Evaluación y análisis de defectos en módulos solares fotovoltaicos

• Autores: Ana María Diez Suárez
• Directores de la Tesis: Jorge Juan Blanes Peiró (dir. tes.), Miguel de Simón Martín (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad de León ( España ) en 2024
• Idioma: español
• Número de páginas: 283
• Títulos paralelos:
  • Evaluation and analysis of defects in photovoltaic solar modules
• Tribunal Calificador de la Tesis: Antonio Colmenar Santos (presid.), David Borge Diez (secret.), Clara Pérez Molina (voc.)
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• Resumen
  • español

    El objetivo principal de esta tesis doctoral se focaliza en la identificación, medida y análisis de defectos en módulos fotovoltaicos de silicio monocristalino. Aunque algunos defectos simplemente tienen connotaciones estéticas, se ha comprobado que en ciertos casos pueden dar origen a fallos críticos. Por ello, su correcta evaluación y determinación tiene un impacto significativo a la hora de tomar decisiones en el mantenimiento de la planta, ya que pueden menoscabar la capacidad de producción de toda la instalación y, por ende, perjudicar notablemente su rentabilidad.

    En primer lugar, se realiza una revisión sistemática de los tipos de defectos que pueden afectar a módulos fotovoltaicos comerciales, centrando el estudio en la tecnología de silicio monocristalino, por ser la tecnología de módulos más extendida en la actualidad (al menos en instalaciones en España). Los principales defectos registrados en la literatura científica y técnica a este respecto son la baba de caracol, fracturas de célula, puntos calientes, burbujas y decoloración del encapsulante.

    Los resultados obtenidos en la revisión han permitido desarrollar un protocolo específico para la inspección de campos fotovoltaicos. Dicho protocolo se ha aplicado a una instalación de producción de 100 kW de potencia nominal ubicada en la provincia de León. Para organizar los datos recogidos, mantener un registro documental del estado de la planta y diseñar adecuados procedimientos de inspección y mantenimiento, se ha utilizado una aplicación específica en un sistema de información geográfico (SIG). De esta forma, se han podido registrar los defectos observados en la inspección a nivel de célula, así como registrar las medidas de parámetros eléctricos a nivel de módulo y acceder de forma eficaz a las imágenes y termografías de cada módulo tomadas durante la inspección.

    Tras la realización de tres campañas de medidas en años consecutivos en la planta de ensayo, se ha inferido que ciertos tipos de defectos, que habitual y únicamente se asocian con connotaciones estéticas del módulo, pueden afectar al rendimiento de esta y favorecer la aparición de fallos posteriores. Tal es el caso de las decoloraciones y la baba de caracol. Por otro lado, el seguimiento realizado de los parámetros eléctricos de los módulos demuestra que ciertos defectos pueden provocar un empeoramiento progresivo de las características de los módulos, conduciendo a un deterioro el rendimiento global de la planta. Sin embargo, los resultados obtenidos no son concluyentes en todos los casos.

    Las aportaciones realizadas por este trabajo en el ámbito del desarrollo de tecnologías solares fotovoltaicas y su mantenimiento permitirán el desarrollo de nuevas investigaciones con repercusión en el diseño, mantenimiento y gestión óptima de plantas solares fotovoltaicas.

  • English

    The primary aim of this doctoral thesis is to identify, measure, and analyze defects in monocrystalline silicon photovoltaic modules. While some defects may only have aesthetic implications, others can lead to critical failures. Correct evaluation and determination of these defects are crucial for maintenance decisions, as they can diminish the production capacity of the entire installation and significantly impact its profitability.

    The thesis begins with a systematic review of defects affecting commercial photovoltaic modules, focusing on monocrystalline silicon technology, the most widespread module technology in current installations, particularly in Spain. Key defects documented in scientific and technical literature include snail tracks, cell fractures, hot spots, bubbles, and encapsulant discoloration.

    A specific protocol for inspecting photovoltaic fields was developed based on these findings. This protocol was applied to a 100 kW typical solar photovoltaic power plant located in the province of León, Spain. To organize the collected data, maintain a documentary record of the plant's condition, and design suitable inspection and maintenance procedures, a Geographic Information System (GIS) application was used. By using this application, it was possible to record defects observed at the cell level during inspections, document electrical parameter measurements at the module level, and efficiently access images and thermography of each module.

    After conducting three consecutive annual measurement campaigns at the test plant, it was inferred that certain types of defects, typically associated only with aesthetic aspects of the module, can affect performance and promote subsequent failures. This is particularly true for discolorations and snail tracks. Furthermore, monitoring the electrical parameters of modules reveals that those affected by certain defects show progressive deterioration in characteristics, potentially impairing the overall plant performance. However, the results are not conclusive in all cases.

    The contributions of this work to the development of photovoltaic solar technologies and their maintenance are deemed significant and will enable new research impacting the design, maintenance, and optimization of photovoltaic solar plants.