Shingle todo el camino

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Fuente: https://www.pv-magazine.com

Si bien las celdas de tejas han existido por un tiempo, la adopción de la tecnología por parte de Tongwei es notable, ya que es un fabricante con una escala considerable. Si el shingling puede superar algunos obstáculos, podría resultar una solución bienvenida ya que los sitios sin sombra para la energía fotovoltaica se vuelven difíciles de alcanzar en los mercados solares maduros.

Una instalación con módulos de tejas de Tongwei. Foto: Tongwei

Los nuevos módulos solares con tejas de más de 400 W ya están en el mercado y satisfacen la demanda de productos de alta potencia, más duraderos y elegantes, totalmente negros. El gigante celular chino Tongwei es responsable de los nuevos módulos: su serie Terra lanzada en 2022. La serie Terra viene en clases de potencia de 400 W a 430 W, con eficiencias que van del 20,1 % al 21,7 %.

Tongwei se destaca como un importante proveedor chino que adopta el shingling, que consiste en cortar las células solares en tiras que luego se interconectan a través de un adhesivo conductor de electricidad (ECA), que se superponen ligeramente a lo largo del borde largo de la célula.

El jefe del departamento de módulos de tejas de Tongwei, Yan Li, dice que los productos de tejas ofrecen «ventajas en potencia, eficiencia y confiabilidad» y ventajas técnicas debido al «empaquetado de alta densidad y la interconexión flexible».

“Sin embargo, creemos que los módulos de tejas de alta eficiencia Terra diferenciados con apariencia estética apuntarán a algunos mercados y aumentarán nuestra participación e influencia de marca en el segmento residencial”, dice Li. Además de una estética elegante y potencia, las tejas también brindan durabilidad, afirma Li, debido a su «bajo riesgo de puntos calientes, resistencia a las microfisuras y rendimiento de carga mecánica excepcional».

Tongwei, que tiene 70 GW de capacidad de celda anual, y planea llegar a 130 GW a 150 GW para 2026, informa que tiene 6 GW de líneas Terra, mientras que la capacidad del módulo ha alcanzado los 14 GW, incluidas las series de medio corte.

reclamos de PI

Si bien la adopción de las tejas por parte de Tongwei representa un gran desarrollo de la tecnología a escala, la comercialización de las tejas lleva años en desarrollo. Solaria Corporation, con sede en Silicon Valley, fundada en 2000, comenzó a vender módulos PowerXT con tejas en 2016. Solaria afirma tener «más de 250 patentes emitidas y pendientes en el campo», muchas de las cuales, presumiblemente, se relacionan con tejas.

La empresa californiana ha defendido con contundencia lo que considera su propiedad intelectual (PI). En junio de 2022, resolvió una demanda por infracción de patente presentada en 2020 contra el fabricante chino-canadiense Canadian Solar por presuntamente infringir su tecnología de tejas.

Solaria quiere fusionarse con el instalador Complete Solar y hacer flotar el negocio resultante de Complete Solaria como una empresa integrada verticalmente similar a SunPower. Complete Solaria fabricaría módulos PowerXT con tejas con una salida de alrededor de 400 W bajo un «modelo de bajo gasto de capital [gasto de capital]», con producción «por fabricantes en Tailandia, Camboya, Vietnam e India».

IP robusta

Tongwei dice que comenzó el módulo de I+D en 2016 y le dio importancia al establecimiento de un sistema de propiedad intelectual. «Desde el comienzo del proyecto de productos de tejas, Tongwei ya comenzó el diseño al final de la patente», dice Li. «Después de siete años, Tongwei ha formado una hoja de ruta de tecnología de tejas independiente».

George Touloupas, director sénior de tecnología y calidad del proveedor de control de calidad Clean Energy Associates (CEA), señala las declaraciones de Tongwei de que la empresa tiene su “propia manera de interconectarse”, libre de problemas de propiedad intelectual. Touloupas agrega: «El director de tecnología del módulo de tejas es anteriormente de SunEdison y está trayendo su experiencia en tejas de esa compañía a Tongwei».

Mirando debajo del capó, Touloupas observa que el enfoque de interconexión utilizado por Tongwei parece tener beneficios adicionales. «Tongwei también está explorando una tecnología de interconexión diferente en la que las celdas de tejas siguen un patrón irregular, que es aún más resistente a los puntos calientes y tiene menos pérdidas debido al sombreado».

Diseño de matriz

Investigadores del Fraunhofer ISE de Alemania publicaron los resultados de las pruebas de un diseño de celda de módulo de tejas en la revista Progress in Photovoltaics en 2021. En el artículo, los investigadores denominan a la técnica un «diseño de matriz» mediante el cual las piezas de celda cortadas se colocan en un patrón compensado. , “por la mitad de la longitud de una celda”, con celdas de tejas cortadas por la mitad colocadas en los bordes para dar como resultado un formato de módulo rectangular estándar.

“Al cambiar las celdas solares de una fila a otra la mitad de la longitud de la celda, se logra una interconexión paralela adicional de todas las celdas solares dentro de cada fila”, escribieron los investigadores.

El equipo de Fraunhofer ISE probó los módulos de tejas de matriz en varios escenarios de sombreado, incluso con sombreado en diagonal a través del módulo, y descubrió que el diseño de la matriz resultó en un rendimiento energético significativamente mayor. La corriente eléctrica podría pasar por alto las áreas sombreadas de manera más efectiva debido al diseño de celdas desplazadas. El diseño también redujo el riesgo de que se produjeran mecanismos que causaran puntos calientes, como resultado del sombreado parcial.

A medida que las ubicaciones ideales y sin sombra para la energía solar se vuelven cada vez más escasas, los investigadores de Fraunhofer concluyeron que el diseño de la matriz sería cada vez más valioso. “El enorme potencial para la generación de energía solar se encuentra con una gran variedad de condiciones de sombreado irregular, lo que hace que la tolerancia al sombreado sea un aspecto muy importante”, escribieron los académicos.

Los desafíos permanecen

Los avances en la tecnología de tejas y su adopción en la fabricación a mayor escala apuntan a que la tecnología podría entrar en una nueva era de desarrollo. Sin embargo, la competencia de otras tecnologías seguirá siendo feroz.

“Hace cuatro o cinco años, los módulos de tejas tenían una ventaja de aproximadamente [un] 10% de eficiencia en comparación con los módulos ordinarios de cuatro barras colectoras de celda completa en ese momento; ese ya no es el caso”, dice Touloupas de CEA. “Con la introducción de celdas de medio corte, multibarra, pavimentación o alicatado; esta ventaja de eficiencia del área del módulo del 10 % se ha evaporado”.

Como argumentan Tongwei y otros defensores de las tejas, hay una serie de ventajas más allá de la eficiencia. El uso de ECA en lugar de barras colectoras, que contienen plomo, es una de esas ventajas: agrega credenciales ambientales al enfoque de tejas, además de durabilidad, tolerancia al sombreado y estética. Al igual que con algunas otras tecnologías de alta eficiencia, el contenido de plata en ECA tendrá que seguir bajando para que su uso sea sostenible en volúmenes más grandes.

ECA con bajo nivel de plata

ECA tiene un contenido de plata relativamente alto: los académicos han observado hasta un 70% a 80% en productos comerciales en 2019. Sin embargo, eso podría cambiar gracias a las partículas conductoras recubiertas de plata y las formas de partículas optimizadas. «Probablemente comenzamos con la reducción del consumo de plata de nuestros adhesivos, tal vez hace 10 años», dice Rich Wells, director de tecnología de Nagase Chemtex America, de propiedad japonesa y con sede en Ohio, un fabricante con más de 15 años de experiencia en el suministro de empresas de energía solar. . “Recientemente, diría que en los últimos cinco años, ha habido algunos avances muy buenos”. Wells dice que el progreso en la reducción del contenido de plata de ECA destinado a la energía solar se ha producido a través de dos desarrollos clave. El primero es el reemplazo de partículas de plata pura con alternativas recubiertas de plata. Cobre en el núcleo de las partículas, dice Wells, “Es una de las muchas opciones que hay”. Nagase Chemtex trabajó con investigadores del Centro de Investigación de Energía de los Países Bajos para desarrollar partículas recubiertas de plata para ECA. Los científicos de la empresa de Ohio también están tratando de optimizar las formas de las partículas. Las partículas más largas y planas brindan una conductividad equivalente a partir de un volumen más pequeño de metal conductor. «Los modelos de filtración, para construir una red conductiva a través del sistema, indican que puede crear esa red de conductividad con una carga [de metal] más baja si tiene una relación de aspecto más alta», dice Wells. Mark Francis, gerente de ventas y marketing de Nagase Chemtex, tiene una larga trayectoria en la industria de los semiconductores. Él dice que, al unirse a la compañía principalmente para desarrollar su negocio de energía solar, se sorprendió al saber que los fabricantes de energía fotovoltaica estaban usando soldadura de plomo para la interconexión de celdas. “Estamos viendo el impulso de la reducción de plata tanto en la red celular como en la interconexión”, dice Francis. “Lo que me pregunto es, ¿cuándo darán la vuelta y dirán que ya no queremos hacer la interconexión celular con plomo?”

Tongwei informa que está trabajando para optimizar tanto la fuerza de unión del ECA como su conductividad, que denomina sistema sin plata y con plata, respectivamente. “Estamos comprometidos a llevar nuestra serie Tongwei Terra eficiente y ecológica a más hogares”, afirma la compañía.

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