Degradación de los paneles solares: ¿Qué es y por qué debería importarte?

Actualizado: 16/09/2024

Para entender las limitaciones de la vida útil de los módulos fotovoltaicos, hay que comprender el concepto de degradación de los paneles solares. Este es el principal fenómeno que afecta a la vida útil de los módulos fotovoltaicos y que provoca su rotura. En este artículo, le explicaremos todo lo que debe saber al respecto y le daremos consejos para reducir la degradación de los paneles solares.

¿Qué es la degradación de los paneles solares?

La degradación de los paneles solares comprende una serie de mecanismos por los que un panel fotovoltaico se degrada y reduce su eficiencia año tras año.

El envejecimiento es el principal factor que afecta a la degradación de los paneles solares, ya que puede causar corrosión y deslaminación, y también afecta a las propiedades de los materiales fotovoltaicos.

Otros mecanismos de degradación que afectan a los módulos fotovoltaicos son la degradación inducida por la luz (LID), la degradación inducida por el potencial (PID), la exposición al exterior y los factores ambientales.

Existen varias herramientas y técnicas para determinar la degradación de los paneles solares, entre las que se incluyen la inspección visual, la termografía infrarroja, la electroluminiscencia (EL) y la calibración del rendimiento.

¿Cuál es el impacto de la degradación de los paneles solares en su sistema fotovoltaico?

La degradación de los paneles solares está causada por el envejecimiento y no sólo afecta a las grandes instalaciones fotovoltaicas, sino que está presente en todas las instalaciones fotovoltaicas sobre tejado del mundo.

Por ello, es una preocupación para los propietarios de viviendas con sistemas fotovoltaicos sobre tejado y para los hogares que consumen energía solar de la red.

Las tasas de degradación de los paneles fotovoltaicos se estiman en un 0,5% anual, considerando un sistema fotovoltaico bien mantenido y en condiciones ideales. Sin embargo, las tasas de degradación de los paneles solares pueden alcanzar en algunos casos extremos hasta el 1,4% o el 1,54% anual.

Esto pone de manifiesto la importancia de instalar módulos fotovoltaicos de alta calidad fabricados por empresas fiables y de realizar el mantenimiento de las instalaciones solares. Tomar todas las precauciones necesarias garantizará un índice mínimo de degradación de los paneles solares y una mayor vida útil de los sistemas fotovoltaicos.

Cuanto mayor sea el índice de degradación, mayores serán las pérdidas de energía que experimentará el sistema fotovoltaico a lo largo de su vida útil. Los fabricantes de paneles solares suelen establecer una referencia de los índices de degradación y cada tipo de módulo suele tener un gráfico de garantía de rendimiento que indica el porcentaje de rendimiento esperado frente al número de años.

Un panel solar con una tasa de degradación del 0,5% al año probablemente se acerque al 87% de su producción del primer año al final de su vida útil. Por su parte, un panel solar de baja calidad instalado en condiciones ambientales adversas podría tener una tasa de degradación del 1% anual, lo que reduciría su producción a sólo un 75% de la del primer año.

¿Qué causa la degradación de los paneles solares?

La degradación de los paneles solares no está causada por un único fenómeno aislado, sino por varios mecanismos de degradación que afectan a los módulos fotovoltaicos, pero la causa principal es la degradación relacionada con el envejecimiento.

Otras causas de la degradación de los paneles solares son, entre otras, el envejecimiento, la degradación inducida por la luz (LID), la degradación inducida por el potencial (PID) y el fallo de la lámina posterior. Analicémoslas con más detalle.

• Degradación por envejecimiento. El envejecimiento es el principal mecanismo de degradación que afecta a los módulos fotovoltaicos a lo largo de sus años de funcionamiento. Este mecanismo de degradación es consecuencia directa de la exposición de los módulos durante años a la lluvia, las nevadas, las temperaturas extremas, el granizo, el polvo y otros agentes externos. Cuando los módulos fotovoltaicos están expuestos a los agentes externos mencionados, empiezan a deteriorarse con el tiempo y a reducir su eficiencia. Esto se produce por la corrosión de los marcos de los paneles solares, la deslaminación del vidrio y la lámina posterior, y la pérdida de propiedades de los materiales fotovoltaicos, todo lo cual provoca una degradación media del 0,5% anual de los módulos fotovoltaicos.
• Degradación inducida por la luz (LID). Es un fenómeno que causa una aceleración en las tasas de degradación de los paneles solares, afectando a los módulos principalmente durante el primer año de funcionamiento. Es una consecuencia de la luz solar que acelera el proceso de oxidación entre el boro utilizado para recubrir los materiales fotovoltaicos y el oxígeno. Estos defectos se producen de forma natural cuando el oxígeno se combina con el silicio fundido durante el proceso Czochralski utilizado para el crecimiento del silicio monocristalino. El boro utilizado para recubrir las células solares se combina con el oxígeno y actúa como una trampa para los pares electrón-hueco, lo que afecta al proceso de generación de energía. La degradación de los paneles solares causada por el LID afecta en gran medida a los módulos fabricados con silicio monocristalino, especialmente a los de oblea tipo p. El efecto LID también es mayor en los módulos PERC.
• Degradación inducida por el potencial (PID). La degradación inducida por el potencial o PID es otro mecanismo de degradación que afecta a los módulos fotovoltaicos y reduce su eficiencia. A diferencia de la LID, la PID no afecta en gran medida a un tipo concreto de módulo fotovoltaico, sino que afecta por igual a los módulos fotovoltaicos monocristalinos, de silicio policristalino (policristalino) y de capa fina. Las instalaciones fotovoltaicas a gran escala presentan un alto voltaje por cadena que provoca una diferencia de potencial entre las células y el bastidor, lo que da lugar a una corriente de fuga que produce pérdidas de energía. La comprensión de la PID es aún incompleta y es necesario estudiarla más a fondo, pero se sabe que produce grandes pérdidas de potencia en los sistemas fotovoltaicos sin conexión a tierra con tensiones superiores a 1.500 V. Esto se asocia a los grandes sistemas fotovoltaicos comerciales y a escala de servicios públicos.
• Fallo de la lámina posterior. El fallo de la lámina posterior es otra causa de degradación, siendo la principal causa de degradación prematura. Se ha determinado que entre el 9% y el 16% de los módulos fotovoltaicos sufren fallos en la lámina posterior. Esto es preocupante ya que la lámina posterior de un módulo fotovoltaico es la primera línea de defensa que aísla y protege los componentes internos de los agentes externos como la humedad, el viento, el polvo y la luz ultravioleta. La principal causa de la degradación de los paneles solares debido al fallo de la lámina posterior es la delaminación de la lámina posterior o la formación de grietas en el material. Cuando la lámina posterior falla, los componentes internos de los paneles solares quedan expuestos a los agentes externos, y la vida útil de los módulos fotovoltaicos se reduce.

¿Qué factores aumentan o reducen la degradación de los paneles solares?

Al igual que existen diferentes tasas de degradación de los paneles solares, hay factores que aceleran o reducen la degradación de los paneles solares.

Entre ellos se encuentran los materiales utilizados para fabricar los módulos fotovoltaicos, el proceso de montaje, el proceso de instalación, las prácticas de mantenimiento e incluso el clima.

• Calidad de los materiales. La mayoría de los módulos fotovoltaicos que sufren una degradación acelerada de los paneles solares lo hacen debido a los fallos de LID, PID y de la lámina posterior. Estos mecanismos de degradación se deben en parte a defectos en los materiales, por lo que se puede concluir que los módulos fotovoltaicos con materiales de mayor calidad se degradan a un ritmo más lento. Se pueden utilizar materiales y técnicas adicionales para ralentizar la corrosión y reducir la degradación de los paneles solares. Se ha demostrado que los sistemas de paneles solares pueden durar al menos 40 años en condiciones degradadas, pero algunas empresas pioneras de la industria solar han mejorado la tecnología y ofrecen garantías fotovoltaicas de 30 y 40 años.
• Montaje de los módulos. Los módulos fotovoltaicos pueden contar con materiales de alta calidad, pero requieren los procesos de fabricación más estrictos para garantizar el máximo rendimiento. La mejora de las técnicas de fabricación puede reducir la degradación de los paneles solares y prolongar la vida útil de los módulos fotovoltaicos. La Oficina de Tecnologías de la Energía Solar del Departamento de Energía de EE.UU. financia actualmente un equipo de investigación para desarrollar técnicas que podrían prolongar la vida útil de los módulos fotovoltaicos hasta 50 años o más.
• Instalación correcta. Durante el transporte y la manipulación de los paneles solares durante la instalación, los módulos están sometidos a tensiones mecánicas. Este estrés puede provocar la degradación del panel solar debido a la rotura de la lámina posterior y producir pérdidas parciales de energía o comprometer los componentes del módulo fotovoltaico. Para reducir la degradación del panel solar causada por el agrietamiento de la lámina posterior y aumentar la vida útil de los módulos fotovoltaicos, se recomienda que los módulos sean manipulados e instalados correctamente por profesionales certificados. Esto es especialmente importante cuando se trata de paneles solares de capa fina, que son más delicados.
• Mantenimiento regular. El mantenimiento regular es una táctica vital para reducir la degradación de los paneles solares en aplicaciones a gran y pequeña escala. El mantenimiento predictivo y preventivo puede aumentar la vida útil de los sistemas fotovoltaicos al reducir la degradación debida a la suciedad y el polvo, lo que se traduce en un mayor rendimiento del conjunto solar. La frecuencia con la que debe realizarse el mantenimiento puede variar en función de la presencia de polvo, nieve, hojas caídas y otras condiciones climáticas. El número de pájaros en la zona (asociado a la caída de pájaros) también puede aumentar la frecuencia de mantenimiento necesaria.
• Clima. Los fenómenos meteorológicos no son una variable que pueda controlarse, pero pueden tenerse en cuenta a la hora de instalar los módulos fotovoltaicos y de realizar el mantenimiento para evitar una mayor degradación de los paneles solares. El análisis previo a la instalación de sistemas fotovoltaicos a gran escala debe contemplar un estudio específico sobre la ubicación y los desastres naturales históricos, asegurando que el lugar es factible para la instalación. Una opción importante que puede tomarse a la hora de prepararse contra los fenómenos meteorológicos extremos es seleccionar módulos fotovoltaicos con mejores propiedades mecánicas. Esto puede incluir un mejor índice de protección contra la entrada, una clasificación de marco más dura, un vidrio con mayor resistencia a los impactos, etc.

Elegir los mejores módulos fotovoltaicos para minimizar la degradación.

Teniendo en cuenta que los paneles solares tienen una vida útil limitada, es importante señalar que pueden reciclarse y reutilizarse para el funcionamiento de la red, las estaciones de carga de vehículos eléctricos y otras aplicaciones. La mejor noticia es que los investigadores están trabajando actualmente en la ampliación de la vida útil de los módulos fotovoltaicos y en el desarrollo de técnicas para reducir la degradación de los paneles solares.

Los estudios que se están llevando a cabo buscan aumentar la durabilidad basándose en la fotografía de electroluminiscencia y el aprendizaje automático, mejorando la vida útil y el rendimiento de la instalación fotovoltaica con resultados probados mediante la implementación de sistemas de supervisión y control. Además, la aplicación de técnicas de refrigeración con agua para reducir la temperatura de los módulos fotovoltaicos también ha demostrado ser eficaz para prolongar la vida útil de los paneles solares.

Muchas veces las propuestas solares tienen en cuenta las simulaciones del primer año, lo que puede dar una idea errónea de que este rendimiento energético se mantendrá en el tiempo, cuando no es así.

Por eso, elegir el panel solar con menor índice de degradación es esencial para que el rendimiento en el tiempo sea lo más parecido posible al del primer año de instalación.

La mayoría de los fabricantes de paneles solares incluyen métricas que indican la garantía de rendimiento de sus productos, elegir módulos fotovoltaicos de alta calidad con mejores tasas de degradación asegurará sistemas fotovoltaicos que resistan mejor la degradación por envejecimiento que los convencionales y que proporcionen mejores resultados a largo plazo.