Cómo las pruebas EL están transformando la evaluación de daños en los paneles solares

El auge global de la energía solar ha generado una nueva urgencia en torno a la durabilidad, el rendimiento y el riesgo de los activos. A medida que los parques solares a gran escala se vuelven más comunes, también lo hacen los defectos invisibles que comprometen la generación y la confiabilidad a largo plazo. Si bien las inspecciones visuales e infrarrojas (IR) tradicionales siguen siendo una práctica común, un método de diagnóstico más avanzado está surgiendo como una herramienta invaluable para los operadores solares: las pruebas de electroluminiscencia (EL).

A diferencia de las evaluaciones superficiales, las imágenes EL permiten a los ingenieros ver el interior del módulo fotovoltaico (PV). Esto les permite identificar microfisuras, defectos de soldadura y defectos de fabricación que las inspecciones estándar suelen pasar por alto. Estas pequeñas imperfecciones suelen tener consecuencias graves. Pueden provocar cortes de energía, acortar la vida útil de los activos y complicar las reclamaciones de garantía o las evaluaciones de seguros.

¿Qué son las pruebas EL y por qué son importantes?

La electroluminiscencia es un fenómeno en el que una célula fotovoltaica emite luz al exponerse a una corriente eléctrica. Dado que esta luz emitida se encuentra en el espectro infrarrojo cercano (~1100 nm), se requieren cámaras infrarrojas de onda corta (SWIR) especializadas para capturarla. Al combinarse con una entrada de potencia controlada y un software de análisis, la imagen EL ofrece una visión muy detallada del estado interno de un módulo.

Lo que hace es convertir la célula fotovoltaica en una fuente de luz en lugar de una fuente de energía. Revoluciona la tecnología solar y ayuda a los ingenieros a identificar defectos antes de que se conviertan en problemas de rendimiento o seguridad.

La ciencia que la sustenta no es nueva, pero la aplicación de la EL en el diagnóstico de campo está avanzando rápidamente. Originalmente limitada al control de calidad en laboratorio, la imagenología EL ahora es portátil, más rápida de implementar y más asequible, lo que la convierte en una herramienta viable para programas de operaciones y mantenimiento (O&M) continuos a gran escala.

Lo que revelan las pruebas EL

La obtención de imágenes EL es especialmente eficaz para detectar:

• Microfisuras provocadas por granizo, manipulación, ciclos térmicos o carga de nieve.
• Cintas de interconexión rotas y fallas de soldadura.
• Contaminación celular o dopaje desigual durante la fabricación.
• Daños invisibles causados ​​por el transporte, la instalación o el mantenimiento.

En muchos casos, este tipo de defectos nunca aparecen durante las inspecciones iniciales ni las comprobaciones de rendimiento energético. Solo se hacen visibles cuando se produce una pérdida de energía, puntos calientes o una falla catastrófica, momento en el que el costo financiero es mucho mayor. Las pruebas de eficiencia energética (EL) permiten detectar estas fallas de forma temprana.

A diferencia de los escaneos IR, que requieren la activación de los módulos y solo detectan anomalías térmicas, las pruebas EL pueden realizarse en una gama más amplia de condiciones, incluso de noche o en periodos de poca luz. Ofrecen resolución a nivel celular.

Cómo se aplican las pruebas EL en el campo

Las imágenes EL se utilizan cada vez más a lo largo del ciclo de vida de los activos solares:

• Las inspecciones previas a la puesta en servicio ayudan a verificar que los módulos no sufrieron daños durante el envío o la instalación.
• Las evaluaciones posteriores a eventos climáticos pueden detectar grietas provocadas por granizo o viento que no son visibles con controles visuales o infrarrojos.
• La documentación de garantía y seguro se refuerza con los datos del escaneo EL.
• Los análisis de mantenimiento de rutina brindan información sobre la degradación del módulo a largo plazo.

En las inspecciones posteriores a la tormenta, las pruebas EL revelaron extensas grietas internas en paneles que a simple vista parecían intactos. Detectar estos problemas ocultos a tiempo brinda a los propietarios la oportunidad de buscar soluciones antes de que el rendimiento se vea afectado.

También existe un creciente interés por parte de los profesionales de seguros, quienes recurren a las tomografías EL para respaldar las reclamaciones posteriores a un evento. Las imágenes nítidas y detalladas pueden ayudar a verificar la causa y el alcance del daño, a menudo agilizando el proceso de reclamación.

Puesta en práctica de las pruebas EL: Qué se necesita

Para realizar pruebas EL en el campo se requieren tres componentes principales:

• Una fuente de alimentación controlada capaz de inyectar corriente de cortocircuito en el módulo.
• Una cámara SWIR con el filtro infrarrojo eliminado.
• Software de análisis de imágenes para alinear, recortar y evaluar los resultados del escaneo.

La configuración es relativamente móvil, con kits portátiles alojados en un maletín de viaje. Algunos operadores capacitan a técnicos internos para realizar análisis periódicos, mientras que otros contratan a ingenieros forenses externos para realizar diagnósticos posteriores al evento.

Es importante tener en cuenta que la obtención de imágenes EL requiere desconectar los módulos del conjunto y probarlos individualmente o en grupos pequeños. Si bien esto la hace menos eficiente que la obtención de imágenes IR con drones para campos extensos, la mayor precisión diagnóstica compensa con creces la desventaja, especialmente para evaluaciones específicas después de un evento.

Valor estratégico y regulatorio para las partes interesadas

Para los líderes y reguladores del sector energético, los beneficios de las pruebas EL van más allá de la detección de defectos. Incluyen:

• Reducción de interrupciones no planificadas al detectar problemas antes de que provoquen fallas.
• Mejores resultados en reclamaciones en escenarios posteriores a desastres o de garantía.
• Confianza regulatoria a través de evidencia documentada de prácticas enfocadas en la seguridad.
• Apoyo a los mandatos de resiliencia de la red a medida que los reguladores examinan cada vez más la confiabilidad de las energías renovables.

Dado que los ingenieros consideran la energía solar como una infraestructura crítica, las herramientas de inspección utilizadas deben estar a la altura de la escala y la precisión de la inversión. EL ofrece a las empresas de servicios públicos una estrategia proactiva para mantener la resiliencia.

En un futuro donde la volatilidad climática aumenta y se prevé que las instalaciones solares se dupliquen, las tecnologías preventivas como la imagen EL serán cada vez más esenciales. Los responsables políticos y los organismos reguladores podrían incluso empezar a incorporar la imagen EL en las evaluaciones de resiliencia o los protocolos de respuesta ante desastres.

En resumen: una imagen más clara de la confiabilidad de la energía solar

Las pruebas EL no sustituyen las inspecciones infrarrojas o visuales. Son un complemento: un sistema de alerta temprana que permite a los operadores actuar antes de que se produzca una pérdida de rendimiento o un fallo del sistema. Para las organizaciones y profesionales dedicados a optimizar el rendimiento de los sistemas solares, las pruebas EL ofrecen una forma rentable de detectar lo que las inspecciones estándar pueden pasar por alto.

Cuando se trata de diagnóstico solar, ver lo invisible es a menudo la clave para mantener el rendimiento.

— Britton C. Hager, PE , es un ingeniero forense de Engineering Design & Testing Corp. (EDT) con sede en Filadelfia, Pensilvania, especializado en evaluaciones de daños en paneles solares y análisis de fallas en sistemas de energía comerciales, industriales y de servicios públicos en todo el país.