Secondo una nuova ricerca del Fraunhofer ISE i test di laboratorio impiegati per valutare la degradazione indotta dai raggi UV sui pannelli solari TOPCon sovrastimerebbero il problema in alcuni casi
Valutata la rilevanza pratica dei test UV per il fotovoltaico TOPCon
Hanno superato le celle solari PERC divenendo la tecnologia fotovoltaica in silicio cristallino dominante. Con quote di mercato destinate a raggiungere l’80% del totale nel futuro prossimo. Parliamo dei moduli fotovoltaici TOPCon (Tunnel Oxide Passivated Contact), prodotti ad alta efficienza che stanno catalizzando investimenti industriali sempre maggiori. Ma con la crescita dell’interesse commerciale, crescono anche le preoccupazioni. In particolare quelle legate ai punti deboli dei pannelli solari TOPCon. Primo fra tutti la degradazione indotta dai raggi UV.
In questi anni, test di invecchiamento accelerato – condotti in laboratori a livello globale – hanno evidenziato significative perdite di potenza dopo l’esposizione ai raggi ultravioletti. Una vulnerabilità che non può che spaventare gli operatori del mercato, visto la rapida ascesa di questa tecnologia.
Oggi tuttavia, una nuova analisi condotta dal Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems (ISE), in Germania, offre una prima rassicurazione: i comuni test impiegati possono sovrastimare l’entità del problema rispetto all’effetto reale degli UV sul campo.
Per capire la questione nella sua interezza, è necessario fare qualche passo indietro.
Degradazione UV dei moduli fotovoltaici TOPCon
La degradazione indotta dai raggi ultravioletti (anche nota con l’acronimo inglese UVID) rappresenta uno dei diversi meccanismi di guasto e perdita delle prestazioni a cui possono andare incontro i pannelli solari.
Come lo stesso nome spiega, l’UVID identifica i danni provocati alle celle da fotoni altamente energetici (365 nm). I fotoni con un’energia maggiore di 3,4 eV hanno, infatti, la capacità di deteriorare una cella solare attraverso diversi meccanismi. Possono, ad esempio, scindere direttamente i legami Si-H e quindi creare possibili trappole di ricombinazione per i portatori di carica. Oppure possono generare i cosiddetti “portatori caldi” (hot carrier), ossia elettroni o lacune in grado di penetrare nello strato di passivazione superficiale, creando difetti.
L’entità finale della degradazione dipende da molti fattori che non sono correlati necessariamente alla progettazione stessa della cella. In tal senso avere a disposizione dei test di accelerazione che prevedano con precisione l’effetto della luce UV sui moduli fotovoltaici è essenziale.
E quello che le prove hanno fatto emergere finora è un quadro poco rassicurante. Una recente indagine dello stesso Fraunhofer aveva osservato un nuovo modello di degradazione durante i test indoor di esposizione ai raggi UV. “È stato osservato un modello che mostra gravi perdite (fino al -12% dopo 120 kWh/m2 ), seguite da un recupero dopo il test di congelamento dell’umidità, che può influenzare le prestazioni outdoor e i risultati dei test di certificazione (IEC 61730-2, Sequenza B)”, avevano spiegato gli scienziati a novembre dello scorso anno.
Queste preoccupazioni hanno portato l’Istituto a volerci vedere più chiaro.
Nuovi test per capire la reale degradazione UV dei moduli
“Purtroppo, molti tipi di moduli commerciali dell’attuale generazione fotovoltaica TOPCon reagiscono in modo sensibile ai raggi ultravioletti”, spiega Daniel Philipp, responsabile del Dipartimento per la Caratterizzazione e l’Affidabilità dei Moduli presso il Fraunhofer ISE. “Ciò è confermato anche dai moduli restituiti dal campo e dai confronti tra moduli invecchiati in laboratorio e outdoor. Tuttavia, il tasso di degradazione non sembra essere così drastico come si pensava in precedenza”.
Il team ha scoperto, infatti, che i comuni test UV possono amplificare significativamente l’effetto della degradazione sui pannelli fotovoltaici TOPCon. Effetto che può essere ridimensionato con una semplice stabilizzazione dopo la prova.
Nel dettaglio la loro analisi mostra che, durante le prove di laboratorio, la luce UV destabilizza i moduli a tal punto da far perdere loro diversi punti di efficienza nel successivo periodo di riposo al buio. Tuttavia una nuova esposizione alla luce solare porterebbe a un significativo effetto di recupero.
Lo studio indica che questo processo di stabilizzazione fornisce misurazioni di degradazione significativamente più vicine ai valori misurati nella pratica. E permette di evidenziare con più facilità i moduli più sensibili ai raggi UV da quelli meno sensibili.
Durante la sperimentazione alcuni pannelli solari TOPCon hanno mostrato una perdita di prestazioni pressoché nulla dopo i test UV a 60 kWh per metro quadrato (equivalenti all’incirca a un anno di esposizione ai raggi UV in Germania) e successiva stabilizzazione alla luce solare. Altri invece hanno comunque mostrato cali significativi delle prestazioni, fino al 5%, anche dopo la stabilizzazione.
“Raccomandiamo agli utenti di testare i moduli fotovoltaici in base alle ultime scoperte”, aggiunge Philipp. “I ricercatori devono analizzare ulteriormente il fenomeno per prevedere con maggiore precisione gli effetti a lungo termine della degradazione indotta dai raggi UV sulla resa dei moduli”.
