… hacemos ensayos sobre módulos fotovoltaicos?

Luis Casajús Medrano
CENER

Resumen ejecutivo

En el Centro Nacional de Energías Renovables (CENER) disponemos de laboratorios acreditados por la Entidad Nacional de Acreditación española (ENAC) para las principales normas del sector fotovoltaico, entre las cuales se incluyen las normas IEC 61215 e IEC 61730, que son normas de cualificación y seguridad respectivamente que se aplican a los módulos fotovoltaicos. La acreditación obtenida y superada tras auditorías periódicas, permite asegurar que en el CENER disponemos de la capacidad técnica, medios y conocimiento apropiado para la realización de los ensayos establecidos en los estándares.
Tras más de 20 años de experiencia en el laboratorio, participando en proyectos de caracterización de módulos fotovoltaicos y de I+D, en el CENER contamos con el conocimiento profundo y preciso para llevar a cabo pruebas de rendimiento y durabilidad en este tipo de dispositivos. Las nuevas tecnologías que están implementándose actualmente en la industria y las futuras que lo harán en breve, requieren equipamiento y conocimientos específicos, siendo un tema relevante en el sector y para el que en el CENER estamos preparados.

1. Introducción

La energía solar fotovoltaica ha experimentado un crecimiento exponencial en las últimas décadas debido a su papel fundamental en la transición hacia fuentes de energía limpias y sostenibles. Sin embargo, para garantizar un rendimiento óptimo de los sistemas fotovoltaicos, es esencial realizar ensayos que permitan conocer con precisión el comportamiento de los módulos fotovoltaicos, que es el elemento central y responsable de la conversación de la energía proveniente del sol en energía eléctrica.
Los ensayos comprenden un conjunto de técnicas experimentales y analíticas destinadas a evaluar el rendimiento de los componentes bajo diferentes condiciones. Este artículo explora los principales ensayos y su importancia en la industria fotovoltaica.

2. Ensayos de módulos

La realización de pruebas a módulos fotovoltaicos basadas en las normas IEC 61215 e IEC61730 (y otras menos relevantes) constituye una herramienta fundamental para diagnosticar su rendimiento, durabilidad y fiabilidad a lo largo de toda su vida útil. Estas pruebas son empleadas por todos los agentes de la cadena de valor: desde los fabricantes, en las fases de diseño, producción y certificación; pasando por especialistas, instaladores y propietarios, para controles de calidad; hasta los operadores y mantenedores, como soporte en la detección de defectos y situaciones de bajo rendimiento (underperformance).

De una manera genérica, los ensayos a módulos se pueden dividir en dos tipos: ensayos de caracterización y en ensayos de durabilidad/fiabilidad.

a. Ensayos de Caracterización

El objetivo principal de los ensayos de caracterización es determinar el estado de las muestras ensayadas en el momento de los ensayos, lo que permite comparar el rendimiento real con las especificaciones del fabricante, detectar fallas o degradación prematura, optimizar el diseño de sistemas FV, verificar el cumplimiento de estándares internacionales (como IEC 61215 o IEC 61730) y evaluar nuevas tecnologías en desarrollo (como perovskitas, orgánicas, CIGS, etc.).

Una caracterización adecuada puede ser determinante para la viabilidad técnica y económica de un proyecto fotovoltaico, desde la fase de prototipo hasta la operación comercial. Además, permite ser un vehículo de diagnóstico para otro tipo de ensayos relacionados con la durabilidad de los componentes.
Los principales ensayos de este tipo se exponen a continuación:

• Inspección visual. Requiere una inspección cuidadosa que permita detectar defectos que se ven a simple vista o con un aumento moderado (x30).
• Curva corriente-voltaje (I-V). A partir de esta curva se derivan los principales parámetros de operación como corriente de cortocircuito, voltaje de circuito abierto, punto de máxima potencia, eficiencia de conversión (%) y factor de forma (FF). Estos ensayos se pueden realizar bajo condiciones estándar de prueba (STC: 1000 W/m², 25 °C, espectro AM1.5) o en condiciones reales de operación (outdoor testing).
• Ensayos de aislamiento eléctrico. Ensayos que permiten conocer el grado de aislamiento de las muestras y que pueden ser realizados tanto en seco como en mojado.
• Técnicas de detección de defectos. Existen diferentes técnicas para la detección de defectos. En el CENER trabajamos con varias de ellas, pero especialmente hemos desarrollado una metodología a través de la electroluminiscencia que permite una técnica óptima para la finalidad buscada.

b. Ensayos de durabilidad

Estos ensayos se realizan sobre los módulos para someterlos a condiciones que permitan acelerar procesos con el objetivo de conocer la durabilidad de estos tras condiciones mecánicas o climáticas adversas, humedad o exposición UV. Algunos ejemplos incluyen:

• Ensayos mecánicos. Con un banco de ensayos de última tecnología, se someten las muestras a esfuerzos mecánicos, tanto estáticos como dinámicos, tratando de verificar la durabilidad de estas ante estos esfuerzos.
• Ciclos térmicos (thermal cycling): simulan cambios de temperatura extremos para verificar la durabilidad del encapsulante y soldaduras.
• Prueba de calor húmedo (damp heat): evalúa la resistencia del módulo a alta humedad y temperatura prolongada.
• Pruebas de irradiación UV: determinan la resistencia de materiales plásticos y cubiertas a la exposición solar prolongada.

Este tipo de pruebas son obligatorias para la certificación de módulos según normativas internacionales. Los ensayos de caracterización, realizados tanto antes como después de estos, permiten evaluar los componentes tras aplicarles la severidad establecida.

3. Nuevas tendencias en Ensayos de Rendimiento

Desde el CENER trabajamos en nuevos desarrollos que permitan medir de forma controlada y de manera adecuada el rendimiento de los módulos. La medida de las nuevas tecnologías fotovoltaicas no es sencilla y está causando divergencias entre diferentes estamentos del sector. El uso de nuevas técnicas y el aporte de la inteligencia artificial será clave en este sector tecnológico y prepararse ahora será clave para un futuro más fotovoltaico. Además, procedimientos de ensayo y medida específicos serán necesarios para nuevas tecnologías tanto de los sistemas, como pueden ser módulos bifaciales o fotovoltaica flotante, como de las nuevas tecnologías de módulos como las perovskitas, HJT (Heterojunction), TopCon (Tunnel Oxide Passivated Contact) BC (back contact), etc. En el CENER nos preocupamos por la formación continua, investigación enfocada y adquisición de equipos de última generación con el objetivo de asegurar la calidad y fiabilidad de los resultados de ensayo.

4. Conclusión

Los ensayos a módulos fotovoltaicos son un instrumento fundamental para asegurar el rendimiento, la fiabilidad y la vida útil de los sistemas fotovoltaicos. A través de pruebas eléctricas, mecánicas, climáticas, ópticas y estructurales, se puede obtener una visión integral del estado y comportamiento de los módulos, tanto en laboratorio como en campo.

En un contexto donde la energía solar desempeña un papel protagonista en la matriz energética global, la evaluación del rendimiento de los módulos se convierte no solo en un requisito técnico, sino también en una garantía de sostenibilidad y retorno económico. Invertir en ensayos de calidad es, en definitiva, invertir en el futuro de la energía limpia.