Un grupo de investigadores de China e Italia ha probado la influencia de diferentes ángulos de inclinación en la falla térmica de los módulos fotovoltaicos. Descubrieron que, al utilizar un ángulo de inclinación superior a 30 grados, el tiempo hasta la falla aumentaba.

Utilizando un panel radiante uniforme y un montaje experimental con un panel inclinado, los científicos registraron la rotura térmica del vidrio, las temperaturas superficiales, el flujo de calor incidente y las características de la falla. También simularon el montaje mediante un modelo de elementos finitos (MEF), midiendo el error promedio.

“Los módulos fotovoltaicos están compuestos de vidrio, un material frágil que puede romperse o desprenderse rápidamente al exponerse al fuego. Como consecuencia de las grietas en el vidrio, los materiales combustibles de los paneles fotovoltaicos recibirían directamente la radiación del fuego y accederían al oxígeno, lo que facilitaría el fallo de los sistemas fotovoltaicos. Además, una vez que el vidrio del módulo fotovoltaico se rompe y se desprende, la parte expuesta de la fachada fotovoltaica puede convertirse en una gran superficie combustible”, afirmó el grupo. “Sin embargo, el rendimiento de los paneles fotovoltaicos con diferentes ángulos de inclinación no se ha probado a pesar de su uso generalizado y su relevancia”.

El grupo utilizó un panel radiante de propano de 600 mm x 600 mm como fuente térmica uniforme. Junto a él, el equipo instaló una estructura fotovoltaica de acero galvanizado capaz de soportar temperaturas de hasta 1200 °C. En su interior, colocaron paneles fotovoltaicos de silicio monocristalino de 300 mm x 300 mm, que incluían una capa de vidrio recocido no templado de 3,2 mm de espesor. En total, se probaron 15 paneles, tres para cada inclinación: 0°, 15°, 30°, 45° y 60°.

El análisis demostró que, cuando los paneles fotovoltaicos se exponen a la radiación térmica, las grietas en el vidrio suelen iniciarse en el borde de la máxima diferencia de temperatura en la superficie expuesta al fuego. También demostró que, debido a la presencia de cintas convergentes en la parte inferior del panel fotovoltaico, las grietas tienden a iniciarse allí en lugar de en los bordes del panel cuando la inclinación supera los 45°.

Además, se encontraron burbujas de gas combustible entre la capa de vidrio y la capa de células solares, así como entre la placa posterior y la capa de células solares, que según los científicos podrían encenderse potencialmente con una chispa o en un incendio real.

Además, las mediciones mostraron que el tiempo promedio para la primera falla de los paneles fotovoltaicos presentó una tendencia creciente cuando los paneles se inclinaron de 0° a 60°. Más específicamente, el tiempo promedio para la primera falla fue de 36 segundos, 33 segundos, 40 segundos, 62 segundos y 71 segundos para los escenarios de inclinación de 0°, 15°, 30°, 45° y 60°, respectivamente.
«El tiempo hasta el fallo aumentó significativamente cuando los paneles fotovoltaicos se inclinaron más allá de los 30 °C, que es un ángulo de inclinación crítico para el fallo térmico del panel», afirmaron los investigadores. «Aunque los tiempos de fallo variaron en cada caso, las diferencias de temperatura críticas fueron similares, oscilando entre 61 y 84 °C, y la mayoría de las grietas se produjeron con una potencia de entre 8 y 15 kW/m²».

Posteriormente, el grupo desarrolló un modelo numérico de elementos finitos (FEM) del sistema utilizando el software Abaqus, limitando la simulación a 100 segundos, ya que la primera rotura del vidrio debería ocurrir durante este período. En comparación con los resultados experimentales, el modelo FEM obtuvo un error promedio del 13,5 % en las distribuciones de temperatura y menos del 15 % en los tiempos de primera falla.

“Teniendo en cuenta las dificultades causadas por las burbujas de gas del etileno vinil acetato (EVA) y la expansión del tedlar-poliéster-tedlar (TPT), este acuerdo sugiere que el modelo térmico podría predecir los campos de temperatura del panel fotovoltaico”, concluyeron los científicos. “Se demuestra que la suposición de un aumento de temperatura de tres capas es adecuada para los casos con grandes inclinaciones”.

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