadas a la mitad típicamente emplea el corte láser, donde las células solares de tamaño estándar se dividen verticalmente a lo largo de las barras colectoras principales en dos mitades iguales. Estas mitades luego se interconectan mediante soldadura para la conexión en serie. Aquí te explicamos cómo funciona:
Proceso: Un láser crea líneas de scribe a lo largo de toda la longitud en los bordes de la célula cortada a la mitad. En algunos casos, el scribing no separa completamente la célula, sino que deja una ranura de aproximadamente la mitad del grosor de la célula. Luego, la célula se rompe mecánicamente a lo largo de estas líneas de scribe.
Ventajas: Este método evita la creación de caminos de derivación en la unión p-n al realizar el scribing desde la parte posterior de la célula. Para las células con emisor pasivado y contacto posterior (PERC) con una capa metálica posterior completa, la creación de una pequeña apertura en la parte posterior no causa pérdida de potencia.
Innovaciones: Fraunhofer CSP ha desarrollado y patentado una versión avanzada de la técnica LSC. Esto implica aplicar scribing láser a células solares ligeramente curvadas, logrando un proceso de una sola etapa donde el scribing y la rotura ocurren en la misma estación.
TMC - Thermal Mechanical Cleaving
A diferencia de LSC, TMC no utiliza técnicas de ablación que puedan causar microfisuras. En su lugar, aplica un gradiente térmico altamente concentrado a lo largo del borde de la célula cortada a la mitad, induciendo un estrés mecánico localizado que resulta en la fractura.
Proceso: Al aplicar un gradiente térmico, el material experimenta estrés mecánico local que conduce a la fractura sin ablacionar el material.
Ventajas: Los procesos de TMC no involucran ablación y reducen los efectos secundarios térmicos generales, lo que minimiza el daño estructural a las obleas cuando se optimizan los parámetros del proceso.
Innovación: Algunos equipos para células cortadas a la mitad mediante TMC ya están disponibles comercialmente o en desarrollo. Fabricantes destacados incluyen 3D-Micromac AG e Innolas Solutions GmbH de Alemania.
En resumen, el corte de células solares implica una serie de pasos precisos para garantizar un rendimiento y eficiencia óptimos. Tanto las técnicas LSC como TMC ofrecen diferentes ventajas y pueden ser elegidas según necesidades específicas y capacidades de fabricación.
Ventajas de los Paneles Cortados en 1/3 sobre los Paneles Cortados a la Mitad
1. Reducción de Pérdidas por Resistencia y Aumento de la Potencia de Salida
Una fuente de pérdida de potencia en los paneles solares es la pérdida por resistencia, que ocurre durante la transmisión de corriente. Las células solares utilizan barras colectoras para conectarse a cables y células adyacentes, y la corriente que fluye a través de estas barras colectoras causa cierta pérdida de energía. Al cortar las células solares a la mitad, la corriente producida por cada célula se reduce a la mitad, lo que resulta en menores pérdidas por resistencia a medida que la corriente fluye a través de las células y cables del panel solar.
Utilizando la fórmula para la pérdida de energía eléctrica P=I2RP = I^2RP=I2R, cuando la corriente se reduce a un tercio de su valor original, la pérdida de potencia se reduce significativamente. Con las células cortadas en 1/3, la corriente es solo un tercio de la corriente de la célula original, en comparación con la mitad en las células cortadas a la mitad. Esto reduce aún más la resistencia en serie de las células, minimizando la pérdida de energía y, por lo tanto, aumentando la potencia de salida y la eficiencia de los módulos solares.
2. Reducción del Efecto de Puntos Calientes
En los módulos de células de tamaño completo tradicionales, si una célula está sombreada, puede crear un punto caliente que conduce a la degradación del rendimiento o incluso al daño de la célula. La tecnología de células cortadas en 1/3 reduce el riesgo de puntos calientes al aumentar el número de células y, por lo tanto, reducir la corriente en cada célula. Con una distribución de calor más uniforme y efectos reducidos de puntos calientes, los módulos cortados en 1/3 tienen una vida útil prolongada y una mayor confiabilidad a largo plazo.
3. Incremento del Factor de Llenado
El factor de llenado (FF) es una medida de la calidad de una célula solar. Se calcula como la potencia disponible en el punto de máxima potencia (Pm) dividida entre la tensión de circuito abierto (Voc) y la corriente de cortocircuito (Isc):
El factor de llenado se ve directamente afectado por los valores de las resistencias en serie y paralelo de la célula, así como por las pérdidas en diodos. Aumentar la resistencia en paralelo (Rsh) y disminuir la resistencia en serie (Rs) conducen a un factor de llenado mayor, lo que resulta en una mayor eficiencia y acerca la potencia de salida de la célula a su máximo teórico.
La tecnología de células cortadas en 1/3 mejora la gestión de la corriente, potencia el factor de llenado del módulo y, por lo tanto, ofrece un mejor rendimiento en condiciones operativas reales.
4. Mejora en la Tolerancia a las Sombras
En comparación con las células de tamaño completo, las células cortadas a la mitad muestran una mayor resistencia a los efectos de sombreado. Esto no se debe a las células en sí, sino al método de cableado utilizado para conectar las células cortadas a la mitad dentro del panel. En los paneles solares tradicionales construidos con células de tamaño completo, las células se conectan en serie, donde el sombreado de una célula en serie puede detener la generación de energía de toda la fila. Un panel estándar generalmente tiene 3 filas de células conectadas de manera independiente, por lo que el sombreado de una célula en una fila elimina la mitad de la potencia de salida de ese panel.
De manera similar, las células cortadas a la mitad también se conectan en serie, pero los paneles fabricados con células cortadas a la mitad tienen el doble de células (120 en lugar de 60), lo que resulta en el doble de filas de células independientes. Esta configuración de cableado reduce la pérdida de potencia en paneles construidos con células cortadas a la mitad cuando una sola célula está sombreada, ya que el sombreado de una célula solo puede eliminar un sexto de la potencia total del panel.
5. Mejora en la Competitividad del Mercado
La mejora en el rendimiento y la eficiencia de los módulos cortados en 1/3 los hace más competitivos en el mercado, capaces de satisfacer las demandas de mercados de alto nivel y aplicaciones especializadas. Esta mejora reduce los costos de gastos, generando así mayores beneficios económicos.
Con un aumento en la producción de energía por módulo, se necesitan menos módulos para generar la electricidad requerida tanto para instalaciones solares montadas en tierra como en techos. Esta reducción en la cantidad de módulos contribuye a minimizar el espacio necesario para la instalación. Para las grandes granjas solares de servicios públicos, el requisito de espacio más pequeño ayuda a reducir la cantidad de tierra necesaria para establecer instalaciones fotovoltaicas solares. Esto, a su vez, reduce los costos de gastos de capital para los desarrolladores solares, ya que la tierra representa una inversión inicial significativa para la construcción de plantas de energía solar a gran escala.
¿Por Qué los Fabricantes No Producen Células Solares Cortadas en 1/4 o Incluso en 1/5?
Si bien los módulos cortados en 1/4 y 1/5 podrían ofrecer una producción ligeramente mayor de energía por módulo, optimizar una solución energética implica considerar complejidades adicionales en la manufactura.
Específicamente, incorporar más cortes de células solares requiere diodos de derivación adicionales para la protección del circuito dentro del módulo. Esto aumenta el uso de materias primas, resultando en costos adicionales y tiempos de producción más prolongados. Para soluciones solares residenciales enfocadas en la reducción de costos junto con la eficiencia, mantener los módulos simples y directos es ventajoso. Las células solares cortadas en 1/3, que solo requieren tres diodos de derivación, logran un equilibrio entre asequibilidad y mejor rendimiento para los usuarios finales. Este diseño también minimiza los riesgos asociados con futuras actualizaciones al tiempo que maximiza las capacidades actuales de eficiencia.
Conclusión
Las células solares cortadas en 1/3, en comparación con las células cortadas a la mitad, mejoran significativamente el rendimiento y la eficiencia general de los módulos solares al reducir aún más la corriente y la resistencia, minimizar las pérdidas de energía, optimizar la distribución de calor y mejorar la fiabilidad de los componentes. Estas ventajas hacen que la tecnología de corte en 1/3 sea más atractiva para aplicaciones de alta gama y escenarios específicos. A pesar del proceso de manufactura más complejo, las mejoras en el rendimiento y los beneficios económicos a menudo compensan estos costos adicionales.
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Referencias:
Sharma, N. (2024, 15 de marzo). Half-Cut Solar Cells- Are they Worth the Hype? Ornate Solar. https://ornatesolar.com/blog/why-should-you-choose-half-cut-cell-modules-for-your-solar-projects
Trina Solar. (2022, 31 de octubre). ¿A qué viene tanto bombo y platillo con las células solares de 1⁄3-Cut? https://www.trinasolar.com/us/resources/blog/third-cut-solar-cells
Colaboradores de Wikipedia. (2024, 21 de abril). Eficiencia de las células solares. Wikipedia. https://en.wikipedia.org/wiki/Solar-cell_efficiency
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