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UNIVERSIDAD DE JAENGrupo I+DEA
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DEGRADACIÓN DE MÓDULOS CIS TRAS UN AÑO DE EXPOSICIÓN EXTERIOR EN UN ENCLAVE SOLEADO
Nofuentes G., Fuentes M., Aguilera J., De la Casa, J.Plazaola, C. (*)
Grupo de Investigación IDEA. Escuela Politécnica Superior. Universidad de Jaén. Campus de Las Lagunillas, s/n. 23071-Jaén (España).
Tel: +34 953 212 434. Fax: +34 953 211 967. E-mail: gnofuen@ujaen.es
(*) Universidad Tecnológica de Panamá
IV Conferencia Latino Americana de Energía Solar (IV ISES_CLA) y XVII Simposio Peruano
de Energía Solar (XVII- SPES)
Cuzco (Perú), 1-5 noviembre de 2010
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ESQUEMA DE LA PRESENTACIÓN
1. INTRODUCCIÓN
2. OBJETIVO
3. METODOLOGÍA
4. CONFIGURACIÓN EXPERIMENTAL
5. RESULTADOS EMPÍRICOS
6. CONCLUSIONES
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INTRODUCCIÓN
Módulos fotovoltaicos basados en materiales de estructura calcopirita (CIS, CIGS):
•Presencia aún marginal en el mercado
•Gran potencial: algunas previsiones de fabricación de hasta 1 GWp/año en la próxima década
•Existencia de módulos con eficiencias de célula en torno al 13% en CEM. Varios fabricantes proporcionan garantías del 90% de la potencia pico durante 10 años
•Estabilidad a sol real escasamente documentada y no comprendida satisfactoriamente. Controversia acerca del uso de simuladores solares para calibrar la potencia pico en CEM antes y después de la exposición a la intemperie
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OBJETIVO
•Una auditoría técnica sobre la tecnología CIS/CIGS puede asesorar a diseñadores de sistemas, entidades financieras e inversores
•El estudio de la estabilidad de la potencia pico a lo largo del tiempo en climas soleados puede conducir a un empleo confiado de estos módulos en áreas geográficas con alto nivel de irradiación
OBJETIVO
Contribución al estudio de la degradación a sol real de módulos CIS
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METODOLOGÍA
1. Análisis de datos experimentales de funcionamiento a sol real durante 12 meses de dos módulos CIS:
• Evolución de potencia máxima normalizada y corregida en temperatura para CEM
• Cálculo del factor de rendimiento (performance ratio, en inglés) de cada módulo (PRM)
2. Comparación de los valores de potencia máxima en CEM de dichos módulos suministrados por un Laboratorio Acreditado Independiente (CIEMAT-IER) antes y después de la exposición a la intemperie.
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CONFIGURACIÓN EXPERIMENTAL
Dos módulos calibrados ShellTM ST40 de 40 Wp
Módulo calibrado ShellTM ST5 de 5Wp:
sensor de irradiancia
DTR Pt100: Sensor de temperatura de célula
Fuente de alimentación (KepcoTM BOP36-12M) + Unidad de conmutación
(AgilentTM 34970A) + LabviewTM sobre PC
Trazador de curvas Tensión-Intensidad
Relés de alta potencia. Es
posible secuenciar la obtención de curvas V-I de
hasta 4 módulos
JAÉNLat. 38ºN; Long. 3ºOClima continental-mediterráneo
Módulos A y B, desde ahora
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10 20 30 40 50 60
32
34
36
38
40
42
Tc (ºC)
Po
ten
cia
má
xim
a n
orm
aliz
ad
a (
W)
Módulo tecnología CIGS nº 16672
y = - 0,189·x + 43,98
R = 0,9782
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RESULTADOS EMPÍRICOS (1/5)
Regresión lineal: el coeficiente de temperatura para la potencia máxima (gamma) resultó ser mejor para ambos módulos que el proporcionado por el fabricante (-0.0048 ºC-1 vs -0,006 ºC-1))!!!
Método de T.Strand et al.: módulo A (1/2)
Tc (ºC)Po
ten
cia
máx
ima
no
rmal
izad
a a
1000
W·m
-2 (
W)
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Jun06 Jul06 Aug06 Sep06 Oct06 Nv06Dc06 Jan07 Feb07 Mar07 Apr07 May0738.5
39
39.5
40
40.5
Measured Months Module 72
No
rmalized
Pow
er
(W)
Normalized and temperature-corrected power versus time
40
·03
8·5
Ago
06
Jun
06
Sep
06
Oct
06
Nov
06
Dic
06
Ene
07
Feb
07
Mar
07
39
·53
9·0
40
·5
Jul
06
May
07
Abr
07
Po
ten
camá
xim
ano
rma
liza
da
y co
rre
gid
ae
n te
mp
era
tura
(W)
8
RESULTADOS EMPÍRICOS (2/5)
Método de T.Strand e al.: módulo A (2/2)
Po
ten
cia
máx
ima
no
rmal
izad
a y
corr
egid
a en
tem
per
atu
ra p
ara
CE
M (
W)
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Jun06 Jul06 Aug06 Sep06 Oct06 Nv06 Dc06 Jan07 Feb07 Mar07 Apr07 May0742.5
43
43.5
44
44.5
45
45.5
Measured Months Module 73
Norm
alized P
ow
er
(W)
Normalized and temperature-corrected power versus time
Pote
ncam
áxim
anorm
alizad
ay c
orr
egid
aen te
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tura(W
)
Ago
06
Jun
06
Sep
06
Oct
06
Nov
06
Dic
06
Ene
07
Feb
07
Mar
07
43·5
43·0
45·5
Jul
06
May
07
Abr
07
44·0
44·5
45·0
42·5
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RESULTADOS EMPÍRICOS (3/5)
Método de T.Strand e al.: módulo B
Po
ten
cia
máx
ima
no
rmal
izad
a y
corr
egid
a en
tem
per
atu
ra p
ara
CE
M (
W)
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00.10.20.30.40.50.60.70.80.9
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JUNE
JULY
AUGUST
SEPTEMBER
OCTOBER
NOVEM
BER
DECEMBER
JANUARY
FEBRUARY
MARCH
APRILM
AY
MODULE A
MODULE B
10
**, G
H
P
EPR
MMODM
Factor de rendimiento Performance Ratio (PRM)
Donde:
E = Energía producida en el período de tiempo bajo análisis(Wh); H = Irradiación incidente durante el período de tiempo bajo nanálisis (Wh·m-2); G* = 1000 W·m-2; P*MOD,M = Potencia pico calibrada por un Laboratorio Acreditado Independiente (W)
PRM anual = 0,93 para el módulo A
PRM anual = 0,89 para el módulo B
RESULTADOS EMPÍRICOS (4/5)
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Calibración en CEM de la potencia máxima de los módulos en el CIEMAT-IER antes y después de la campaña experimental
Junio 2006 Julio 2007Degradación del 4,3% (módulo A) y 5,3% (módulo B)
RESULTADOS EMPÍRICOS (5/5)W
p
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CONCLUSIONES
1. La potencia máxima normalizada a 1000 W·m-2 y corregida a 25 ºC –método de T. Strand et al. – muestra una buena estabilidad para los dos módulos ensayados durante el período analizado de doce meses
2. Los valores del factor de rendimiento o performace ratio medidos para los módulos A y B (0,93 y 0,89, respectivamente) apoyan la conclusión anterior
3. La degradación experimentada por los módulos antes y después de la campaña experimental de doce meses es inferior al 5,5%, según datos proprcionados por un Laboratorio Acreditado Independiente
4. Estos resultados optimistas deben ser tomados con cautela debido a las siguientes razones:
• Muestra muy limitada (2 módulos) de un único fabricante
• Otras consideraciones de índole tecnológica (el factor de forma puede verse afectado de forma distinta para los módulos fabricados por diferentes fabricantes de módulos CIS, p. ej.)
5. Actualmente se siguen ensayando y midiendo módulos CIS en la Universidad de Jaén, con resultados positivos
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Gracias por su atención
Dr. G. Nofuentes
Tel: +34.953.212.434 Fax: +34.953.211967
E-Mail: gnofuen@ujaen.es
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de Energía Solar (XVII- SPES)
Cuzco (Perú), 1-5 noviembre de 2010