Investigadores del Instituto Fraunhofer de Sistemas de Energía Solar (Fraunhofer ISE) de Alemania han estado trabajando en cubiertas alternativas para módulos fotovoltaicos integrados en vehículos (VIPV) que sean ligeras, con propiedades ópticas competitivas y, al mismo tiempo, resistentes al granizo y a otros tipos de impactos mecánicos.
Según Andre Schüler, autor del artículo y miembro del Fraunhofer ISE durante la investigación, antes de incorporarse al integrador fotovoltaico alemán Next2Sun, investigaciones anteriores dejaron clara la necesidad de láminas frontales de polímeros alternativos que superasen a las de etileno tetrafluoroetileno (ETFE).
Una de esas alternativas es el polímero reforzado con fibra de vidrio (GFRP) basado en compuestos epoxídicos. Tras probarlo como material de cubierta frontal, en lugar del vidrio, el equipo descubrió que el GFRP reduce el peso entre un 44% y un 74% en comparación con el vidrio de cubierta convencional, dependiendo de la rigidez, o grosor, de la capa de GFRP, al tiempo que resiste varias pruebas de impacto de granizo.
«El elevado acoplamiento óptico conseguido es extraordinario y también despertó un gran interés cuando se presentó por primera vez en la Conferencia PVinMotion 2024», declaró Schüler a pv magazine, refiriéndose a un evento de especial interés celebrado en Suiza a principios de este año.
El estudio de prueba de concepto demostró que el PRFV es «sin duda un material interesante», al igual que las soluciones basadas en polímeros, como el tereftalato de polietileno (PET) o el policarbonato, según Schüler.
El equipo probó diversas combinaciones de láminas frontales, incluidos módulos basados en polímeros fabricados con ETFE de 250 μm de grosor, dos con láminas frontales de PET de 275 μm y 300 μm de grosor, que eran módulos de referencia, y los módulos de lámina frontal de GFRP con aproximadamente 800 μm de grosor.
Hubo seis variaciones de lámina frontal de PRFV con dos, tres y seis capas, y una variedad de pesos areales de fibra de vidrio, pesos de PRFV y grosores de PRFV. Se investigaron tres enfoques de módulo, un enfoque de laminación directa de fibra, una laminación de lámina frontal de fibra de vidrio infiltrada al vacío y un GFRP transparente con laminación producida industrialmente.
Las tres variantes tenían las caras posteriores soportadas por una placa posterior de GFRP de 1,5 mm con una capa de gelcoat añadida. Los módulos más grandes se utilizaron para evaluar la rigidez, mientras que los mini-módulos más pequeños se utilizaron para la prueba de granizo y las pruebas de susceptibilidad al corte.
Según los investigadores, mientras que los módulos con semiproductos de PRFV y los módulos con placas frontales de PRFV producidas industrialmente mostraron el acoplamiento óptico más prometedor, los módulos producidos mediante laminación directa no se tuvieron más en cuenta debido a un acoplamiento óptico insuficiente.
La lámina frontal de GFRP preinfundida de la pila de módulos fotovoltaicos demostró «un acoplamiento óptico notable, unas pérdidas de potencia máximas del 4% y una baja susceptibilidad a los fallos durante el proceso de fabricación».
Según el equipo, los módulos con la capa frontal de GFRP resistieron las pruebas de ciclos térmicos con bajas pérdidas de potencia en función de cada capa de GFRP. Las pruebas de susceptibilidad al corte mostraron un mayor rendimiento en comparación con los módulos con una capa frontal polimérica.
«Siempre que las láminas frontales de PRFV puedan producirse a gran escala y de forma rentable, el concepto de fabricación de módulos de PRFV sigue siendo muy similar al proceso de laminación estándar de los módulos fotovoltaicos, simplemente sustituyendo la lámina frontal de polímero por un semiproducto de PRFV», afirma el equipo, aunque también subraya que es necesario un mayor desarrollo para optimizar la pila de módulos frente a la humedad y la exposición a los rayos UV.
En cuanto al potencial de transferencia tecnológica, Schüler dijo: «Para la transferencia a la industria, habría que cumplir los requisitos de la CEI en todas las configuraciones». Significaría adaptar el proceso de laboratorio a un proveedor de PRFV. «De momento, se trata de una prueba de concepto interesante, pero no de un producto industrial», dijo.
El trabajo se detalla en «Towards fiber-reinforced front-sheets for lightweight PV modules in VIPV» (Hacia láminas frontales reforzadas con fibra para módulos fotovoltaicos ligeros en VIPV), publicado en Solar Energy Materials and Solar Cells.
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