Se conocen los efectos nocivos de la radiación UV sobre los compuestos orgánicos. Del mismo modo, la radiación UV afecta también a la estabilidad química de los materiales poliméricos orgánicos. En cualquier caso, el nivel de daño depende de la sensibilidad energética específica de los grupos orgánicos presentes en las moléculas.
.El etilvinilacetato (EVA) es el material polimérico preferido que se ha utilizado como parte de los módulos fotovoltaicos por su transparencia óptica, su buena adherencia y sus propiedades de «fácil» procesamiento. Estas tres propiedades han sido las razones clave por las que las películas de EVA se han utilizado y se siguen utilizando hoy en día ampliamente para la construcción de casi todos los tipos de dispositivos fotovoltaicos.
La sensibilidad de los materiales poliméricos a la radiación es un viejo y conocido problema de la Química de Polímeros. Los polímeros EVA no son una excepción. En el caso concreto de los módulos fotovoltaicos, este problema es extremadamente importante porque las películas de EVA podrían perder algunas de sus propiedades críticas de rendimiento, principalmente las ópticas y las estructurales.
Todas las películas fotovoltaicas de EVA disponibles en el mercado se utilizan como capa intermedia entre el vidrio y las células de silicio o las estructuras de película fina. Son buenas capas intermedias fotovoltaicas debido a su transparencia, que es fundamental para el rendimiento del módulo. Sin embargo, al ser ópticamente tan transparentes, no son 100% transparentes a la radiación UV. Absorben parte de esta radiación.
Por ello, los compuestos de EVA deben estar convenientemente protegidos contra las longitudes de onda más dañinas de la radiación solar. En consecuencia, las láminas de EVA no protegidas en absoluto o no bien protegidas sufrirán procesos de degradación con el paso del tiempo. No cabe duda de que esto ocurrirá con toda seguridad. Es sólo cuestión de tiempo que una vez más la «madre naturaleza» tome la delantera sobre nosotros y nuestros deseos. Nuestro reto, como químicos, ingenieros y profesionales de la física, es potenciar los efectos positivos de la radiación, hacerlos más eficientes, y minimizar los negativos, el envejecimiento prematuro por UV, para que los paneles solares duren más.
Aumentar su vida útil y mejorar su rendimiento son dos formas de incrementar el valor de mercado de los paneles. Sabemos que jugando con estos dos parámetros técnicos tenemos cierto control sobre el valor de los módulos. Según la ecuación Valor = Beneficio/Precio podemos entender fácilmente que aumentando el Beneficio (tiempo de funcionamiento y/o rendimiento energético), podremos aumentar el valor de los módulos.
La radiación solar de longitud de onda entre los 400-200 nm interactúa con la estructura química del EVA, principalmente con sus grupos carbonilo, y si estas películas no están bien «protegidas UV» podrían generarse inesperadamente algunos «compuestos de degradación nocivos» a partir de las propias moléculas de EVA. Uno de los compuestos más peligrosos que pueden generarse es el ácido acético que, combinado con otros radicales químicos, podría aumentar exponencialmente su «eficacia dañina» en el interior del módulo. Estos subproductos generados por la radiación son los responsables de los ataques químicos incontrolados a los demás componentes críticos de los módulos fotovoltaicos, destruyendo su estructura mecánica y su funcionalidad. En la mayoría de los casos, la degradación del EVA puede detectarse en el módulo simplemente observando sus cambios de transparencia que se tornan amarillos.
De hecho, el amarilleamiento es una señal visible que advierte de que los módulos están reduciendo sus propiedades eléctricas y, por ejemplo, la tracción, el alargamiento y la adherencia de las distintas partes, lo que normalmente provoca la delaminación del módulo. Una vez que el módulo empieza a perder su transparencia, normalmente el proceso de amarilleamiento se acelera drásticamente.
Para el rendimiento eléctrico de los módulos, a cierto nivel, el ácido no es fatal para el rendimiento eléctrico de la mayoría de los módulos solares basados en silicio, que técnicamente podrían seguir operativos pero rindiendo menos potencia, para la tecnología de capa fina, en particular, cobre-indium-galio-(di)seleniuro (CIGS), sin embargo, cualquier ácido generado es devastador.
Todo esto ocurre porque los grupos de acetato de vinilo de las estructuras químicas del EVA son propensos a sufrir los ataques químicos de los subproductos que se generan por efecto de la degradación por radiación del EVA. En la bibliografía de los últimos años se han propuesto diferentes mecanismos químicos para explicar por qué los encapsulantes de EVA se vuelven amarillos. Preguntas básicas (las que van por conocimientos básicos) como ¿cuáles son los compuestos químicos responsables del amarilleamiento? ¿Cómo se forman? y las más importantes y prácticas: ¿En qué medida son perjudiciales las especies amarillas que se forman? ¿Cuáles son los compuestos radicales que se forman junto con el «indicador amarillo»? ¿Cuál es la mejor manera de bloquearlos?, han concentrado la atención de la comunidad técnica en torno a los encapsulantes fotovoltaicos.
No en vano, algunas de las respuestas a estas preguntas ya están incluidas en el valor añadido de todos los EVA fotovoltaicos que se venden en el mercado. Las respuestas forman parte del Know-How desarrollado por cada uno de los fabricantes de encapsulantes. Este know-how está presente en la formulación y el procesado del EVA. Todos estos factores se reflejan de alguna manera en el precio de la película.
En un esfuerzo por minimizar o evitar este problema NovoGenio ha trabajado para mejorar la resistencia UV de nuestro grado base de EVA, el NovoSolar® FC (ver los rangos de absorbancia de diferentes películas de EVA en el gráfico inferior), al tiempo que desarrollamos nuevos encapsulantes, que salieron al mercado como los grados NovoSolar®PLX+ y NovoSolar® CL.
Para confirmar estas mejoras, hemos comparado el amarilleo de nuestro grado de encapsulante EVA con los grados NovoSolar® PLX+ y CL. No hace falta decir que los estudios comparativos se realizaron en las mismas condiciones. No debemos olvidar que nuestro grado EVA ha sido certificado y considerado un material de alto rendimiento en el sector fotovoltaico. Por tanto, en nuestros términos, estábamos utilizando como punto de referencia una referencia fotovoltaica ya excelente en el mercado.
Los siguientes gráficos muestran los espectros de reflexión de los distintos encapsulantes y su índice de amarillez (YI) calculado. Los resultados del YI muestran claramente que el CL y el PLX+ no amarillean como el EVA después de 500 h y 1000 h DH (IEC 61215, 10.13). Esta prueba se realizó en el Fraunhofer ISE de Friburgo (Alemania).
