Este informe ofrece una descripción general sobre el modelado empírico de la degradación y predicción de vida útil de los módulos fotovoltaicos, siendo los componentes principales de los sistemas fv que están sujetos a los efectos de la degradación.
El éxito económico de las plantas de energía fotovoltaica (FV) depende fundamentalmente de su rendimiento energético durante toda su vida. Los efectos de la degradación y la vida útil total influyen directamente en la electricidad producida y, por tanto, en el flujo de caja, lo que también repercute en los costes nivelados de energía (LCOE) y, por tanto, en la rentabilidad de la central.
En la mayoría de los casos, la vida útil y las tasas de degradación que se utilizan para estimar el rendimiento del sistema no son específicas del sistema, sino que se basan en valores promedio sobre evaluaciones de sistemas u hojas de datos más antiguos. Por lo tanto, estos valores, lamentablemente, no tienen una correlación directa con los componentes específicos del sistema fotovoltaico específico, ni con las condiciones operativas y climáticas en la ubicación específica.
Por otra parte, los modelos matemáticos utilizados para calcular la potencia de salida esperada suelen prever tasas de degradación lineal que no están en consonancia con los procesos de degradación reales que se encuentran en el campo, y que normalmente no son lineales.
Para otros componentes no se dispone de datos científicos comparables. La estructura del documento se dirige a diferentes partes interesadas con diferentes antecedentes.
El capítulo 1 comienza con una breve introducción que incluye una descripción general condensada del estado de la técnica.
El capítulo 2 sigue con la definición de términos y definiciones relevantes. Dado que, especialmente en las discusiones sobre la vida útil y la degradación, los diferentes términos no se utilizan de manera coherente en la industria o la ciencia, los autores intentan mejorar la situación con este glosario específico. Además, el término extremadamente relevante “fin de vida útil” se discute con diferentes definiciones, dependiendo del punto de vista y perspectiva del usuario y los factores típicos que impactan sobre el módulo o sobre el sistema fotovoltaico. Para este término de “final de la vida”, no se puede dar una definición que sea generalmente aplicable en todas las situaciones. Dado que la definición es crucial para la vida útil calculada, el rendimiento y todos los parámetros relacionados, hasta el LCOE es importante tener esto en cuenta al evaluar las inversiones en plantas de energía y fotovoltaica.
Los factores climáticos juegan un papel importante en la degradación y, por naturaleza, son específicos de la ubicación. Es una condición previa para la creación de datos significativos de predicción o degradación de la vida útil conocer los factores estresantes (climáticos) relevantes.
Por lo tanto, el Capítulo 3 presenta los diferentes factores estresantes climáticos relevantes, así como esquemas de clasificación y metodologías para manejarlos y analizarlos. Este capítulo también describe las diferencias y relaciones de los llamados factores de estrés macroclimáticos, describiendo las condiciones climáticas ambientales de los módulos y la situación a nivel material, los llamados factores de estrés microclimáticos. Este último describe los parámetros relevantes para los procesos de degradación y, por tanto, también los modelos matemáticos que abordan la degradación del módulo y la predicción de la vida útil.
Las condiciones macroclimáticas ambientales en ubicaciones específicas se pueden estimar utilizando datos para las regiones climáticas o mapas climáticos adaptados y así clasificarse utilizando esquemas de ordenación climática que existen también especificados para fines fotovoltaicos como, por ejemplo, el esquema fotovoltaico de Köppen-Geiger. Para la determinación de cargas microclimáticas, que suelen ser parámetros de entrada para los modelos de degradación, se necesitan más cálculos. El informe presenta posibles formas de determinar los datos necesarios para los parámetros microclimáticos más importantes que son la temperatura y la humedad. Estos datos también son muy importantes para la definición de pruebas aceleradas, que pueden proporcionar parámetros específicos del módulo para la vida útil y la predicción de la degradación.
El Capítulo 3 también describe las pruebas básicas de envejecimiento acelerado, como se describe en las respectivas normas IEC,y cómo pueden soportar la predicción y el modelado de la degradación y la vida útil, así como sus limitaciones.
El Capítulo 4 aborda los enfoques generales de modelado de la degradación y la vida útil, incluidos los problemas relacionados.
Comienza en la sección 4.1 con cuestiones generales de modelado empírico que uno debe tener en cuenta cuando se trabaja en soluciones de modelado matemático para la predicción de la vida útil y la degradación y la interpretación de resultados.
Existen enfoques muy diferentes para el modelado empírico de la predicción del rendimiento de vida útil y la vida útil de productos como el modelado estadístico empírico de módulos fotovoltaicos y el modelado físico empírico.
Los modelos físicos empíricos son aquellos que utilizan formas analíticas o numéricas para representar la física y química fundamentales de los fenómenos. Los modelos estadísticos, a menudo denominados modelos basados ??en datos, utilizan formas matemáticas que pueden ajustar los datos (medidos) sin relación directa con los procesos físicos o químicos.
Ambos enfoques usan datos empíricos (medidos) para determinar parámetros que pueden usarse para predecir el comportamiento futuro.
La sección 4.2 introduce, por un lado, modelos para modos o fenómenos de degradación específicos de los módulos (por ejemplo, chapa posterior o agrietamiento de la celda o corrosión electroquímica). Por otro lado, se presentan enfoques de modelado para efectos de degradación de componentes y materiales. Aquí se hace especial hincapié en la degradación de los materiales poliméricos, ya que se sabe que estos materiales son sensibles a los efectos de degradación causados ??por los factores estresantes climáticos típicos, como la alta temperatura, la humedad y la radiación ultravioleta.
Los enfoques de modelado que utilizan modelos predictivos y modelos mecánicos inferenciales se presentan utilizando la degradación de polietilentereftalato (PET) como ejemplo capturable. Se muestra que son necesarios diferentes enfoques de modelado para describir todos los efectos de degradación. Se pueden identificar los puntos débiles de los módulos y se puede respaldar la optimización enfocada de los productos.
Los modelos de degradación del rendimiento se abordan en la Sección 4.3, que son los modelos centrales para la predicción de la degradación de módulos a lo largo del tiempo para tipos y ubicaciones específicos. Combinados con condiciones definidas de final de vida útil, estos modelos se pueden utilizar para predecir la vida útil.
Se presentan diferentes enfoques que se han desarrollado específicamente para módulos fotovoltaicos. Partiendo de un enfoque centrado en los procesos físicos y químicos y la aplicación específica. También una perspectiva para desarrollar modelos de tasa de pérdida de rendimiento (PLR) siguiendo la metodología estadística, además de incluir los procesos para determinar los parámetros relevantes a partir de datos de campo.
Los enfoques de modelado se presentan incluyendo la visión metodológica del problema, los datos de entrada utilizados y los parámetros relacionados con tipos de módulos específicos o condiciones climáticas locales, hasta cálculos de tasas de degradación a lo largo del tiempo o vida útil restante (RUL) o vida útil total esperada.
El último trabajo científico muestra que los modelos de degradación y vida útil de los módulos fotovoltaicos son de uso específico si combinan diferentes enfoques de modelado e incluyen conocimientos y parámetros de modelado de los efectos de degradación más relevantes.
Dichos modelos pueden diferenciar entre el comportamiento de diferentes tipos de módulos e incluir la situación en diferentes ubicaciones de servicio. Para algunos módulos, también es necesario utilizar enfoques de modelado de varios pasos para permitir resultados significativos.
Los enfoques avanzados de análisis y modelado de datos también permiten la determinación de firmas de degradación que pueden estar relacionadas con efectos de degradación específicos. Se espera que este enfoque sea muy útil en futuros trabajos para identificar fallas basadas en datos operativos.
Dado que las incertidumbres de los parámetros de entrada pueden tener un impacto significativo en los resultados, pero a menudo no son totalmente evitables, estos temas se tratan en el Capítulo 4.3.
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