Proceso de Fabricación de Módulos Fotovoltaicos El proceso de

Fabricación de módulos solares
fotovoltaicos.
Situación actual y perspectivas.
Ponente :
Ander Muelas López de
Aberasturi
Sabadell , 19 de octubre 2005
Índice
Tecnologías de Células Comerciales
Proceso de Fabricación de Células Cristalinas
Proceso de Fabricación de Módulos Terrestres
Normas y Ensayos de Certificación
Ratios Solares
Tecnologías de Células Comerciales
Las tecnologías comerciales de células fotovoltaicas 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%.
Tecnologías de Células Comerciales
1999
2000
2001
4,1
0,2
12,3
4,3
0,2
9,6
5,6
0,2
8,9
0,3
0,5
0,5
42,1
40,8
48,2
37,4
50,2
34,6
Se observa un claro descenso de
la tecnología monocristalina a
favor de la policristalina
ribbon / sheet c-Si
CIS
a-Si
CdTe
poli c-Si
mono c-Si
El principal motivo es
la independencia del
la tecnología
policristalina de otras
industrias.
Es un producto destinado a fabricar
módulo fotovoltaicos. El monocristalino
está influenciado por la situación del
mercado de los semiconductores.
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 químicos.
Secado de proceso anterior.
Aplicación de emulsión de fósforo e introducción al horno de difusión.
Limpieza en húmedo del óxido producido en la difusión 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 curva I-V.
El coste aproximado de una línea para 1 MWp es de unos 2 MM de EUR.
Proceso de Fabricación de Células Cristalinas
Las operaciones previas para fabricar el wafer son la fusión del lingote de silicio y
el corte en rodajas del lingote.
La mayoría de los fabricantes compran los wafer y realizan 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 cilíndrica, por eso las células
monocristalinas son pseudo cuadradas.
La tectonogía EFG (Ribbon / sheet c-Si) de ASE ahora RWE 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 considerable.
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 fotovoltaicos terrestres está muy
estandarizado. La mayoría están formados por un sándwich 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 cristalino para aplicación terrestre.
Cualificación del diseño y aprobación de tipo”
El proceso de montaje de paneles consta de las siguientes operaciones:
- Soldadura de tiras de cobre en la parte delantera de 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, soldadura 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 paneles 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 Formación 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
Proceso de Fabricación de Módulos Fotovoltaicos
•
Control de ejecución de la soldadura
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 terrestres en Europa es la IEC
61215, que se titula “Módulos fotovoltaicos (FV) de silicio cristalino para
aplicación terrestre. Cualificación del diseño y aprobación 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 térmico de –45ºC a +85º que
consta de 200 ciclos. Este solo dura dos meses continuos 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 especifica.
Normas y Ensayos de Certificación
8 Módulos
10.1
10.2
10.3
1 módulo
2 módulos
2 módulos
10.4
10.10
10.5
10.11 50cicl
10.6
10.7
10.8
2 módulos
10.11 200cicl
10.14
1 módulo
10.16
10.17
10.9
Repetición de 10.1, 10.2
y 10.3 si es necesario
1 módulo
10.15
10.13
1 módulo
10.12
1 módulo
2 módulos
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 autonomía.
- PANELES VIDRIO / VIDRIO, CÉLULAS MICRO-PERFORADAS
Conexión a red 14 €/ Wp y 20 €/ Wp.
Aislado entre 20 €/ Wp y 24 €/ Wp depende de autonomía.
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 equivalentes = kWh
Ejemplo:
Una instalación en Valencia (1400 horas equivalentes) 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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