Un viejo conocido

Aunque los módulos de célula partida fueron fabricados en masa por primera vez hace más de 15 años, durante mucho tiempo no se han visto en el mercado productos comerciales de este tipo. Sin embargo, al igual que está ocurriendo con los módulos bifaciales, en los últimos años, los módulos de célula partida denominados HC (por sus siglas en íngles: half cut o half-cell), están irrumpiendo con fuerza en el mercado fotovoltaico y suelen ser los productos estrella en la mayoría de ferias comerciales del sector.

En la actualidad, más del 10% de los módulos de silicio cristalino que se fabrican son de HC y se espera que en menos de 5 años su cuota de mercado sea mayor del 50%.
Figura 1: Cuota de mercado estimada según el corte de la célula en módulos de silicio cristalino. (ITRPV-2020).

Por otro lado, se estima que a partir de este año se empiecen a comercializar módulos de cuarto de células (quarter-cell), es decir, módulos formados por células partidas en cuatro partes. Esta tecnología basada en ir dividiendo sucesivamente las células se estima seguirá creciendo, así, es esperable que para el año 2030 exista un porcentaje considerable de módulos basados en cortes a 1/3 un 1/5 o 1/6.

Figura 2: Antiguo módulo de célula partida (año 2007) ubicado en las oficinas de Censolar.

Principios de diseño

Un módulo de células partida es, en su concepción más básica, aquel que, simplemente, está formado por células fotovoltaicas de silicio cristalino (m-si o p-si), las cuales han sido partidas (normalmente en dos mitades iguales) antes de ser colocadas en la cubierta posterior del módulo. Un ejemplo de este tipo de panel, sería el expuesto en la figura 2. No obstante, la nueva generación de módulos de half-cell incorporan otras innovaciones.

En la gran mayoría de los módulos convencionales (denominados de full-cell) las células fotovoltaicas están todas conectadas en serie formando una única cadena (o string). Esta cadena esta a su vez dividida en un número de subcadenas igual al número de diodos de bypass equipados en el módulo. Así, como se puede ver en la figura 3, cada diodo de bypass acoge al mismo número de células.

Figura 3: Esquema de la configuración de los diodos de bypass en un módulo convencional de 36 células y dos diodos de bypass. Cada diodo acoge un total de 18 células.

De esa manera, cuando una sombra afecta a un grupo de células provocando un cambio de polaridad en alguna de ellas, el diodo de bypass se acciona y tan solo su subcadena asociada queda inutilizada, con lo que el resto puede seguir generando corriente.

Figura 4: Esquema de dos módulos de 60 células (izquierda) y 120 subcélulas (derecha). El módelo de half-cell tiene el doble de substring que el convencional, lo que reduce el impacto de sombras parciales en la producción.

Por su lado, los módulos HC se dividen en dos partes iguales ubicando la mitad de las medio-células resultantes en una y otra parte respectivamente. Además, al contrario de lo que ocurren en lo módulos convencionales, donde los diodos de bypass se colocan en la parte superior del mismo; en los módulos HC los diodos se ubican (ver figura X) en la línea central que sirve de frontera entre una parte y otra del módulo. De esa forma, se posibilita la división de cada subcadena en dos y su conexión en paralelo. Debido a esta disposición no existe espacio para acercar los términales a una única caja de conexión.

Por lo anterior, los módulos HC tienen tres cajas de conexión en su parte posterior, dos para los terminales y una adicional para el diodo central. Esto lleva a la curiosidad de que los módulos HC se parezcan más en su parte posterior a los fabricados hace 15 o 20 años (los cuales tenían una caja de conexión para cada terminal) que loa actuales de full-cell.

Figura 5: Parte posterior de un módulo HC

Con esta configuración se consigue que cada diodo agrupe dos subcadenas en vez de una. Por ejemplo, en un módulo típico de conexión a red de 60 células y tres diodos de bypass, hay tres subcadenas de 20 células cada una. En ese mismo módulo, pero usando una configuración HC, las subcadenas seguirán siendo de 20 células, pero ya no habrá solo 3 subcadenas, sino 6 ya que el módulo contará con 120 células. Como las subcadenas superiores e inferiores se conectan en paralelo, cada diodo agrupará dos subcadenas.

Mejor ante sombras parciales

La principal ventaja de este tipo de módulos respecto los convencionales es el mejor comportamiento que tienen ante las sombras parciales. Así, si por ejemplo un objeto sombrea la parte inferior derecha de un módulo full-cell el diodo de bypass entrará en conducción y todo una subcadena dejará de generar corriente, por lo que la producción del módulo se verá reducida en un 1/3. Por el contrario, en módulos de half-cell la subcadena afectada solo correspondería a 1/6 de la producción, por lo que las pérdidas serían un 50% menor que en el módulo convencional.

Por otro lado, al utilizar células de la mitad de tamaño que las convencionales se reduce también a la mitad la intensidad de corriente que generan, mientras que el voltaje permanece constante. Teniendo en cuenta que las pérdidas térmicas son directamente proporcionales al cuadrado de la intensidad (recordemos que Pdisipada = i2R) es fácil esperar que los módulos HC disipen menos energía que los convencionales y, por lo tanto, que su eficiencia sea algo mayor (entre un 1% y un 4%).

Pero no todo lo que supone esta tecnología son ventajas: hay que tener en cuenta que al disponer de mayor número de células también aumenta el número de conexiones y soldaduras por lo que el riesgo de que se creen puntos calientes es mayor. No obstante, adquirir módulos de marcas reconocidas con la suficiente garantía reduce mucho este inconveniente.

¿Dónde instalarlo?

A medida que el precio de los módulos HC compitan con los convencionales, su uso se irá generalizando ya que su aumento de eficiencia permitirá disminuir espacio de instalación y su mejor respuesta frente a sombras hará aumentar la productividad del sistema fotovoltaico en el que se ubiquen.

En la actualidad, aunque los módulos convencionales son algo más baratos que los HC, estos últimos puede llegar a ser mas rentables especialmente en instalaciones sobre cubierta donde el espacio de instalación es mucho más crítico que en instalaciones de suelo y donde existe más probabilidad de sufrir sombras parciales.

Figura 6: Módulo HC de 144 células (6 substring de 24 células) del fabricante JASOLAR.