La electroluminiscencia (EL) es una imagen de los módulos fotovoltaicos tomada mientras una fuente de corriente continua los polariza en directa: las celdas emiten una luz infrarroja cercana que una cámara sensible capta, y las zonas que no conducen se ven oscuras. Revela microfisuras, partes de celda inactivas, dedos o contactos interrumpidos y el patrón de la degradación por potencial inducido. En campo se hace de noche o tapando la luz, con el string desconectado del inversor. IEC TS 60904-13:2018 define cómo tomar, procesar e interpretar las imágenes.
Qué es
Una celda solar es un diodo. Bajo el sol genera corriente; si en cambio se le inyecta corriente en sentido directo, como a un LED, emite luz. En el silicio esa emisión es infrarroja cercana y débil, invisible para el ojo pero no para una cámara sensible en esa banda. La intensidad de la luz en cada punto depende de qué tan bien conduce y recombina allí la celda: una zona aislada por una grieta o sin contacto no recibe corriente y se ve oscura.
La imagen resultante es una radiografía eléctrica del módulo. No mide temperatura, como la termografía, ni potencia, como la curva I-V: muestra la estructura y la continuidad de cada celda.
La norma y las referencias
IEC TS 60904-13:2018, Photovoltaic devices – Part 13: Electroluminescence of photovoltaic modules, es la especificación técnica de la IEC para esta técnica. Según su alcance, define métodos para tomar imágenes de electroluminiscencia de módulos, para procesarlas y obtener descriptores cuantitativos, y para orientar la interpretación cualitativa de lo que se observa. Se aplica a módulos medidos con una fuente que polariza sus celdas en directa.
La norma está pensada sobre todo para el laboratorio. El informe IEA PVPS T13-10:2018, Review on Infrared and Electroluminescence Imaging for PV Field Applications, del programa de sistemas fotovoltaicos de la Agencia Internacional de Energía, reúne la práctica en campo: equipos, condiciones, interpretación de patrones y su relación con la termografía. Señala que cada vez más contratistas EPC y de operación y mantenimiento ofrecen inspecciones de EL e infrarrojas junto con las curvas I-V.
Cómo se hace en campo
En términos generales:
- El string se desconecta del inversor y se conecta a una fuente de corriente continua capaz de inyectar una corriente del orden de la corriente de cortocircuito del módulo o del string, con la tensión suficiente para lograrla.
- Se necesita oscuridad. La emisión es débil frente a la luz ambiente, así que las imágenes se toman al anochecer o de noche, o se tapa la cámara y el módulo con cortinas sobre un marco.
- La cámara puede tener sensor de silicio, de mayor resolución y menor costo, o de InGaAs, más sensible a la emisión del silicio cristalino. El informe de IEA PVPS lo presenta como un compromiso entre costo, resolución y sensibilidad.
- El soporte puede ser un trípode o un dron para recorrer strings completos.
Las condiciones de la imagen (enfoque, ángulo, exposición) pesan tanto como en la termografía: un módulo fuera de foco o visto muy de lado puede ocultar una grieta o inventar una.
Qué defectos muestra
| Patrón en la imagen | Qué suele ser |
|---|---|
| Líneas oscuras o claras que cruzan una celda | Microfisuras o grietas |
| Zona oscura delimitada por una grieta | Parte de la celda aislada eléctricamente: área inactiva que ya no produce |
| Celda completa oscura | Celda inactiva o desconectada |
| Bandas oscuras entre barras colectoras | Dedos o contactos interrumpidos |
| Celdas oscuras en los bordes del módulo, junto al marco | Patrón típico de la degradación por potencial inducido (PID) |
| Manchas o regiones de brillo irregular | Defectos de material o de fabricación, derivaciones (shunts) |
La forma y la distribución de las grietas orientan sobre su origen, por ejemplo un impacto o una carga mecánica en el transporte o en el montaje. La causa definitiva no se asigna solo con la imagen. El informe de IEA PVPS advierte que con una sola corriente de polarización no siempre es posible identificar el fenómeno físico detrás de un patrón; tomar imágenes a dos corrientes distintas ayuda a separar efectos.
Cuándo se usa
- En la recepción de módulos, por muestreo, para detectar daños de transporte y de manipulación antes del montaje o antes de cerrar la garantía del contratista.
- Después de un evento, como granizo, una tormenta de viento o un incendio cercano.
- Ante pérdida de potencia sin causa térmica: cuando la curva I-V muestra un string bajo pero la termografía no explica por qué.
- Ante sospecha de PID, para ver el patrón en los módulos del extremo del string.
- En reclamos de garantía, donde la imagen acompaña a la medida de potencia como evidencia.
Cómo se combina con termografía y curva I-V
Las tres técnicas se complementan. La termografía de módulos recorre la planta de día y señala dónde hay calor anormal. La curva I-V mide cuánta potencia se perdió y en qué forma (corriente, tensión, factor de forma). La electroluminiscencia explica por qué, mostrando la grieta o la zona inactiva. Un plan razonable usa la termografía y la I-V para seleccionar y la EL para confirmar, en lugar de tomar imágenes EL de todo el campo sin criterio. Las causas más frecuentes de pérdidas en el campo están en fallas del campo fotovoltaico.
Qué debe traer el informe
Una imagen sin contexto sirve de poco, sobre todo en un reclamo de garantía. Un informe útil de electroluminiscencia trae, para cada módulo o string inspeccionado:
- la identificación en el plano de la planta y el número de serie del módulo;
- la corriente de polarización aplicada y, si se tomaron varias, cada una;
- la cámara, la exposición y la distancia o el método de captura;
- la imagen original y la procesada, sin retoques que alteren el contraste de los defectos;
- la clasificación de lo observado y la descripción del patrón;
- la relación con la termografía y la curva I-V del mismo string, cuando existen.
Con eso, la inspección se puede repetir años después en las mismas condiciones y comparar si las grietas crecieron o si aparecieron zonas inactivas nuevas.
Seguridad
La prueba se hace con el string desconectado del inversor, con una fuente de corriente continua a la tensión del string y, casi siempre, de noche. Los riesgos son los del trabajo en corriente continua: arco al desconectar un conector con corriente, tensión presente en el campo apenas hay luz y poca visibilidad. El procedimiento de aislamiento del string y el bloqueo de los equipos siguen las reglas de bloqueo y etiquetado en plantas solares.
Le ayudamos a diagnosticar las pérdidas de su campo
Nuestro equipo hace las pruebas del campo en corriente continua (curva I-V, resistencia de aislamiento, polaridad, Voc e Isc) y la termografía de módulos desde tierra y con dron, como parte de la puesta en servicio de plantas solares y del mantenimiento. Si su planta pierde potencia o tiene un reclamo de garantía, le ayudamos a planear las pruebas de diagnóstico de su campo, incluida la electroluminiscencia cuando el caso la justifica. Según lo que muestre su planta le recomendamos qué prueba hacer y con qué equipo, y lo incluimos en la cotización: así paga solo las pruebas que su caso necesita. Escríbanos desde contacto.
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Referencias
- IEC TS 60904-13:2018, Photovoltaic devices – Part 13: Electroluminescence of photovoltaic modules. https://webstore.iec.ch/en/publication/26703
- IEA PVPS Task 13, Review on Infrared and Electroluminescence Imaging for PV Field Applications, informe IEA-PVPS T13-10:2018.
- IEC TS 62446-3:2017, Photovoltaic modules and plants – Outdoor infrared thermography.
Preguntas frecuentes
¿La electroluminiscencia reemplaza a la termografía?
No; ven cosas distintas. La termografía se hace de día con la planta en operación y muestra dónde se disipa energía en forma de calor: diodos conduciendo, celdas calientes, conectores flojos. La electroluminiscencia se hace sin sol, con corriente inyectada, y muestra la estructura de las celdas: grietas y zonas inactivas que todavía no se calientan. Lo usual es que la termografía o la curva I-V señalen los strings sospechosos y la EL explique la causa.
¿Una microfisura visible en EL significa que el módulo está dañado?
No necesariamente. Una grieta que no aísla parte de la celda puede no afectar hoy la potencia; el riesgo es que crezca con los ciclos térmicos y la carga mecánica. Lo que pesa es si la grieta deja zonas oscuras, es decir inactivas, y cuántas celdas afecta. La imagen se cruza con la potencia medida en la curva I-V antes de concluir.
¿Se puede hacer electroluminiscencia de día?
La EL convencional necesita oscuridad, porque la luz que emiten las celdas es débil frente a la del sol. Por eso en campo se hace al anochecer o de noche, o tapando cámara y módulo con cortinas sobre un marco, como describe el informe IEA PVPS T13-10:2018.