As células solares envelhecem? Porquê e como?

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Como ouvi dizer, a expectativa de vida das células fotovoltaicas é normalmente de algumas décadas. Isso é muito longo, devido ao seu alto custo, tem um efeito significativo (negativo) nos custos totais.

Por que eles envelhecem? Eu posso ver a única possibilidade que poderia danificar sua estrutura atômica, e esse é o espectro de fótons ultravioleta energético muito alto (ou mesmo suave) do sol (que é apenas uma pequena parte de sua potência).

E, eu acho, esses fótons talvez possam ser facilmente filtrados por uma camada plástica transparente sobre o silício.

Assim, por que as células solares envelhecem e o que acontece nelas no nível atômico?

peterh - Restabelecer Monica
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Assim como o material fotovoltaico que degrada a falha dos materiais de laminação pode ser um fator muito significativo. O EVA é quase universalmente usado para silício laminado em painéis de vidro. Os radicais livres (não o tipo 'subversivo de commo') são liberados por ação UV no EVA. Os painéis modernos podem ter aditivos no vidro projetados para eliminar os subprodutos do EVA. Nem todos os EVAs são criados iguais (mesmo que nominalmente sejam iguais). Vi o EVA anunciado como "China use only" e um fabricante chinês de PV (há alguns anos atrás) me disse que sua "vantagem" era usar apenas o EVA de origem alemã.
Russell McMahon

Respostas:

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O Laboratório Nacional de Energia Renovável (NREL) estima algo como 0,4% -1% de degradação por ano para painéis solares. Não sei qual é a ação química aqui (o resultado elétrico é um aumento na resistência em série das células fotovoltaicas), mas a degradação a longo prazo dos painéis está correlacionada com a exposição aos raios UV. Embora danifiquem o material fotovoltaico, os raios UV contêm energia que queremos coletar, portanto você não poderá filtrá-lo completamente sem derrotar o objetivo do painel.

Outras causas de degradação são principalmente relacionadas ao clima, mas na forma de tensões mecânicas no sistema. Qualquer coisa, do vento à queda de neve, pode danificar os painéis, dobrando-os para produzir pequenas rachaduras nas células solares e nas conexões elétricas embutidas. Outros fatores em um painel fotovoltaico degradado incluem corrosão ou a vida útil dos dispositivos elétricos de suporte necessários para manter um sistema em funcionamento (esses outros dispositivos podem ter uma vida útil mais curta do que o painel e, se forem caros o suficiente, tornariam o sistema insustentável financeiramente comparado à substituição de todo o sistema de painéis).

Fonte: http://www.engineering.com/ElectronicsDesign/ElectronicsDesignArticles/ArticleID/7475/What-Is-the-Lifespan-of-a-Solar-Panel.aspx (consulte o link Leia mais para o relatório NREL)

KTM
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As mudanças de temperatura podem sobrecarregar os eletrônicos, o que são inerentemente as células solares. Se você estiver em áreas onde você recebe congelamentos regulares no inverno, o potencial de acúmulo de gelo também afetará as células e o hardware a elas associados.
Adam Miller
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Lembre-se de que as junções PN são criadas pela difusão de impurezas (dopantes) no silício a temperaturas elevadas (1000 - 1500 K). A eficiência da junção está relacionada a quão acentuadamente a concentração de dopante muda na junção (seu gradiente).

Em temperaturas mais baixas, como aquelas às quais um painel solar está exposto (por exemplo, 270 - 330 K), a difusão é muito, muito mais lenta, mas não para completamente. Com tempo suficiente, os gradientes dopantes tornam-se menos íngremes, reduzindo a eficácia da junção PN. No longo prazo extremo (milênios), os dispositivos semicondutores deixarão de funcionar à medida que suas junções desaparecerem completamente.

Dave Tweed
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Por um ângulo diferente, minha experiência com células solares é baseada no espaço, e não terrestre. Os maiores fatores para a degradação de células solares espaciais são os impactos de radiação de partículas e detritos orbitais. A radiação de partículas se degrada ao desgastar a junção, e os detritos orbitais se degradam principalmente ao aumentar a resistência interna das células em série. Como não há ar para resfriar as células, o aquecimento por polarização reversa também pode ser um problema sério se um painel solar ficar parcialmente sombreado por outra estrutura.

Tristan
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