Bienvenido de nuevo. En nuestra publicación anterior cubrimos algunos de los conceptos básicos de las celdas solares y la eficiencia de los paneles solares. Cubrimos por qué importa la eficiencia de un panel solar, cuán eficientes son los paneles solares y cómo se calcula. En esta publicación, veremos en profundidad qué determina la eficiencia del panel solar, incluyendo el diseño, los componentes, los materiales y los factores ambientales como el sombreado y el posicionamiento.
Tecnología y materiales solares
Tipos de celdas solares
Las celdas solares son los bloques de construcción de los paneles solares y están directamente relacionadas con la eficiencia de los paneles solares. Las celdas solares convierten la luz solar en electricidad a través de un proceso llamado efecto fotovoltaico, donde se genera corriente eléctrica cuando las celdas se exponen a la luz solar. Existen tres categorías amplias de celdas solares: monocristalinas, policristalinas y de película delgada.
-Monocristalinas
Una celda solar monocristalina está hecha de una estructura de cristal de silicio única, una forma extremadamente pura de silicio. Las celdas solares monocristalinas son altamente eficientes, pero el proceso de fabricación es complejo y laborioso. Para producirlas, se extrae un cristal semilla de silicio fundido para crear un lingote cilíndrico con una estructura de red cristalina única y continua. Luego, este cristal se corta en obleas que alimentan las celdas solares individuales. Las celdas monocristalinas son más eficientes que las policristalinas o de película delgada, con una tasa de eficiencia típicamente superior al 19 por ciento. Pero los paneles solares monocristalinos suelen ser la opción más cara debido a los mayores costos de fabricación. Las celdas monocristalinas se pueden identificar por un color negro o azul negruzco consistente.
No mencionamos específicamente en este blog que todos nuestros paneles cuentan con celdas monocristalinas
(Imagen 1. Comparación de una celda solar monocristalina con una celda solar policristalina.)
-Policristalinas
Las celdas solares policristalinas contienen muchos pequeños fragmentos de cristales de silicio azules en lugar de una única estructura de silicio. Una apariencia escamosa azul las hace fáciles de distinguir de las celdas monocristalinas. Las celdas policristalinas son menos eficientes pero más fáciles de producir que las monocristalinas. Típicamente, tienen una eficiencia del 12 al 15 por ciento y son de menor costo en comparación con las celdas monocristalinas.
-Película delgada
A diferencia de las celdas fotovoltaicas convencionales, las celdas solares de película delgada se fabrican superponiendo múltiples materiales fotovoltaicos sobre un sustrato de vidrio. Hay cuatro tipos de celdas solares de película delgada: Telururo de Cadmio (CdTe), Silicio Amorfo (a-Si), Seleniuro de Cobre Indio Galio (CIGS) y Arseniuro de Galio (GaAs).
El telururo de cadmio (CdTe) ofrece mayor eficiencia que otras celdas de película delgada. Y debido a que utilizan solo el 1 por ciento del silicio necesario para una celda cristalina, y un proceso de fabricación menos intensivo en energía, son una opción de menor costo. Son flexibles y duraderas, lo que las convierte en excelentes opciones para superficies curvas. Sin embargo, necesitan mantenimiento y limpieza adicionales de paneles solares para ofrecer un rendimiento consistente en exteriores. También contienen elementos raros y tóxicos, incluido el cadmio, que requieren precauciones adicionales durante la fabricación y el reciclaje.
Tecnologías de las celdas solares
La tecnología solar está en constante evolución en la búsqueda de celdas y paneles solares con más potencia y mayor eficiencia. Ahora hay una serie de tecnologías en el mercado que ofrecen un rendimiento mejorado, y cada una utiliza diferentes diseños, materiales y componentes para satisfacer sus necesidades energéticas.
-Celdas de contacto trasero interdigitado (IBC)
Las celdas de contacto trasero interdigitado son de alto rendimiento con un diseño elegante. Utilizan tecnología de contacto trasero que no requiere cintas metálicas en la parte frontal de la celda de un panel. Esto significa que pueden absorber más luz solar por celda porque no hay sombreado causado por las cintas metálicas. Las celdas IBC pueden alcanzar una eficiencia de hasta 29.1%.
(Imagen 2. Estructura de una celda solar IBC.)
-Celdas de emisor pasivado y contacto trasero (celdas PERC)
Las celdas de emisor pasivado y contacto trasero, o celdas PERC, añaden una capa adicional a la parte posterior de las celdas solares tradicionales. La capa adicional rebota la luz en la celda por segunda vez, dándole al panel una segunda oportunidad de capturar la energía de la luz solar. Esta capa adicional también evita que la lámina trasera de aluminio absorba la luz, lo que puede reducir la eficiencia al producir calor adicional. La investigación publicada en 2017 muestra que la eficiencia de una celda PERC puede superar el 25 por ciento.
(Imagen 3. Comparación de una celda solar convencional con una celda solar PERC.)
-Celdas de medio corte
La combinación de la tecnología de celdas de medio corte con las celdas PERC es una tendencia creciente en los módulos solares. Las celdas de medio corte, como su nombre lo indica, son celdas de tamaño estándar cortadas por la mitad, duplicando el número de celdas que pueden caber en un panel. Los paneles monocristalinos tradicionales suelen tener de 60 a 72 celdas. Los paneles de medio corte tienen de 120 a 144 celdas. Al cortar las celdas por la mitad, la pérdida de energía por resistencia se limita al reducir la distancia que la energía viaja dentro de una celda. El panel en sí se divide en dos secciones para que cada una pueda operar como un panel separado, lo que permite que una sección genere energía incluso si la otra sección está sombreada.
Los módulos que utilizan tecnología de celda de medio corte son más tolerantes a las altas temperaturas que los módulos convencionales. Los riesgos de puntos calientes también se reducen mediante una configuración mejorada de diodos de bypass. Cubriremos más sobre esto en la sección sobre sombreado.
(Imagen 4. El nuevo panel solar monocristalino Renogy de 550 W utiliza una combinación de tecnología de celdas PERC y de medio corte con un mejor rendimiento en situaciones de poca luz.)
No mencionamos en nuestras páginas de productos que los productos Renogy utilizan celdas de medio corte.
-Celdas de heterounión (celdas HJT)
Las celdas de heterounión llevan la eficiencia al siguiente nivel al combinar la tecnología de celdas solares de silicio cristalino con celdas solares de película delgada. En una celda HJT, una celda solar de silicio cristalino está intercalada entre dos capas de silicio amorfo. Cada una de las tres capas de silicio se combina para recolectar más energía y producir potencia utilizable. Las celdas HJT pueden alcanzar una eficiencia del 25% o más.
Factores ambientales y de posicionamiento
Hay algunos factores ambientales y de posicionamiento que afectan la eficiencia de un panel solar. Estos incluyen la irradiancia, la temperatura, la ubicación, el sombreado, la inclinación y otros. Todos son consideraciones importantes al planificar su proyecto solar para conexión a red o solar aislado .
Irradiancia
La irradiancia se refiere a la cantidad de energía solar que incide en un metro cuadrado de una superficie por segundo. La irradiancia se mide utilizando condiciones de prueba estándar y no considera ningún otro factor que pueda afectar la eficiencia.
Mohamed Amer Chaaban de la Universidad Estatal de Pensilvania es un experto en la relación entre la irradiancia y la potencia de salida en módulos fotovoltaicos. El diagrama a continuación demuestra cómo los paneles solares que operan bajo una irradiancia de 1250W/m2 tienen un mejor resultado de potencia que aquellos bajo 750W/m2.
(Imagen 5. La potencia de salida entregada por los módulos fotovoltaicos bajo diferentes condiciones de irradiancia. Cuanto mayor es la irradiancia, más energía puede generar un panel solar. Datos de e-education
Clima
Las condiciones climáticas juegan un papel importante en el rendimiento y la eficiencia de los paneles solares. Las temperaturas más bajas tienden a ayudar a su sistema a entregar más voltaje con alta eficiencia. Sin embargo, si su sistema está en un área con muchos días nublados, producirá menos energía, y la acumulación de nieve en los paneles también reducirá la potencia de salida.
Puede parecer contraintuitivo, pero las altas temperaturas también pueden reducir la eficiencia solar. A medida que las temperaturas suben, el voltaje y la potencia de salida de los paneles solares disminuyen. Cuando la temperatura está por encima de 77°F o 25°C, los paneles solares generan menos energía debido a la reducción de la eficiencia. Los paneles solares se prueban utilizando condiciones de temperatura estándar de 77°F o 25°C constantes. Busque el "coeficiente de temperatura" en la hoja de especificaciones de un panel. Le indicará cuánta energía pierde un panel solar una vez que la temperatura supera los 77°F.
Sombreado
Al planificar su sistema, asegúrese de que sus módulos fotovoltaicos puedan funcionar libres de las sombras proyectadas por árboles o edificios cercanos. La sombra puede evitar que los paneles solares absorban suficiente luz para completar la conversión de energía, incluso en las horas de máxima luz solar.
Los puntos calientes, causados por el sombreado parcial, pueden reducir en gran medida el rendimiento de los módulos fotovoltaicos. El efecto de punto caliente es una de las razones más comunes por las que los paneles solares fallan. Las celdas parcialmente sombreadas no producen energía, mientras que otras celdas operan como de costumbre para producir corriente. Como resultado, la corriente generada por las celdas no sombreadas no pasa a través de las celdas sombreadas y puede provocar una concentración de calor. El sobrecalentamiento puede eventualmente convertirse en un punto caliente y dañar las celdas adyacentes o incluso todo el módulo.
El diodo de bypass y las celdas de medio corte abordan los efectos del sombreado de manera diferente. El diagrama a continuación muestra un módulo de celda completa (izquierda) y un módulo de celda de medio corte (ambos con 6 cadenas). Cada uno está sombreado en la mitad del módulo. Para el módulo de la izquierda, el diodo de bypass está en la parte superior del panel, y las 6 cadenas de celdas dejan de funcionar porque la corriente no puede pasar a través del área sombreada.
Sin embargo, el módulo de la derecha utiliza tecnología de celdas de medio corte y puede mitigar el efecto del sombreado. El panel de celdas de medio corte está dividido por la mitad y consta de 6 grupos de cadenas de celdas con el diodo de bypass en el medio. La mitad del panel solar está sombreada y ha dejado de funcionar. Las otras 3 cadenas de celdas aún producen un 50 por ciento más de energía que el módulo tradicional de la izquierda. Las celdas que están funcionando también están distribuyendo el calor excesivo para reducir el riesgo de puntos calientes.
(Imagen 6. Los diodos de bypass están configurados en diferentes ubicaciones en los paneles solares: uno en la parte superior del panel mientras que el otro está en el medio.)
Orientación e inclinación de los paneles solares
La forma en que se colocan los paneles solares en su tejado puede afectar significativamente su eficiencia. Esto se conoce como orientación, lo que significa la dirección de la brújula a la que sus paneles se enfrentan la mayor parte del tiempo. En el hemisferio norte, le aconsejamos que oriente sus paneles solares hacia el sur o el oeste para obtener la máxima exposición solar.
Sin embargo, lograr la orientación correcta para sus paneles solares es solo una parte de la maximización del rendimiento. La inclinación también juega un papel importante. Si es posible, incline siempre los paneles en un ángulo hacia el sol en lugar de colocarlos planos. Los paneles solares deben montarse con una inclinación mínima de 20 grados hacia el sol cuando sea posible. Por ejemplo, los paneles solares montados en tierra siempre se colocan con soportes de inclinación.
Conclusiones
En esta publicación, hemos demostrado cómo la tecnología solar, incluidos los tipos de silicio y las celdas solares, afectan el rendimiento de los paneles solares. También ha visto cómo la irradiancia, el clima, el sombreado y otros factores ambientales afectan el rendimiento.
Comprender la eficiencia de los paneles solares es un buen punto de partida para planificar su proyecto solar. Pero no olvide que la garantía y la calidad de otros equipos, como la batería del panel solar y el inversor de 12 V , son igual de importantes para garantizar un sistema de alto rendimiento y larga duración.
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