Lo hallado podría ayudar a los investigadores en el desarrollo de pruebas de durabilidad mejoradas y de paneles solares más duraderos
A diferencia de los diamantes, los paneles solares no son para siempre. Los rayos ultravioleta, las ráfagas de viento y las lluvias torrenciales los desgastan a lo largo de su vida.
Los fabricantes suelen garantizar que los paneles soportarán los elementos durante al menos 25 años antes de experimentar caídas significativas en la generación de energía, pero informes recientes destacan una tendencia de los paneles a fallar décadas antes de lo esperado. Para algunos modelos, ha habido un pico en el número de láminas traseras agrietadas, las capas de plástico que aíslan eléctricamente y protegen físicamente la parte trasera de los paneles solares.
El agrietamiento prematuro se ha atribuido en gran medida al uso generalizado de ciertos plásticos, como la poliamida, pero la razón de su rápida degradación no ha estado clara. Al examinar de cerca las láminas traseras agrietadas a base de poliamida, los investigadores del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) y sus colegas han descubierto cómo las interacciones entre estos plásticos, los factores ambientales y la arquitectura de los paneles solares pueden estar acelerando el proceso de degradación. Lo hallado podría ayudar a los investigadores en el desarrollo de pruebas de durabilidad mejoradas y de paneles solares más duraderos.
Las grietas en las láminas a menudo aparecen primero cerca de ciertos puntos, como el espacio en forma de cuadrícula existente entre las células solares azules o negras productoras de electricidad, y pueden acabar por propagarse a través de todo el espesor de una lámina. Estos defectos dan paso a la infiltración de oxígeno y humedad y dañan el interior donde se encuentran las células y también permiten que la corriente eléctrica escape, aumentando los riesgos de electrocución.
Si se deja fuera durante el tiempo suficiente, cualquier lámina de plástico comenzará a desmoronarse, pero no todas las láminas son iguales. Algunos plásticos se deterioran mucho más rápidamente que otros.
"En el marco temporal de 2010 a 2012, se desplegaron muchos módulos que contenían láminas traseras de poliamida, que presentaron un dramático fallo de agrietamiento en tan solo cuatro años a pesar de cumplir con los requisitos estándar", dijo Xiaohong Gu, ingeniero de materiales del NIST y coautor del estudio.
Para llegar a la raíz del problema de degradación de la poliamida, Gu y su equipo adquirieron muestras de láminas de respaldo de paneles solares desplegados en regiones de todo el mundo, incluyendo sitios en los EE.UU., China, Tailandia e Italia. La mayoría de los paneles, que estuvieron en uso de tres a seis años, mostraron claros signos de agrietamiento prematuro.
Con las láminas de detrás desgastadas en la mano, los investigadores realizaron una serie de pruebas químicas y mecánicas para examinar los patrones y la gravedad de la degradación en toda su profundidad. Los resultados, descritos en la revista Progress in Photovoltaics: Research and Applications, mostraron que las áreas de las láminas que habían sufrido el peor agrietamiento eran las que se habían vuelto más rígidas. Y curiosamente, las áreas más quebradizas estaban en la parte interior de las láminas, dijo Gu.
¿Cómo podía la calidad del interior aislado disminuir más rápidamente que la capa exterior expuesta? Gu y su equipo especularon que la degradación inducida por la luz solar de la parte superior del encapsulante - una película que rodea las células solares - producía sustancias dañinas que descendían hacia las láminas, acelerando su descomposición. De ser cierto, el mecanismo propuesto explicaría por qué se forman grietas entre las células solares, ya que las sustancias químicas podrían encontrar paso hacia la parte posterior a través de estas regiones.
Los investigadores identificaron al ácido acético como el principal sospechoso, ya que se sabe que es dañino para la poliamida y se produce durante la degradación de un polímero comúnmente usado como encapsulante, llamado acetato de etileno y vinilo (EVA). Para probar su hipótesis, los investigadores guardaron varias tiras de poliamida en frascos de ácido acético y luego, después de cinco meses, analizaron cómo se descomponían en comparación con las tiras colocadas en el aire o en el agua.
Bajo el microscopio, aparecieron grietas que reflejaban las de las láminas de plástico desgastadas en la superficie de las tiras de plástico expuestas al ácido acético, que aparecían mucho peor que en las que habían estado en el aire o en el agua. El análisis químico mostró que los productos de degradación de la poliamida eran mayores en las tiras expuestas al ácido acético, lo que proporcionó más pruebas de que el ácido acelera el deterioro del material de la lámina posterior.
El estudio destaca la interacción entre los componentes de los paneles solares (el encapsulante EVA y la lámina posterior de poliamida en este caso) como un factor potencialmente crítico a considerar cuando se diseñan paneles solares construidos para durar.
Estos nuevos conocimientos sobre fallos prematuros también podrían ser valiosos para los investigadores del NIST y otros que buscan replicar el proceso de degradación en el laboratorio como una forma de probar y predecir la longevidad de los componentes de los paneles solares.
