¿Qué es la tecnología CIGS en tejas solares?

Ventajas y explicación de la tecnología de paneles fotovoltaicos CIGS

Las soluciones solares de Tejas Borja donde las tejas fotovoltaicas se integran en la cubierta cerámica de forma que incidan lo mínimo posible en el diseño del proyecto original, presentan muchas más ventajas a parte de la estética.

El autoconsumo energético consiste en generar energía en el sitio donde se consume o cercano a este. Esto se consigue mediante una instalación realizada para el consumo propio y también ahorrar en la factura eléctrica. La elección del material para el tejado es determinante para garantizar la durabilidad, la estanquidad, la protección y la eficiencia energética de la vivienda. Sin perder de vista el aspecto estético de la misma, buscamos siempre un diseño optimizado según la función que ha de cumplir. La integración la obtenemos al utilizar las tejas cerámicas como elemento constructivo para cubrir las cubiertas inclinadas.

Con un impacto visual mínimo de los paneles solares y una fácil instalación, conseguimos la integración arquitectónica perfecta. Las tejas SOLARES de Tejas Borja son fabricadas para disimular los paneles solares hasta tal punto que pasen desapercibidas. Sin las típicas conexiones plateadas que vemos en la mayoría de los productos fotovoltaicos. Con los mismos solapes y encajes que la teja base aporta durabilidad y máxima estanqueidad.

Descubre la gama de tejas solares de TEJAS BORJA

Lo importante no es elegir una teja solar solamente por la integración. La tecnología utilizada en los paneles solares y los avances en este sentido nos ofrecen alternativas que buscan mejoras tanto en eficiencia, en diseño e incluso relacionado al medio ambiente.

La tecnología de paneles solares empleada en las tejas SOLARES de Tejas Borja es: Solar FLAT-5XL en dos versiones: Monocristalina o CIGS y Solar FLAT-10 en tecnología CIGS.

El termino monocristalino (silicio monocristalino) es bien conocido de los paneles habituales, pero ¿Qué es la tecnología CIGS? Explicamos a continuación las ventajas destacadas para este tipo de tejas solares.

Ventajas tecnología CIGS – paneles solares

CIGS, reconocido también como modulo capa fina, es el acrónimo formado por los elementos que lo compone: cobre, indio, galio y selenio, siendo libre metales pesados como Cadmio y Plomo. Solamente desde este aspecto es la tecnología fotovoltaica más amigable con el medioambiente desde su fabricación hasta su reciclaje.

MEJOR EFICIENCIA: SOLAR FLAT-10 CIGS

Descripción del fenómeno

La potencia generada por un panel FV depende en gran medida de la irradiación solar incidente, tal y como puede inferirse de sus gráficas P-V. Asimismo, frente a sombreados parciales, las celdas sombreadas son polarizadas en inversa, de modo que gran parte de la energía generada por el panel FV es evacuada en forma de calor en dichas celdas. Este fenómeno, también se da en paneles FV de tecnología CIGS (tecnología en teja Solar FLAT10) es mucho menos acusado que en paneles de tecnología c-Si o poly-Si (monocristalinos y policristalinos). En la siguiente imagen se puede observar cómo en los paneles FV CIGS de TEJAS BORJA (teja Solar Flat10) la energía generada cuando el panel es sombreado decae en mucho menor grado que en los paneles c-Si.

Comparativo sombras: c-Si vs. CIGS – paneles solares

Con las tejas solares CIGS de TEJAS BORJA no se hace necesario el uso de micro inversores u optimizadores MPPT individuales conectados a cada panel FV. Esto es especialmente atractivo en sistemas fotovoltaicos integrados en cubiertas con buen número de obstáculos como chimeneas, antenas, etc. en los que se prevén sombras parciales en ciertos momentos del día.

Por todo ello, las tejas solares CIGS de TEJAS BORJA se postula como la mejor candidata a integrar en el sistema fotovoltaico de aquellos emplazamientos en los que no es posible evitar el sombreado parcial de los módulos FV, ya que es la más efectiva en lo relativo a las sombras, además de ser más sostenible por no contener metales pesados.

MICROCRACKS

Descripción

Aparición de pequeñas fisuras o grietas en las células FV (concretamente en el material semiconductor), de variada casuística, que comportan una disminución en el rendimiento de la misma y, por tanto, del conjunto del panel FV, pudiendo llegar a provocar la reducción de su vida útil.

Por una parte, la disminución del rendimiento se concreta en una menor potencia generada debido a la discontinuidad eléctrica generada por la micro-fisura (del propio material semiconductor, de los colectores de corriente, de las soldaduras…). Por otro lado, la formación de discontinuidades en la celda (las cuales presentan una mayor resistencia eléctrica) puede suponer la aparición de puntos calientes (disipación de calor en la zona de elevada resistencia eléctrica), con la consecuente degradación de la celda y, por ende, del panel FV.

Casuística

Es prácticamente imposible garantizar que en todo el “ciclo vital” de un panel FV, desde que se conforman las láminas de material semiconductor y se ensamblan sus diferentes “capas” en el proceso de fabricación, hasta alcanzar el fin de su vida útil (unos 20-25 años), no aparecerán estas micro-grietas. Durante la fase de fabricación es primordial que la empresa manufacturera implemente procedimientos que garanticen la correcta manipulación, montaje y desplazamiento de los módulos a fin de evitar la aparición de las citadas micro-fisuras.

Asimismo, es determinante que, tras finalizado el proceso de fabricación, dichos paneles sean empaquetados, almacenados y transportados/distribuidos de forma apropiada, evitando en la medida de lo posible cambios bruscos de temperatura y golpes.

Por otro lado, durante la fase de instalación la empresa instaladora debe garantizar que los paneles serán convenientemente manipulados durante todo el proceso: desplazamientos de paneles y del personal instalador, fijación de paneles a las estructuras, conexionado, etc. Este es otro de los puntos críticos a la hora de evitar la aparición de micro-fisuras en el panel FV.

Por último, durante la operación de la instalación, el material semiconductor de los paneles FV sufre dilataciones y contracciones debido a los cambios de temperatura experimentados a lo largo del día, las cuales pueden llegar a ocasionar el crecimiento de la grieta a partir de desperfectos previos en la estructura del material semiconductor.

Debido al reducido tamaño de los paneles FV perfectamente integrados en las tejas de TEJAS BORJA, se reducen considerablemente las probabilidades de aparición de microcracks. Por un lado, su manipulación es más fácil, así como lo es también su instalación, evitándose el pandeo o golpeo del panel y, aún en caso de golpeo, el panel está integrado en una estructura metálica o cerámica, con lo que el impacto es absorbido por dicha estructura. Asimismo, al instalarse de forma secuencial a lo largo de la cubierta y no requerir de operaciones mecánicas en la instalación, se evita que el operario pise o golpee el panel en dichas operaciones.

Conclusiones

Las tejas solares de TEJAS BORJA por su diseño, prácticas de fabricación y método de instalación es muy improbable la aparición de micro-fisuras que un panel FV tradicional, básicamente por su reducido tamaño y rigidez.
En la siguiente imagen se puede observar una imagen perteneciente a un ensayo real de electroluminiscencia llevado a cabo sobre un panel fotovoltaico de 540Wp de c-Si de media celda. Se puede apreciar que en el pequeño sector mostrado del panel FV hay una gran cantidad de microcracks. Otros ensayos realizados a paneles instalados muestran un número aún mayor de defectos en el panel FV.

Microcracks (ejemplos)

El código de colores denota la severidad del defecto identificado, en orden ascendente: lila, verde, amarillo, rojo.

Como se puede evidenciar, el mercado actual de paneles de gran tamaño, provocan que cuando se analiza el panel, puede aparecer, importantes daños “ocultos” que afectan al rendimiento y vida operativa del panel.

HOT-SPOT E INCENDIO CIGS

Descripción del fenómeno

El fenómeno del “punto caliente” o “hot spot”, como se le conoce internacionalmente, consiste en un sobrecalentamiento excesivo de parte del panel FV, ocasionando su eventual deterioro e incluso combustión.

Casuística

Cuando el panel FV es parcialmente sombreado o un objeto/defecto bloquea totalmente la incidencia de la radiación solar (como una hoja, polvo, un golpe en el panel frontal, microcracks en el material semiconductor, etc.) aquellas celdas FV afectadas pueden llegar a polarizarse en inversa. Esto quiere decir que la celda empieza a comportarse, en parte, como una resistencia que disipa, en forma de calor, parte de la energía generada por el resto de las celdas FV, con el consecuente aumento de temperatura del área del panel FV afectada. La energía disipada en la celda sombreada será tanto mayor como la diferencia de irradiación solar respecto del resto de celdas FV. Este fenómeno podría evitarse asociando en paralelo a cada celda FV un diodo de bypass, lo cual, en la práctica, sólo se lleva a cabo por conjuntos de celdas FV asociadas en serie, con lo que el fenómeno se evita en cierto grado, pero no se elimina.

El fenómeno del hot-spot es especialmente acusado en los módulos FV de tecnología tradicional, como es el c-Si o el poly-Si (Tecnología Cristalian). En los paneles FV de tecnología “thin film” o lámina delgada y, más concretamente, en los paneles CIGS, el efecto del hot-spot y los riesgos asociados a éste, como es la combustión del propio módulo, desaparecen, ya que el sombreado parcial de parte del módulo, o incluso el bloqueo total de parte de éste, apenas suponen un ligero aumento de temperatura. En el caso que nos ocupa, TEJAS BORJA ha llevado a cabo los más exhaustivos experimentos para confirmar y constatar este hecho, cuya descripción y resultados más reseñables se introducen seguidamente:

El incremento de temperatura de las celdas sombreadas en el panel CIGS varía entre 0,9ºC y 2,9ºC en función del porcentaje del área sombreada (desde un 25% hasta un 75%).
En caso de bloqueo total de parte del panel FV el aumento de temperatura experimentado por el panel CIGS es de apenas 2ºC.
Por último, en el caso en que los diodos de bypass de la Junction Box no funcionasen correctamente el aumento de temperatura en las celdas CIGS apenas aumentaría 14ºC.

Por otro lado, cabe destacar que las tejas solares FLAT-5XL de TEJAS BORJA, en tanto que están constituidas por una teja cerámica especialmente diseñada para integrar el panel FV, y la teja cerámica es inherentemente ignífuga.

Conclusiones

Gracias a la tecnología CIGS incorporada en las tejas solares FLAT-10 de TEJAS BORJA, se evita el efecto del punto caliente y las consecuencias que éste comporta sobre la teja solar y que podría llegar a acarrear sobre la propia vivienda en caso de producirse un incendio del panel.
Gracias a la teja cerámica y a los diodos de bypass en conjunción con el reducido número de celdas FV asociadas en serie a las tejas monocristalinas de TEJAS BORJA, el efecto del punto caliente es acotado al extremo.
Como ya se analizó en otro informe técnico de TEJAS BORJA, el diseño, fabricación e instalación de las tejas solares de TEJAS BORJA minimizan la posibilidad de aparición de microcracks, una de las posibles causas de formación de puntos calientes en el panel FV.
Las tejas solares de TEJAS BORJA son, por tanto, seguras de utilizar desde cualquier punto de vista y en este caso concreto, se ha probado que lo son también desde el punto de vista de la aparición de puntos calientes.
En la siguiente imagen se puede observar la diferencia de comportamiento de una teja solar CIGS de TEJAS BORJA respecto de un panel de c-Si frente al bloqueo de parte de los mismos por la hoja de un árbol (CIGS Izquierda; c-Si Derecha):