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O que é LID em painéis solares? (vs. Explicação das tecnologias PID + Anti-LID)

À medida que você se aprofunda nas especificações ou no desempenho dos painéis solares, provavelmente encontrará o termo LID, que é facilmente confundido com outro termo PID.

Esta postagem explicará o que exatamente é o LID nos painéis solares e como ele difere do PID. Você também aprenderá algumas estratégias de mitigação para esse fenômeno, bem como algumas tecnologias avançadas anti-LID empregadas em produtos de painel.

Degradação induzida pela luz (LID) em painéis solares

O que é LID em painéis solares?

LID é um acrônimo para Degradação Induzida pela Luz.

Classificado como um tipo de mecanismo de degradação, LID normalmente ocorre em painéis solares de silício cristalino tipo p (c-Si). Refere-se ao fenômeno onde o desempenho dos painéis diminui quando eles são primeiro exposto à luz solar. 

Essa degradação geralmente ocorre nas primeiras horas a dias de exposição, quando o painel é desembalado ou recém-instalado no local. Durante este período, o painel pode sofrer uma perda de energia de aproximadamente 1% a 3%, mas pode ser maior em alguns casos, dependendo do tipo de silício utilizado e da qualidade do processo de fabricação.

Após este período inicial, que é frequentemente descrito como “estabilização da energia”, a degradação continua, mas a taxa irá abrandar significativamente e é geralmente contada por ano.

Para a maioria dos painéis solares c-Si, a taxa de degradação anual devido ao LID geralmente varia de 0.25% a 0.65% ao ano. Embora alguns produtos de painéis avançados possam ter taxas de degradação anuais mais baixas, cerca de 0.25% ao ano.

O que causa a LID?

A principal causa da LID é a formação de complexos de boro-oxigênio (BO)1 in dopado com boro Painéis c-Si tipo p, que prendem pares elétron-buraco que de outra forma contribuiriam para a geração de energia.

A seguir está uma explicação detalhada do processo.

Os wafers de silício usados ​​na fabricação de células solares são frequentemente dopados com boro (B) para criar semicondutores do tipo p. Durante o processo de dopagem, átomos de boro são introduzidos na rede cristalina de silício para criar 'buracos' que são portadores de carga positiva, essenciais para a junção pn.

Por outro lado, os wafers normalmente também contêm uma pequena quantidade de oxigênio (O) que pode ser introduzido durante o processo Czochralski usado na fabricação. Em contraste com os átomos de boro, esses átomos de oxigênio ocupam locais intersticiais na rede do silício.

Quando as células são inicialmente expostas à luz solar, os fótons geram pares elétron-buraco no silício. Esta energia de excitação permite que os átomos de boro e oxigênio se tornem móveis e formem complexos BO, que introduzem estados defeituosos na rede de silício.

Esses defeitos agir como recombinação centros para pares elétron-buraco geram fótons, o que significa que quando um elétron e um buraco encontram um complexo BO, eles se recombinam em vez de contribuir para a corrente elétrica. 

Em outras palavras, essa recombinação reduz o número de portadores de carga disponíveis para gerar corrente, diminuindo assim a eficiência geral e a produção do painel.

E quanto ao PID? Como o LID difere do PID?

PID é outro mecanismo de degradação do painel, que é uma abreviatura de Degradação Potencial Induzida.

Refere-se a um fenômeno onde as correntes elétricas não fluem ao longo do caminho definido, mas em vez disso se movem através da tampa, revestimento, material encapsulante ou estrutura, causando degradação na eficiência e na produção. 

Enquanto o LID é desencadeado pela exposição inicial à luz solar, o PID é induzido por uma combinação de alta tensão, temperatura elevada e alta umidade, o que leva à migração iônica e à polarização da superfície.

Em termos de tempo e impacto, o LID ocorre num curto período de tempo e resulta numa perda inicial de energia que se estabiliza ao longo do tempo. Por outro lado, o PID pode desenvolver-se durante um período mais longo e muitas vezes não é imediatamente perceptível no início da operação. Além disso, o PID pode causar perdas de potência significativas e progressivas se não for mitigado a tempo.

Como mitigar o LID em painéis solares? (Estratégias e tecnologias)

Embora o LID possa não ser tão grave como o PID, os fabricantes e especialistas da indústria estão a trabalhar para mitigar os seus impactos, o que é de grande importância para otimizar a longevidade e maximizar a eficiência dos sistemas solares.

Pré-condicione os painéis solares

Antes da sua instalação, exponha os painéis solares à luz num ambiente controlado através de testes de flash ou imersão em luz. Este processo pode ajudar na estabilização do desempenho dos painéis, induzindo e depois mitigando a degradação inicial de forma controlada. Isto eventualmente ajuda a realizar uma operação estável do sistema.

Utilize materiais alternativos de dopagem

Uma das principais causas do LID é a presença de boro no silício. Ao utilizar materiais dopantes alternativos, a formação de complexos BO pode ser evitada. 

O silício dopado com gálio, por exemplo, não apresenta o mesmo nível de degradação que o silício dopado com boro, nomeadamente, conduzindo a uma susceptibilidade reduzida à LID.

Cumpra os padrões da indústria

É crucial aderir aos padrões da indústria, como IEC 61215 durante os processos de fabricação de painéis. Esta prática garante que os painéis solares atendam a rigorosos critérios de desempenho, consistência e confiabilidade, incluindo aqueles relacionados ao LID.

Otimize os processos de fabricação

Melhorar os processos gerais de fabricação pode contribuir para reduzir o LID. Envolve um controle cuidadoso dos níveis de oxigênio para garantir baixa contaminação de oxigênio nos wafers e otimização das temperaturas e durações empregadas para o recozimento dos wafers de silício para reduzir a formação de defeitos.

Diagrama de blocos dos estados e processos de defeitos relacionados ao BO LID
Os estados e processos de defeitos relacionados ao BO LID. | Vaqueiro-Contreras M, Markevich VP, Coutinho J, et al. Identificação do mecanismo responsável pela degradação induzida pela luz do oxigênio do boro em células fotovoltaicas de silício. Jornal de física aplicada. 2019;125(18). doi: https://doi.org/10.1063/1.5091759

Opte por painéis solares tipo n

Os wafers do tipo n normalmente se beneficiam de certos processos de fabricação que podem resultar em menor teor de oxigênio, minimizando assim a formação de defeitos. Além disso, os painéis do tipo n são dopados com fósforo, que não forma complexos de defeitos semelhantes com o oxigênio como nos painéis do tipo p. Essas propriedades evitam em grande parte a principal causa do LID em painéis do tipo P.

Além disso, o tempo de vida da portadora minoritária no silício do tipo n é inerentemente maior em comparação com o silício do tipo p. Isto também contribui para menos perdas de recombinação e menos defeitos.

Implementar tecnologias avançadas de passivação

As tecnologias de passivação ajudam a estabilizar a superfície do silício e reduzir as perdas de recombinação. A sua implementação oferece um caminho robusto para mitigar o LID em painéis solares.

Ao integrar-se com passivação de superfície de alta qualidade através de materiais como nitreto de silício (SiNx), óxido de silício (SiO2) e óxido de alumínio (Al2O3), e alavancar arquiteturas de células avançadas como PERC, PERT, TOPCon e HJT, os fabricantes de painéis podem aumentar significativamente a estabilidade, eficiência e longevidade de seus produtos.

Os painéis solares de película fina são suscetíveis ao LID?

Os painéis solares de película fina são amplamente imunes aos efeitos tradicionais do LID observados nos painéis de silício cristalino. Esta imunidade é atribuída principalmente à ausência de formação de complexos BO.

No entanto, os painéis de película fina ainda podem apresentar outras formas de degradação.

Por exemplo, painéis de película fina de silício amorfo (a-Si) podem sofrer outra forma de degradação induzida pela luz, conhecida como efeito Staebler-Wronski. Geralmente estabiliza após a exposição inicial à luz e geralmente não se degrada ainda mais.

Filme fino CdTe e CIGS os painéis são inerentemente menos propensos à degradação induzida pela luz observada nos painéis c-Si. No entanto, eles ainda sofrem outras formas de degradação ao longo do tempo.

Conclusão

O LID parece ser uma característica inerente dos painéis solares c-Si, particularmente do tipo p.

Após o período inicial, a perda de energia dos painéis causada pelo LID ainda pode acumular-se em um valor não pequeno. A indústria continua a fazer esforços para minimizar os seus impactos através de abordagens multifacetadas.

Embora muitas vezes não seja explicitamente declarado no manual de especificações de um painel solar, os fabricantes são responsáveis ​​por fornecer informações claras e transparentes sobre as especificações do LID de seus painéis.

Recomenda-se que proprietários de empresas solares e desenvolvedores de projetos fiquem de olho nos mais recentes avanços nas tecnologias de mitigação de LID, a fim de fornecer um desempenho de painel mais robusto.

  1. Markevich VP et al. Complexo Boro-Oxigênio Responsável pela Degradação Induzida pela Luz em Células Fotovoltaicas de Silício: Uma Nova Visão sobre o Problema ↩︎

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