Ensayo de células fotovoltaicas

Enormes cantidades de producción, esperanza de vida larga y muy pocas o prácticamente sin directrices de ensayo. Esta es la situación actual en la que se encuentra sector solar fotovoltaico. Sin embargo, para poder sobrevivir en este mercado tan competitivo y poder alcanzar las cifras de rendimiento previstas a los precios más bajos, es imprescindible someter los productos a ensayo. La fuerte caída de precios que ha afectado a los últimos años solamente se puede superar con la mejor calidad, una producción rentable y la máxima seguridad.

En su día a día, un panel solar está sometido a condiciones ambientales extremas. La lluvia, el granizo, las tormentas, pero también las fuertes oscilaciones de la temperatura no deben influir en su funcionalidad. Deberán superar el peso de la nieve, el hielo e incluso los trabajos de montaje para llegar a una vida útil esperada de hasta 40 años. Estas son las expectativas, tanto en sus propiedades eléctricas como mecánicas. Sin embargo, justamente faltan las normas de ensayo que regulen las especificaciones mecánicas de los componentes. A parte de las directrices internas que atienden a acuerdos individuales entre proveedores y fabricantes, no existe ninguna garantía de calidad para los paneles solares. Dichos estándares y requisitos individuales del cliente requieren dispositivos y tareas de ensayo diseñados a medida. Aquí es donde entran en juego los expertos en ensayos de materiales.

Métodos de ensayo / estándares

DIN ISO 614

Shipbuilding and marine structures: toughened safety glass for rectangular windows and side scuttles; punch method of non-destructive strength testing (ISO 614:1989-09)

DIN EN 1288-5

Vidrio para la edificación - Determinación de la resistencia a flexión de vidrio - Parte 5: Ensayo con anillos concéntricos dobles sobre probetas planas, con pequeñas superficies de solicitación (ISO/DIS 1288-5:2007); versión alemana prEN ISO 1288-5

DIN EN 1465

Adhesivos. Determinación de la resistencia a la cizalla por tracción de montajes pegados solapados (ISO 4587:1979, modificada); versión alemana prEN 1465:2008

DIN EN 1464

Adhesivos. Determinación de la resistencia al pelado de uniones adhesivas. Método del rodillo móvil (ISO 4578:1990, modificada); versión alemana EN 1464:1994 (DIN EN 1464:1995-01) Sustituye a: DIN 53289:1979-09

DIN EN 1288-3

Vidrio para la edificación - Determinación de la resistencia a flexión de vidrio - Parte 3: Ensayo con probetas soportadas en dos puntos (flexión cuatro puntos), (ISO/DIS 1288-3:2007); versión alemana prEN ISO 1288-2:2007

IEC 61215 y EN 61215

zwickiLine mit Biegevorrichtung für Wafer-Prüfung

La norma IEC 61215 o EN 61215 describe en base a posibles efectos de envejecimiento los ensayos de calificación más variados para la solicitación artificial de los materiales utilizados en paneles FV. Se identifican los siguientes grupos de solicitación individuales:

Luz solar y UV
Clima (frío, calor, humedad, cambio climático)
Carga mecánica (granizo, succión y presión del viento, nieve)

Se considera que pasan los ensayos si, tras los tests de calificación no se detectan daños visuales notables y la potencia suministrada, así como las propiedades aislantes no han variado o han variado mínimamente respecto al estado original. El certificado de ensayo correspondiente a la IEC 61215 se ha establecido en los últimos años como sello de calidad para paneles FV cristalinos y, actualmente, se requiere dicho certificado por la mayoría de autoridades nacionales e internacionales.

Norma IEC o EN 61215 para paneles de capa gruesa e IEC o EN 61646 para paneles de capa fina (células fotovoltaicas terrestres con calificación de diseño y homologación de paneles solares cristalinos)

El ensayo de acuerdo con la norma IEC 61215 es muy estricto, pues define que los paneles solares de la empresa deben resistir hasta 25 años a la intemperie, en prácticamente todas las latitudes y condiciones ambientales diversas de cualquier lugar del mundo. Si no se produce ningún error durante el procedimiento, el ensayo IEC dura en total 5 meses. Para poder cumplir esta norma tan estricta, un conjunto de paneles debe pasar un protocolo de ensayo medioambiental, que incluye radiación UV, temperaturas extremas, entre otros, una exposición prolongada a altas temperaturas y a la humedad, cargas mecánicas y torsiones y resistencia al granizo y al impacto de piedras. Paralelamente a los ensayos medioambientales, también se pone a prueba el rendimiento eléctrico, el aislamiento y posibles puntos "críticos" existentes de los paneles.

DIN EN 1288-2, octubre 2007

Vidrio para la edificación - Determinación de la resistencia a flexión de vidrio - Parte 2: Ensayo con anillos concéntricos dobles sobre probetas planas, con grandes superficies de solicitación (ISO/DIS 1288-3:2007); versión alemana prEN ISO 1288-2:2007

IEC 61646 y EN 61646

Stempeldruckversich an Sicherheitsglas nach DIN ISO 614 Form A und B

La norma IEC 61646 o EN 61646 describe en base a posibles efectos de envejecimiento los ensayos de calificación más variados para la solicitación artificial de los materiales utilizados en paneles de capa fina. Se identifican los siguientes grupos de solicitación individuales:

Luz solar y UV
Clima (frío, calor, humedad, cambio climático)
Carga mecánica (granizo, succión y presión del viento, nieve)

Se considera que pasan los ensayos si, tras los tests de calificación no se detectan daños visuales notables y la potencia suministrada, así como las propiedades aislantes no han variado o han variado mínimamente respecto al estado original. El certificado de ensayo correspondiente a la IEC 61646 se ha establecido en los últimos años como sello de calidad para paneles FV cristalinos y, actualmente, se requiere dicho certificado por la mayoría de autoridades nacionales e internacionales.

Ejemplos de soluciones de ensayo

Para entender cómo se realizan los ensayos destructivos de materiales en la fabricación de paneles solares y células fotovoltaicas, presentamos aplicaciones de ensayo a partir de un ejemplo de controles de producción en los diferentes pasos de producción de paneles de capa gruesa. Más información sobre los modelos más importantes de células fotovoltaicas: Los paneles solares y células fotovoltaicas son componentes eléctricos que transforman la radiación de la luz solar en energía eléctrica. Los componentes más importantes:

Las células fotovoltaicas, compuestas de silicio monocristalino y policristalino, tienen un uso muy generalizado en el centro de Europa por su elevada eficiencia (más del 20 %). Además, también destacan por su elevado grado de eficiencia por unidad de superficie. Por ejemplo, para un 1 Kwp se requieren aprox. 8 m² de tejado. El consumo de materiales y de energía durante la fabricación de estos módulos es relativamente elevado y, por ello, resulta indispensable su consecuente control de calidad.
Hay diferentes variantes de las células fotovoltaicas de capa fina, según el sustrato y los materiales que la recubren: silicio amorfo o microcristalino (a-Si, μ-Si), arseniuro de galio (GaAs), cadmio-telururo (CdTe), o bien compuestos de cobre indio (galio) azufre-selenio (CIGS). Las células de película fina se diferencian de los paneles basados en silicio cristalino especialmente en su proceso de producción y en los espesores de los materiales utilizados.
Células fotovoltaicas orgánicas (fabricadas de plásticos con propiedades semiconductoras)

Los requerimientos de ensayo pueden variar según las diferentes tecnologías aplicadas y, consecuentemente, por las diferentes técnicas utilizadas en cada caso.

Ensayo de pelado en láminas Tedlar

Las láminas plásticas de acetato de etilo vinilo (EVA) o resina para colada se laminan por ambos lados formando una protección impermeable anticorrosión. La placa queda protegida adicionalmente por una lámina Tedlar® o una placa de vidrio en la parte posterior. Con el ensayo de pelado a 90° se comprueba la resistencia de dichas uniones. Para ello, se fija una lámina Tedlar® con unas mordazas de tornillo y se desprende de la placa de vidrio tirando de ella. Para este ensayo también es adecuada la máquina de ensayos monocolumna, ya que se pueden ensayar perfectamente placas de diferentes tamaños. Dicho ensayo se lleva a cabo, por un lado, durante el proceso para comprobar el ajuste de los parámetros de la máquina y, por otro, tanto en el control de entrada de materiales como en el marco de un ensayo de recualificación una vez expirada la fecha de caducidad. Para satisfacer los estándares, la lámina Tedlar® debe soportar fuerzas de extracción de hasta 250 N.

Ensayo de pelado en láminas Tedlar

Las láminas plásticas de acetato de etilo vinilo (EVA) o resina para colada se laminan por ambos lados formando una protección impermeable anticorrosión. La placa queda protegida adicionalmente por una lámina Tedlar® o una placa de vidrio en la parte posterior. Con el ensayo de pelado a 90° se comprueba la resistencia de dichas uniones. Para ello, se fija una lámina Tedlar® con unas mordazas de tornillo y se desprende de la placa de vidrio tirando de ella. Para este ensayo también es adecuada la máquina de ensayos monocolumna, ya que se pueden ensayar perfectamente placas de diferentes tamaños. Dicho ensayo se lleva a cabo, por un lado, durante el proceso para comprobar el ajuste de los parámetros de la máquina y, por otro, tanto en el control de entrada de materiales como en el marco de un ensayo de recualificación una vez expirada la fecha de caducidad. Para satisfacer los estándares, la lámina Tedlar® debe soportar fuerzas de extracción de hasta 250 N.
Ensayo de desgarro de tracción entre la caja y el cable de conexión

Para el módulo fabricado se aconseja realizar diferentes ensayos de seguridad, tales como el de resistencia de la estructura del marco, la determinación de las fuerzas de compresión y de extracción de los conectores esquineros, los ensayos de arranque de conexiones eléctricas, así como ensayos de tracción, compresión y flexión en sistemas de montaje para la fijación de módulos. Los ensayos de arranque de cables en la caja de conexiones pueden llevarse a cabo con ayuda de una máquina de ensayos de dos columnas de la serie Allround. La caja de conexiones se sujeta mediante un portaprobetas especial. El cable de conexión se sujeta a través de unas mordazas de tornillo y se arranca de la caja con una fuerza de hasta 5 kN.

Ensayo de desgarro de tracción entre la caja y el cable de conexión

Para el módulo fabricado se aconseja realizar diferentes ensayos de seguridad, tales como el de resistencia de la estructura del marco, la determinación de las fuerzas de compresión y de extracción de los conectores esquineros, los ensayos de arranque de conexiones eléctricas, así como ensayos de tracción, compresión y flexión en sistemas de montaje para la fijación de módulos. Los ensayos de arranque de cables en la caja de conexiones pueden llevarse a cabo con ayuda de una máquina de ensayos de dos columnas de la serie Allround. La caja de conexiones se sujeta mediante un portaprobetas especial. El cable de conexión se sujeta a través de unas mordazas de tornillo y se arranca de la caja con una fuerza de hasta 5 kN.
Ensayo de punzonado en cristal de seguridad según la DIN ISO 614 Forma A y B

En el ensayo de punzonado se coloca una placa de vidrio de 25 x 25 mm sobre un dispositivo de flexión de doble anillo (formado por un anillo de apoyo y de carga, así como un pasador de tope para fijar la probeta). A continuación, un punzón de ensayo es sometido a una determinada fuerza hasta la rotura. El contenedor metálico evita que las astillas entren en el accionamiento de la máquina. Dicho ensayo se lleva a cabo de forma estándar con una máquina de ensayos de dos columnas con una Fmáx. de 50 kN.

Ensayo de punzonado en cristal de seguridad según la DIN ISO 614 Forma A y B

En el ensayo de punzonado se coloca una placa de vidrio de 25 x 25 mm sobre un dispositivo de flexión de doble anillo (formado por un anillo de apoyo y de carga, así como un pasador de tope para fijar la probeta). A continuación, un punzón de ensayo es sometido a una determinada fuerza hasta la rotura. El contenedor metálico evita que las astillas entren en el accionamiento de la máquina. Dicho ensayo se lleva a cabo de forma estándar con una máquina de ensayos de dos columnas con una Fmáx. de 50 kN.
ProLine con ensayo de flexión en 4 puntos en vidrio para edificación según la EN 1288-3

Para comprobar la seguridad de la placa de vidrio utilizada se puede llevar a cabo tanto un ensayo de punzonado estático según la norma EN 1288-5 como un ensayo de flexión de 4 puntos, de acuerdo con la EN 1288-3. Para ambos ensayos se emplea una máquina de ensayos AllroundLine de ZwickRoell. Ambos ensayos deben realizarse con dispositivos de seguridad integrados, para evitar posibles daños provocados por astillas que se desprendan de forma incontrolada. Este sistema de ensayos fue diseñado especialmente para determinar la resistencia a flexión del vidrio para edificación según la norma EN 1288-3 y cumple todas las especificaciones de la norma. Todos los rodillos de apoyo y de flexión giran libremente y tienen las dimensiones y distancias requeridas.

ProLine con ensayo de flexión en 4 puntos en vidrio para edificación según la EN 1288-3

Para comprobar la seguridad de la placa de vidrio utilizada se puede llevar a cabo tanto un ensayo de punzonado estático según la norma EN 1288-5 como un ensayo de flexión de 4 puntos, de acuerdo con la EN 1288-3. Para ambos ensayos se emplea una máquina de ensayos AllroundLine de ZwickRoell. Ambos ensayos deben realizarse con dispositivos de seguridad integrados, para evitar posibles daños provocados por astillas que se desprendan de forma incontrolada. Este sistema de ensayos fue diseñado especialmente para determinar la resistencia a flexión del vidrio para edificación según la norma EN 1288-3 y cumple todas las especificaciones de la norma. Todos los rodillos de apoyo y de flexión giran libremente y tienen las dimensiones y distancias requeridas.
Dispositivo de flexión en 4 puntos para el ensayo de obleas

Dispositivo de flexión en 4 puntos para el ensayo de obleas / chips individuales o componentes similares. Incluye 2 vigas de flexión con 2 punzones de compresión ajustables y funciona con una célula de carga de Fmáx. 10 N.

Dispositivo de flexión en 4 puntos para el ensayo de obleas

Dispositivo de flexión en 4 puntos para el ensayo de obleas / chips individuales o componentes similares. Incluye 2 vigas de flexión con 2 punzones de compresión ajustables y funciona con una célula de carga de Fmáx. 10 N.