La radiación ultravioleta (UV) podría estar acortando silenciosamente la vida útil de los paneles solares de próxima generación hasta en diez años, y los estándares de prueba actuales de la industria podrían no reflejar completamente las condiciones del mundo real.
Así lo reveló un nuevo estudio realizado por investigadores de la Universidad de Nueva Gales del Sur (UNSW Sydney), una de los 20 mejores centros superiores a nivel mundial.
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Para obtener ese resultado, los científicos desarrollaron un modelo de alta precisión para calcular cuánta radiación ultravioleta reciben los paneles solares en diferentes ciudades, dependiendo del clima, las condiciones atmosféricas y la configuración de montaje.
Este estudio proporciona, destaca la universidad, la primera comparación a escala mundial de la exposición a los rayos UV para sistemas solares de inclinación fija y de seguimiento solar, ofreciendo a la industria solar una nueva forma de predecir el rendimiento y la durabilidad a largo plazo.
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La investigación describe que si bien los paneles solares de silicio tradicionales dependen principalmente de la luz visible e infrarroja para generar electricidad, las nuevas tecnologías de alta eficiencia están diseñadas para capturar una porción más amplia del espectro solar, que incluye la luz ultravioleta.
Pero esa mejora puede acarrear consecuencias imprevistas, alerta este trabajo, que fue liderado por Shukla Poddar y supervisado por Bram Hoex y Merlinde Kay, con contribuciones de Phillip Hamer y Shuo Liu.
“Nuestros resultados ponen de manifiesto que los módulos con tecnología y orientación similares aún pueden presentar una degradación específica de cada región”, afirman los investigadores en el artículo, quienes explican que eso se debe a la influencia del clima y las condiciones meteorológicas locales al exponerse a condiciones exteriores.
Esto subraya la necesidad de -detalla el estudio- realizar pruebas en interiores específicas para cada clima y pruebas aceleradas para garantizar la fiabilidad y obtener mejores predicciones de vida útil.
“Cabe destacar que la fotodegradación por rayos UV por sí sola puede representar casi una cuarta parte de la degradación anual total en los módulos de silicio monocristalino en regiones con alta dosis de radiación UV, lo que podría reducir la vida útil del sistema entre 7 y 10 años”, señala la investigación, que fue publicado en la revista IEEE Journal of Photovoltaics.
Hasta ahora, resalta este estudio, no existía una forma integral de estimar cuánta radiación UV recibirá un panel solar en una ubicación determinada, especialmente una vez que los paneles estén inclinados o montados en sistemas de seguimiento.
Un mapa global sobre radiación UV
La investigación universitaria explica que la mayoría de los datos sobre radiación UV se miden en superficies horizontales, lo que no refleja cómo se instalan realmente los paneles.
“Hemos desarrollado un método para cuantificar la cantidad de radiación ultravioleta basándonos en diferentes longitudes de onda espectrales, y hemos elaborado un mapa global que muestra lo que se puede esperar según la ubicación”, afirma Poddar, autor principal del estudio.
Agrega que este sistema “ofrece una visión integral a los fabricantes o promotores que deseen instalar paneles en algún lugar, sin tener que realizar ellos mismos todos los cálculos previos”.
Este método de modelización se validó -explica- al utilizar instrumentos de medición de rayos UV de alta precisión en Europa y se comparó con los conjuntos de datos climáticos a largo plazo. También, el sistema puede incorporar datos atmosféricos locales, como nubes, vapor de agua y aerosoles, lo que permite a los desarrolladores adaptar las evaluaciones.
Entre las conclusiones de la investigación, la UNSW Sydney destaca que los paneles solares montados en sistemas de seguimiento —que se mueven a lo largo del día para seguir al sol— están expuestos a una radiación UV significativamente mayor que los sistemas de inclinación fija.
“Para los seguidores solares de un solo eje o de doble eje, la situación es aún peor”, afirma Poddar y apunta que “siempre intentan seguir al sol para captar la máxima cantidad de luz solar. Esto significa que también reciben la máxima radiación UV, lo que hace que esos paneles sean más susceptibles y vulnerables”.
En regiones con alta irradiancia, el estudio establece que la degradación relacionada con los rayos UV en los sistemas de seguimiento de un solo eje podría alcanzar alrededor del 0,35 % anual solo por los rayos UV. “Esa cifra puede no parecer impactante al principio. Pero cuando se cuantifica a lo largo de 20 años, se acumula con bastante rapidez”, refiere.
Los fabricantes suelen citar tasas de degradación totales de alrededor del 0,5 % anual, asumiendo a menudo una disminución constante y lineal, detalla el estudio, que sugiere que la degradación podría no ser estrictamente lineal y que la radiación UV podría representar una fracción significativa de la pérdida total de rendimiento.
Reforzar o modificar los estándares de las pruebas
La UNSW Sydney indica que las normas internacionales exigen que los módulos solares superen una prueba de radiación UV equivalente a 15 kilovatios-hora por metro cuadrado. Pero el estudio demuestra que en algunos entornos con alta irradiancia, como Alice Springs (Australia), los paneles pueden recibir esa cantidad en poco más de un mes.
“Se trata de una subestimación significativa de la cantidad de radiación UV a la que pueden estar expuestos los paneles”, afirma el investigador Poddar y explica que “un módulo puede superar la prueba UV, pero en realidad, su rendimiento podría ser mucho peor porque no disponemos de pruebas lo suficientemente rigurosas”.
La universidad resalta que estos hallazgos son relevantes a medida que las tecnologías modernas de alta eficiencia, como las células TOPCon y las de heterounión, se generalizan, y algunos informes recientes de la industria ya documentan una notable sensibilidad a los rayos UV en ciertos diseños.
“Uno de los mensajes clave de nuestro estudio es que los estándares de prueba de radiación UV deben reforzarse o modificarse. Dado el rápido despliegue de nuevas tecnologías fotovoltaicas de alta eficiencia, debemos asegurarnos de que los estándares reflejen las condiciones reales”, añade el investigador.
Los autores del estudio consideran que la nueva herramienta de modelado está diseñada para ayudar a fabricantes, desarrolladores y propietarios de activos a tomar decisiones mejor fundamentadas. (I)