Mendelsson Rainer Macedo Neves

This article investigates the qualification of photovoltaic micromodules intended for energy harvesting in Internet-of-Things systems, with emphasis on the degradation mechanisms induced by accelerated environmental aging typical of tropical conditions. The study employs multiple complementary characterization techniques—including pulsed I–V measurements, electroluminescence imaging, and impedance spectroscopy—combined with multivariate statistical analysis to support decision-making regarding acceptance criteria, fault prediction models, maintenance scheduling, and failure mode clustering.In addition, dimensionality-reduction methods are explored to extract the most relevant indicators from empirical datasets and to improve interpretability when dealing with highly correlated or redundant variables. The work addresses a regulatory gap affecting photovoltaic devices below 5 Wp, a class of modules whose deployment is rapidly expanding in remote, autonomous, and low-power IoT applications, yet remains largely unsupported by existing reliability and certification standards.

Leakage current is a phenomenon caused by the presence of non-constant common mode voltage at the terminals of photovoltaic strings, in addition to the presence of factors intrinsic to photovoltaic modules, such as parasitic capacitance between the modules components and their metallic frames. A simple way to reduce leakage current is to use an isolating transformer at the output of the photovoltaic inverter. In grid-connected PV systems, simpler topologies of converters use a transformer, operating at low or high frequency, to provide galvanic isolation between the PV modules and the electrical grid. These transformers cause reduced efficiency, increase production costs and change power quality. In this sense, this article addresses the subject of leakage current and its effects on full-bridge inverters with and without transformer. The study is based on simulations of grid-connected inverters and photovoltaic modules modeled in Matlab/Simulink, and the inverter bridge is driven with unipolar PWM. To complement, this work traces a relationship between the PID (Potential Induced Degradation) effect and the leakage current problem. The results show that the galvanic isolation allows zeroing the leakage current present in the photovoltaic modules. On the contrary, without the presence of a transformer, the full-bridge topology is not able to maintain a low value of leakage current. The study allows us to conclude that, in the absence of an isolating transformer, it is important to use the most appropriate inverter topologies to mitigate the problems presented. A corrente de fuga é um fenômeno causado pela presença de tensão de modo comum não constante nos terminais das strings fotovoltaicas, além da presença de fatores intrínsecos aos módulos fotovoltaicos, como a capacitância parasita entre os componentes dos módulos e suas molduras metálicas. Uma forma simples de reduzir a corrente de fuga é o uso de um transformador isolador na saída do inversor fotovoltaico. Em sistemas fotovoltaicos conectados à rede, topologias mais simples de conversores utilizam um transformador, operando em baixa ou alta frequência, para fornecer isolamento galvânico entre os módulos fotovoltaicos e a rede elétrica. Esses transformadores causam redução de eficiência, aumentam custos de produção e alteram a qualidade da energia. Nesse sentido, o presente artigo aborda o assunto da corrente de fuga e seus efeitos em inversores do tipo full-bridge com e sem transformador. O estudo é baseado em simulações de inversores conectados à rede e módulos fotovoltaicos modelados no Matlab/Simulink, sendo que a ponte inversora é acionada com PWM unipolar. Para complementar, este trabalho traça uma relação entre o efeito PID (Potencial Induced Degradation) e o problema da corrente de fuga. Os resultados mostram que a isolação galvânica permite zerar a corrente de fuga presente nos módulos fotovoltaicos. Contrariamente, sem a presença de transformador a topologia full-bridge não é capaz de manter um baixo valor de corrente de fuga. O estudo permite concluir que, na ausência de transformador isolador, é importante utilizar topologias de inversores mais adequadas para mitigar os problemas apresentados.

Photovoltaic (PV) modules in power plants must withstand high polarization voltages between the layers that make up the modules and the mounting structure in which the modules are located. Thus, this high voltage has increased the degradation of modules in the field, harming the performance of the photovoltaic module, causing a major problem for the photovoltaic industry. This high voltage stress results in potential induced degradation (PID). In this article, a review of the literature will be provided, aiming to provide an overview of the research that has been carried out to understand the PID and the current status of research on the topic of crystalline silicon PV modules. This article consists of three parts. In the first part, the possible causes of PID and the mechanism of how this degradation acts in crystalline silicon modules (c-Si) are discussed, examining how temperature, humidity, and voltage are correlated in the advance of PID. The second part discusses the tests currently used to assess the durability of PV modules for PID. The third part presents preventive measures against PID at the cell, module, and system levels. Os módulos fotovoltaicos (FV) em usinas de energia devem suportar altas tensões de polarização entre as camadas que compõem os módulos e a estrutura de montagem em que se encontram os módulos. Assim, esta alta tensão tem aumentado a degradação de módulos em campo prejudicando o desempenho do módulo fotovoltaico, ocasionando um grande problema para a indústria fotovoltaica. Este estresse de alta tensão resulta na degradação induzida por potencial (PID – potencial induced degradation). Neste artigo será fornecida uma revisão da literatura, tendo como objetivo fornecer uma visão geral das pesquisas que foram realizadas para a compreensão do PID e a situação atual da pesquisa sobre o tema para módulos FV de silício cristalino. Este artigo consiste em três partes. Na primeira parte, são discutidas as possíveis causas do PID e o mecanismo de como essa degradação atua nos módulos de silício cristalino (c-Si), examinando como a temperatura, umidade e tensão estão correlacionadas no avanço do PID. Na segunda parte são abordados os testes usados atualmente para a avaliar a durabilidade de módulos FV para PID. Na terceira parte são apresentadas medidas preventivas contra PID a nível de célula, módulo e sistema.