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Caracterización y optimización de parámetros de dispositivos fotovoltaicos

 

10/02/2015

Energías renovables y ahorro energético

El pasado 19 de enero tuvo lugar en la Universidad de Alcalá de Henares (UAH) la defensa de la tesis doctoral  “Caracterización y optimización de parámetros de dispositivos fotovoltaicos. Aplicación a la industria” por D. Eduardo Forniés García con la dirección conjunta de la Dra. Mª del Carmen Alonso García del CIEMAT y el  Dr. Fernando B. Naranjo Vega de la Universidad de UAH.

 
 

La tesis doctoral “Caracterización y optimización de parámetros de dispositivos fotovoltaicos. Aplicación a la industria” es fruto de una colaboración entre la Unidad de Energía Solar Fotovoltaica del CIEMAT y el Departamento de Electrónica de la Universidad de Alcalá de Henares. Es una tesis con un fuerte componente industrial, ya que el autor, Eduardo Forniés García, ha desarrollado su labor profesional en el marco de la industria fotovoltaica desde hace más de 10 años. El trabajo nació de la necesidad de la industria de optimizar ciertos procesos en la fabricación de dispositivos fotovoltaicos que aun tendrían un margen de mejora, y se ha centrado en tres líneas de investigación fundamentales: la correcta caracterización de la resistencia paralelo de células y módulos fotovoltaicos (FV) y su relación con la eficiencia de los mismos a distintas irradiancias; la determinación cuantitativa de la pérdida de potencia relativa en los módulos FV y su relación con la desviación estándar de los parámetros eléctricos de las células; la caracterización de la textura de las células solares responsables del aumento de absorción de luz incidente.

  

En la primera de las líneas destaca la propuesta de un método novedoso para medir la resistencia paralelo (Rp)  en módulos fotovoltaicos, que ha demostrado ser un procedimiento más consistente que los utilizados con anterioridad para este fin. Además, se subraya la importancia de este parámetro, Rp, en la producción anual energética de los sistemas FV, ya que valores bajos de Rp suponen una caída adicional de la eficiencia del módulo a bajas irradiancias.

  

La segunda línea de investigación ahonda en el estudio de la dispersión de los parámetros eléctricos de los dispositivos fotovoltaicos y su relación con las pérdidas de potencia cuando éstos son asociados entre sí (Relative Power Losses o Mismatch Power Losses). Partiendo de los datos de las medidas eléctricas de más de 10.000 células, mediante desarrollos matemáticos y la aplicación de conceptos estadísticos se llega a la obtención de una ecuación que permite medir la pérdida de potencia relativa de una asociación utilizando los parámetros estadísticos con los que normalmente cuenta un fabricante de módulos. Además, se propone una relación empírica entre la desviación estándar de la corriente en el punto de máxima potencia de las células FV y la pérdida de potencia relativa de los módulos que pueden ser fabricados con dichas células.

  

Finalmente, en la tercera línea de investigación destaca el desarrollo exitoso de un método para la medida cualitativa y cuantitativa de la textura de células FV de silicio monocristalino. La puesta en práctica del método fue validada mediante la construcción de un prototipo capaz de realizar un mapeo de toda la superficie de la oblea, suministrando, por tanto, información de la homogeneidad del proceso.

  

Las aportaciones llevadas a cabo en cada una de las tres líneas de investigación suponen una mejora de los procedimientos de caracterización de dispositivos fotovoltaicos fácilmente extrapolable a la industria, como ha sido ya demostrado, por ejemplo,  mediante la integración del método de medida de Rp en una máquina de medida de módulos por electroluminiscencia fabricada por Mondragon Assembly, o las dos patentes generadas a partir del trabajo de la tercera línea de investigación. Además, se realizaron tres publicaciones en revistas científicas internacionales. Por otro lado, dichas aportaciones están siendo utilizadas en la industria en la actualidad, a través de su implementación en las líneas de fabricación desarrolladas por Aurinka PV Group, empresa que ha intervenido en el proceso de investigación mediante la aportación de materiales, muestras y personal.

  

La colaboración Universidad-Ciemat-Industria ha resultado ser altamente satisfactoria, permitiendo aunar los conocimientos en tecnología electrónica y de dispositivos del Dpto. de Electrónica de la Universidad de Alcalá con la experiencia y trayectoria de la Unidad de Energía Solar Fotovoltaica del CIEMAT. El entorno industrial del que proviene el ya doctor ha permitido disponer de una gran cantidad de datos y medidas experimentales que normalmente no están a disposición de los centros de investigación, y que permiten fácilmente trasladar los resultados de la investigación básica a su aplicación tecnológica.


Foto de grupo: Después de dar la calificación, del ya doctor, los directores de tesis y el tribunal. De izquierda a derecha : Fernando Naranjo (Co-director UAH), Pablo Ramos (UAH), Nieves Vela (CIEMAT), Óscar Esteban Martínez (UAH), Eduardo Forniés (el doctorando), José Lorenzo Balenzategui (CIEMAT), Julio Amador (UPM), Mª Carmen Alonso (Co-directora, CIEMAT).

  
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