Lawrence Lee Kazmerski

The increasing technical and economic viability of photovoltaic solar energy technologies includes modules with organic photovoltaic (OPV) cells, which have shown significant efficiency increases, reaching 20% for research devices. This study investigated the photodegradation and associated loss mechanisms in OPV devices under tropical conditions in Brazil. The electrical and optical characteristics of the modules were correlated with chemical and structural changes when exposed to sunlight. Electrical parameters were monitored over time on external test benches and measured in solar simulators, while changes in the optical transmission and absorption of the films were analyzed. Scanning electron microscopy, energy-dispersive spectroscopy, and Fourier-transform infrared spectroscopy were used to study the physical and chemical properties of the materials. We found that photodegradation causes bound breakage in the active layer, altering the carbon structure and consequently reducing the module’s output power. The primary reasons for the activation and progression of this mechanism are high temperature and elevated solar irradiance. Therefore, we demonstrate that understanding these mechanisms is essential for the development of more sustainable OPVs in tropical climates.

Solar energy has emerged as the lowest-cost source of electricity in many locations. This low cost, coupled with its clean, quiet operation, has led to it being the fastest expanding electricity-generating technology today. This is true for both large grid-connected installations and small stand-alone systems. Photovoltaics (PV) promises to be a major driver for ensuring reliable energy access for nearly a billion underserved people around the globe, as well as providing the path for the energy transition from a fossil fuel past to a green and sustainable future.

Resumo A deposição de sujidades tem impacto significativo no desempenho de módulos fotovoltaicos (FV). Visando aprimorar técnicas que possam contribuir para o maior rendimento da tecnologia FV, esforços têm sido realizados para identificação e quantificação das perdas por sujidades em diferentes regiões sobre influência de diferentes zonas climáticas. Normalmente, esta análise baseia-se na utilização de parâmetros elétricos e térmicos medidos em estações de monitoramento de sujidade, comparados com variáveis meteorológicas medidas na mesma localidade. Porém, novas técnicas têm sido estudadas como alternativa para quantificar as perdas de desempenho de módulos FV devido a deposição de sujidade, tornando, em algumas vezes, o processo menos dispendioso e mais prático. Neste cenário, este trabalho tem como objetivo apresentar uma metodologia para quantificar as taxas de sujidade para módulos fotovoltaicos de filme fino e silício cristalino, considerando dados de densidade gravimétrica. Para isso, cupons foram colocados em uma área externa próxima as estações de sujidade instaladas no laboratório GREEN PUC Minas em Belo Horizonte/MG. A densidade gravimétrica da sujidade (g/m2) foi medida em intervalos de sete dias, e a taxa de sujidade (SRatio) foi estimada usando o modelo proposto por Coello e Boyle (2018) e Hegazy (2001). Essa taxa de sujidade (SRatio) estimada foi comparada com a taxa de sujidade identificada a partir de dados coletados das estações de monitoramento de sujidade disponibilizada por Costa (2018). Além disso, imagens foram tiradas dos cupons utilizando microscópio de sujidade, seguindo metodologia Figgis (2017).

Resumo O acúmulo de sujidades sobre módulos fotovoltaicos (FV), seja poeira, pólen, dejetos de pássaros, sujeiras, ou outros contaminantes, causa significativo impacto no desempenho destes dispositivos. As perdas por sujidade em módulos fotovoltaicos são denominadas taxas de sujidades (SRatio), normalmente, mensuradas através de parâmetros elétricos e térmicos de módulos fotovoltaicos utilizados em estação de monitoramento de sujidade ou sistemas fotovoltaicos. Porém, devido às dificuldades em se obter dados contínuos e de longos períodos (considerando sazonalidade das estações do ano e interanuais) seja de estações ou sistemas FV, pesquisas têm sido realizadas em vários países com o objetivo de identificar a relação entre as variáveis meteorológicas e de materiais particulados (PM) com o processo de deposição de sujidade em módulos fotovoltaicos. Dessa forma, esse trabalho tem como objetivo avaliar o comportamento das variáveis meteorológicas e das taxas de sujidade obtidas através de dados de estação de sujidade de silício policristalino instalada na cidade de Belo Horizonte/MG.

During the last two years, several policy initiatives by the Government of India have created significant industry interest to enhance solar manufacturing in India across the value chain of silicon from polysilicon to modules, as well as thin film solar modules. It is expected that India will be manufacturing about 100–110 GW of solar modules per year by 2027. This will not only be consistent with India's stated deployment goal of 500 GW of ‘non-fossil fuel’ electricity capacity by 2030, but will leave enough capacity for global export. This paper describes the present status of solar manufacturing in India.

Solar irradiation is the primary source of energy used in photovoltaic systems to generate electrical energy. Thus, the photovoltaic performance is directly affected due to the variation of this meteorological factor. To estimate the energy production of a photovoltaic system, it is essential to consider the solar irradiance data for the location where it will be installed. However, these data usually refer to measurements done by pyranometers (or other measuring instrument) installed in a horizontal position, disregarding the effects of inclination as determined for the installation of photovoltaic modules (locations with latitude > 0º). In this scenario, this work aims to estimate the plane of array irradiance from horizontal global irradiance data. For this, global horizontal irradiance data measured by a meteorological station installed at GREEN/PUC Minas in Belo Horizonte/MG (Equatorial Tropical: 19.92° S, 43.99° W) and another in the test area of the Federal University of Santa Catarina in Brotas de Macaúbas/BA (Semi-Arid: 12.00° S, 42.63° W) were used as input data for the mathematical model, and the results were compared with plane of array irradiance measured oriented to the Solar North and with an inclination equal to the latitude of the respective locations. The comparative results showed that the estimate of the plane of array irradiance is close to the measurement, with differences ranging from -27 to 43% for the city of Belo Horizonte/MG and from -8 to 8% for the city of Brotas of Mcaúbas/BA. The biggest differences were registered in the autumn and winter seasons (lower solar altitude), with the average difference for the entire period evaluated around 4.42% for the city of Belo Horizonte/MG and -0.44% for Brotas de Macaúbas/BA. The comparison, between the solar irradiance measured by the meteorological station and that measured by the photovoltaic cell (inclined), indicated a higher difference, around 6%. A irradiação solar é a fonte primária de energia utilizada em sistemas fotovoltaicos para gerar energia elétrica. Dessa forma, o desempenho do fotovoltaico é afetado diretamente d'vido a variação deste fator meteorológico. Para estimar a produção de energia de um sistema fotovoltaico é imprescindível considerar os dados de irradiância solar para a localidade onde este será instalado. Porém, estes dados, normalmente, referem-se a medições realizadas por piranômetros (ou outro instrumento de medição) instalados em posição horizontal, desconsiderando os efeitos da inclinação como é determinado para instalação de módulos fotovoltaicos (locais com latitude > 0º). Neste cenário, este trabalho tem como objetivo estimar a irradiância solar incidente sobre um plano inclinado a partir de dados de irradiância global horizontal. Para isso, dados de irradiância global horizontal medidos por estação meteorológica instalada no GREEN/PUC Minas em Belo Horizonte/MG (Equatorial Tropical:19,92° S, 43,99° O) e outra na área de teste da Universidade Federal de Santa Catarina em Brotas de Macaúbas/BA (Semi- Arid: 12,00° S, 42,63° O) foram utilizados como dados de entrada para o modelo matemático, e os resultados foram comparados com dados de irradiância solar medida em um plano inclinado orientado para o Norte Solar e com inclinação igual a latitude das respectivas localidades. Os resultados comparativos mostraram que a estimativa da irradiância solar incidente sobre um plano inclinado se aproxima da medida, apresentando diferenças que variaram de -27% a 43% para a cidade de Belo Horizonte/MG e de -8% a 8% para a cidade de Brotas de Mcaúbas/BA. As maiores diferenças foram registradas nas estações de outono e inverno (menor altitude solar), sendo a diferença média para todo o período avaliado em torno de 4,42% para a cidade de Belo Horizonte/MG e -0,44% para Brotas de Macaúbas/BA. Já a comparação, entre a irradiância solar medida pela estação meteorológica e a medida pela célula fotovoltaica, indicou diferença mais elevada, em torno de 6%.