Fabricación de módulos solares fotovoltaicos.

Situación actual y perspectivas.

Ander Muelas López de Aberasturi

Ponente :

Sabadell , 19 de octubre 2005

Índice

Tecnologías de Células ComercialesProceso de Fabricación de Células CristalinasProceso de Fabricación de Módulos TerrestresNormas y Ensayos de CertificaciónRatios Solares

Tecnologías de Células Comerciales

Las tecnologías comerciales de células fotovoltaica s son principalmente 6, que ordenadas de mayor a menor en volumen mundial:

- Silicio Policristalino, 50,2%.- Silicio Monocristalino, 34,6%.- Silicio Amorfo, 8,9%.- Cinta o lámina de Silicio Cristalino, 5,6%.- Teluro de Cádmio (CdTe), 0,5%.- CIS, 0,2%.

40,8 37,4 34,6

42,1 48,2 50,2

0,50,3 0,5

12,3 9,6 8,90,2 0,2 0,24,1 4,3 5,6

1999 2000 2001

ribbon / sheet c-SiCISa-SiCdTepoli c-Simono c-Si

Se observa un claro descenso de la tecnología monocristalina a favor de la policristalina

El principal motivo es la independencia del la tecnología policristalina de otras industrias.

Es un producto destinado a fabricar módulo fotovoltaicos. El monocristalinoestá influenciado por la situación del mercado de los semiconductores.

Tecnologías de Células Comerciales

Tecnologías de Células Comerciales

Las previsiones hasta el 2010 indican que el porcentaje quedará en orden de mayor a menor de la siguiente forma:

- Policristalino 40%.- Monocristalino 20,5%.- Ribbon y sheet c-Si, 15%. - Amorfo incl. HIT de Sanyo, 14,5%.- CIS, 4,5%.- CdTe, 3,5%.- Otros 2%.

Proceso de Fabricación de Células Cristalinas

El proceso de producción de una célula fotovoltaica partiendo del wafer como materia prima, consta de las siguientes etapas:

– Control de calidad del wafer.– Limpieza / texturización de los wafer en tanques quím icos.– Secado de proceso anterior.– Aplicación de emulsión de fósforo e introducción al horno de difusión.– Limpieza en húmedo del óxido producido en la difusi ón anterior.– Aplicación de capa antirreflectante.– Serigrafiado de cara trasera.– Secado en horno de infrarrojos de cinta.– Serigrafiado de pasta de plata en cara delantera.– Secado de pasta en horno de infrarrojos de cinta.– Control final de célula con medición unitaria de cu rva I-V.

El coste aproximado de una línea para 1 MWp es de un os 2 MM de EUR.

Las operaciones previas para fabricar el wafer son l a fusión del lingote de silicio y el corte en rodajas del lingote.

La mayoría de los fabricantes compran los wafer y re alizan únicamente el proceso definido anteriormente.

Los lingotes de silicio policristalino se funden en un prisma de base cuadrada y los de silicio monocristalino son de forma cilíndric a, por eso las células monocristalinas son pseudo cuadradas.

La tectonogía EFG (Ribbon / sheet c-Si) de ASE ahora R WE Solar crece el silicio en un prisma octogonal, por tanto la célula ya sale con el espesor definitivo. En este caso no se necesita cortar en rodajas, solo se corta con láser los bordes de la célula para independizarla del prisma octogonal. Esto supone un ahorro de material y de tiempo de proceso considera ble.

Proceso de Fabricación de Células Cristalinas

Proceso de Fabricación de Células Cristalinas

Horno de Difusión Tipo Cinta Transportadora Horno de Difusión Tipo Lote

Proceso de Fabricación de Células Cristalinas

Horno de Secado de Pasta de Plata Aplicación de Capa Antirreflectante

Proceso de Fabricación de Módulos Fotovoltaicos

El proceso de fabricación de los módulos fotovoltai cos terrestres está muy estandarizado. La mayoría están formados por un sán dwich compuesto por vidrio extraclaro de bajo contenido en hierro, EVA, células, EVA y Tedlar.

Existen algunas opciones como colocar vidrio en la parte posterior en lugar del Tedlar, pero todas deben cumplir los ensayos de la norma IEC 61215 que se titula “Módulos fotovoltaicos (FV) de silicio crist alino para aplicación terrestre. Cualificación del diseño y aprobación de tipo”

El proceso de montaje de paneles consta de las sigu ientes operaciones:- Soldadura de tiras de cobre en la parte delantera d e la célula.- Soldadura de tiras de cobre en parte trasera de la célula y formación de tiras.- Colocación de EVA y tedlar, tiras de células, solda dura de buses.

Prelaminado.- Laminado de panel.- Recorte de rebabas, enmarcado y colocación de caja de conexiones.- Control final mediante simulador solar.

El coste aproximado de una línea de producción de p aneles de 1MWp es de unos 500.000 EUR

Proceso de Fabricación de Módulos Fotovoltaicos

Proceso de Fabricación de Módulos Fotovoltaicos

Soldadura de Tiras en Parte Delantera de Célula

Proceso de Fabricación de Módulos Fotovoltaicos

Soldadura de Tiras en Parte Trasera de Célula y For mación de Células

Proceso de Fabricación de Módulos Fotovoltaicos

Colocación de Tiras de Células, Soldadura de Buses

Proceso de Fabricación de Módulos Fotovoltaicos

Colocación de EVA y Tedlar

• Control de ejecución de la soldadura

Proceso de Fabricación de Módulos Fotovoltaicos

Proceso de Fabricación de Módulos Fotovoltaicos

Laminado de Panel

Proceso de Fabricación de Módulos Fotovoltaicos

Recorte de Rebabas, Enmarcado y Colocación de Caja de Conexiones

Proceso de Fabricación de Módulos Fotovoltaicos

Recorte de Rebabas de Marco y Limpieza

Proceso de Fabricación de Módulos Fotovoltaicos

Control Final Mediante Simulador Solar

Normas y Ensayos de Certificación

La norma principal de certificación de módulos terr estres en Europa es la IEC 61215, que se titula “Módulos fotovoltaicos (FV) de silicio cristalino para aplicación terrestre. Cualificación del diseño y ap robación de tipo”. En ella se especifican una serie de ensayos de envejecimiento para verificar la durabilidad del módulo.

El ensayo que más tiempo dura es el de ciclado térm ico de –45ºC a +85º que consta de 200 ciclos. Este solo dura dos meses cont inuos sin parar. Por este motivo el plazo de entrega de los resultados de la certificación IEC 6125 dura entre 3 a 4 meses en el caso del TÜV en Alemania y 9 a 12 meses en el caso del CIEMAT en España.

Los módulos de capa fina tienen una norma especific a.

10.1

10.2

10.3

8 Módulos

10.4

10.5

10.6

10.7

10.8

10.9

Repetición de 10.1, 10.2

y 10.3 si es necesario

10.10

10.11 50cicl

10.12

10.14 10.15

1 módulo

2 módulos 2 módulos

1 módulo 1 módulo

10.11 200cicl 10.13

10.16 10.17

2 módulos2 módulos

1 módulo 1 módulo

Normas y Ensayos de Certificación

Ratios Solares

POTENCIA POR SUPERFICIE

- PANELES CONVENCIONALES CRISTALINOS.

Eficiencia de 10% a 14%.

Potencia de 100 Wp a 140 Wp por metro cuadrado.

- PANELES VIDRIO / VIDRIO, CÉLULAS MICRO-PERFORADAS.

Eficiencia de 6% a 7,5%.

Potencia de 60 Wp a 75 Wp por metro cuadrado.

Ratios Solares

PRECIO INSTALADO POR POTENCIA

- PANELES CONVENCIONALES Y CONEXIÓN A RED

Conexión a red, entre 5,5 €/ Wp y 7 €/ Wp.

Aislado entre 13,5 €/ Wp y 18 €/ Wp depende de auto nomía.

- PANELES VIDRIO / VIDRIO, CÉLULAS MICRO-PERFORADAS

Conexión a red 14 €/ Wp y 20 €/ Wp.

Aislado entre 20 €/ Wp y 24 €/ Wp depende de autono mía.

Ratios Solares

SUPERFICIE Y PRODUCCIÓN

- Relación Superficie – Potencia nominal de paneles

1 kWp = 7,5 m2- Cálculo producción anual de electricidad

Producción = Potencia Nominal Pico * Horas equivale ntes = kWh

Ejemplo :

Una instalación en Valencia (1400 horas equivalente s) de 6 kWp

Producción = 6 kW * 1400 = 8400 kWh

Ingresos = 8400 kWh * 0,41€ = 3444 €

Situación actual y perspectivas

• 2005: previsión de instalación en España: 30MW

• 2006: previsión de 60 MW

• En 3 ó 4 años se podrá alcanzar los 300MW/año.

Ander Muelas

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