Uso de imagens de eletroluminescência para detecção de danos mecânicos nos módulos fotovoltaicos

Abstract

O uso da energia solar vem crescendo cada vez mais e se tornando uma importante fonte para composição da matriz energética mundial. Os módulos fotovoltaicos são capazes de converter a radiação solar em energia elétrica. A produção de energia elétrica por conversão fotovoltaica está diretamente relacionada à disponibilidade da radiação solar, inclinação do módulo, eficiências dos sistemas envolvidos, entre outros fatores. Esta dissertação apresenta uma avaliação dos efeitos de danos mecânicos em células fotovoltaicas, por microfissuras e outros tipos de degradação, através de imagens de eletroluminescência, curva I-V e inspeção visual. Para isso, avaliaram-se quantitativamente e qualitativamente diversos módulos disponíveis no Laboratório de Energia Solar da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (Labsol-UFRGS), com intuito de relacionar danos mecânicos nas células com a potência produzida. Analisaram-se módulos em diferentes condições antes e depois da realização de ensaios mecânicos. Alguns módulos fotovoltaicos, apesar de apresentarem bom aspecto visual, demonstraram uma degradação considerável, impactando assim as suas potências. Por outro lado, módulos com alguma célula danificada ainda apresentaram valores medidos de potência máxima semelhantes aos valores nominais. Módulos de 60 células apresentaram maior resistência aos ensaios mecânicos do que módulos com 72 células. Alguns módulos apresentaram um acréscimo na potência após o ensaio mecânico, apesar de observar-se o aumento de microfissuras, tendo em vista que houve também contatos internos restabelecidos. Destas observações, constatou-se que nas células em que as microfissuras não obtiveram rompimento total de contato, a perda de potência é quase imperceptível, porém é provável que haverá impacto com a propagação do defeito ao longo do tempo de operação.

The use of solar energy has been growing more and more and becoming an important source for the composition of the world energy mix. Photovoltaic modules are capable of converting solar radiation into electrical energy. The production of electric energy by photovoltaic conversion is directly related to the availability of solar radiation, module inclination, the efficiency of the systems involved, degradation, among other factors. This dissertation presents an evaluation of the mechanical damage in photovoltaic cells, by microcracks and other types of degradation, through images of electroluminescence, I-V curve, and visual inspection. Therefore, several modules available at the Solar Energy Laboratory of the Federal University of Rio Grande do Sul (Labsol-UFRGS) were evaluated quantitatively and qualitatively, to relate degradation to the impact on power. Modules were analyzed in different conditions before and after mechanical tests. Some photovoltaic modules, despite presenting a good visual aspect, showed considerable degradation, thus impacting their power. On the other hand, modules with some damaged cells still presented measured values of maximum power similar to the nominal values. Modules of 60 cells showed greater resistance to mechanical tests than modules with 72 cells. Some modules showed an increase in power after the mechanical test, despite the increase in micro cracks, considering that internal contacts were also reestablished. From these observations, it was found that in the cells in which the microcracks did not obtain total contact break, the loss of power is almost imperceptible, however it is likely be an impact with the propagation of the defect over the time of operation.