Las instalaciones de paneles solares han aumentado exponencialmente en todo el mundo en los últimos 10 años.
Lo mejor es que sus costos se han desplomado dramáticamente en un 99% durante las últimas cuatro décadas, así que no hay un mejor momento que ahora para aprovechar la energía solar limpia en tu hogar o negocio para bajar el costo de la factura de electricidad.
De acuerdo con la información del año 2018 de la Alianza Internacional para la Energía Renovable (Alianza REN), Estados Unidos es el tercer mayor usuario de energía solar en el mundo después de China y Japón. El Reino Unido está en el séptimo lugar seguido por Australia en el octavo puesto.
A medida que la década se acerca a su fin, el pronóstico de la energía solar nunca se vio tan brillante. De hecho, expertos de la industria predicen que Estados Unidos doblará la cantidad de instalaciones de paneles solares de dos millones a cuatro millones para el año 2023.
Parte de este crecimiento ocurrirá predeciblemente en la soleada California, pero muchos otros estados también están dirigiendo proyectos de paneles solares. En el gráfico que se muestra a continuación se puede notar que tres de los cinco estados principales que lideraron la instalación de paneles solares en el 2019 pertenecen a la no tan soleada zona del Noreste de Estados Unidos.
Incluso el Reino Unido, con menos sol que muchas partes de EUA contó con más de un millón de instalaciones de paneles solares en el año 2018, al menos un 2% mas que el año anterior (en términos de energía generada).
Mientras tanto Australia alcanzó los 2 millones de instalaciones de paneles solares en el año 2018.
En vista de que esta tendencia de la energía solar se encuentra a donde quiera que voltees, acelerado por la urgencia de dejar de quemar combustibles fósiles y cambiar al 100% a la energía renovable tan pronto como sea posible, tal vez estés pensando que es hora de subirte a bordo.
De ser así, ¡Bienvenido a la revolución de la energía solar!
Una de las preocupaciones más grandes a la hora de considerar la instalación de paneles solares en tu hogar o negocio es escoger el tipo de panel solar que se adapte mejor a ti.
En este artículo conocerás a fondo las tres opciones principales disponibles para paneles solares, las cuales son:
- Monocristalino
- Policristalino
- Capa fina
Las tecnologías que sirven de base a estos tres tipos de paneles solares han mejorado significativamente con el tiempo para satisfacer mejor tus necesidades energéticas.
También haremos un estudio relacionado a lo que esta pasando y lo que vendrá en el mundo de la energía solar. Esto incluye tecnologías como:
- Bifaciales solares
- Célula fotovoltaica concentrada CPV
- Baldosas solares
- Paneles solares transparentes
Todas estas innovaciones en energía solar son vanguardistas y muchas, en especial los bifaciales y CPV están disponibles de manera comercial en algunas regiones a precios competitivos. Son muy prometedores para impulsar el segmento de energía verde de la mezcla de consumo de energía mundial.
Por ejemplo, se espera que los módulos solares bifaciales incrementen diez veces en capacidad para el 2024 a 28.000 mega watts (MW). Para referencia, el promedio nacional actual de hogares americanos que se alimentan de solo un MW de energía solar es alrededor de 190.
En este artículo primero consideraremos lo que tienen en común todos los paneles solares, tanto aquellos de producción comercial, como los que vendrán son células solares enmarcadas en un sistema de paneles solares.
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¿Qué es un sistema de paneles solares?
Un sistema de paneles solares es un conjunto interconectado (a menudo llamado una matriz), de células solares fotovoltaicas que (1) capturan la energía que emana del sol en forma de protones; y (2) transforma esa energía solar directamente en electricidad. La cantidad de electricidad producida, medida en voltios o vatios, varía de acuerdo al sistema y el tipo de célula solar.
Cada panel solar individual (también llamado un módulo) en la matriz consiste en un grupo de células solares empaquetadas juntas en un cuadro de metal. Normalmente hay 60,72 o 96 células solares en un solo panel solar.
Para convertir la electricidad de corriente continua (CC) producida en la corriente alterna (CA) utilizada en tu hogar, cada sistema de células solares contiene un inversor. El inversor puede ser grande y centralizado.
Alternativamente, algunos módulos fotovoltaicos tienen un inversor ya incorporado. Estos se denominan módulos de CA. El cableado es mucho más sencillo con los módulos de CA.
¿De qué están hechas las células solares?
Hoy en día las células solares están mayormente hechas de silicio, un elemento químico con propiedades semiconductoras. En la mayoría de los tipos de células solares el silicio se encuentra en forma de cristal.
Debido a que el cristal de silicio 100% puro no transfiere corriente eléctrica, está "dopado" con cantidades muy pequeñas de "impurezas", normalmente fósforo y boro, que fácilmente transportan una corriente eléctrica dentro del entramado del cristal de silicio.
El silicio dopado con fósforo se llama tipo N (por "negativo" porque tiene un exceso de electrones).
El silicio dopado con boro se denomina tipo P (para "positivo" porque tiene un déficit de electrones).
Cuando se construye de esta manera con una sección tipo N al lado de una de tipo P, la célula solar se denomina de unión simple, lo que significa que sólo tiene una unión p-n.
Cuando el silicio dopado absorbe parte de la energía del sol, desplaza algunos electrones libres en el proceso. En el campo eléctrico de un sistema de paneles solares, los electrones se dirigen para que fluyan en una dirección, estableciendo una corriente eléctrica.
El campo eléctrico de la célula solar causa voltaje. El producto matemático de la corriente y el voltaje es la energía: la energía que se utiliza para hacer funcionar los electrodomésticos y calentar o enfriar la casa.
Otros componentes de una célula solar incluyen un revestimiento antirreflejante, ya que el brillo natural del silicio haría que la luz del sol se reflejara en él, lo que no debería ocurrir si se desea crear energía eléctrica.
Los cristales de silicio de las células solares se agrupan dentro de un campo eléctrico y luego se cubren con vidrio para proteger todos los componentes de las condiciones climáticas.
¿Cuál es la eficiencia de las células solares?
Una medida de lo bien que los paneles solares absorben la luz solar y la convierten en energía eléctrica se llama eficiencia. La luz viaja en diferentes longitudes de onda de diferentes niveles de energía a través de las bandas del espectro electromagnético, y no todo es absorbido por un panel solar. La medida en electronvoltios de la energía típica de la brecha de la banda, la cual puede ser absorbida y transformada por un panel solar en electricidad, es aproximadamente 1.1 eV.
Los fotones que golpean el panel con más energía que eso (y hay muchos) representan una pérdida de energía.
El uso de diferentes materiales en los paneles solares con una brecha de banda baja aumentaría el número de fotones absorbidos y, en consecuencia, la corriente. Pero también reduciría el voltaje del panel. Dado que la potencia es igual a la corriente multiplicada por el voltaje, hay un equilibrio entre la selección de materiales y la fuerza del campo eléctrico en el desarrollo de los paneles solares.
Las investigaciones demuestran que la separación óptima de la banda de un material se encuentra entre 1 y 1,6 eV.
Además del material de un panel solar que resulta en una cierta pérdida de energía, existe el problema de la resistencia interna de un material (llamada resistencia en serie).
El silicio, como semiconductor, no conduce la corriente eléctrica tan bien como los metales. De hecho, su resistencia en serie es bastante alta. Esto se traduce en otra fuente de alta pérdida de energía.
Para corregir esto, algunos paneles están cubiertos con una rejilla metálica para permitir que los electrones se muevan más fácilmente en el campo eléctrico, completen el circuito y creen energía eléctrica para tu hogar.
¡Pero la desventaja de esta rejilla superpuesta es que bloquea parte de la superficie de la célula fotovoltaica para que no absorba fotones! Una cobertura de red más delgada minimizaría esta pérdida, pero la delgadez en sí misma contribuiría a una resistencia significativa y resultaría en una mayor pérdida de energía.
Aporte: Hay varias razones por las que las células solares no son altamente eficientes. Las investigaciones en curso se basan en la búsqueda de materiales que sean más eficientes, a un costo reducido y que sean estéticamente agradables.
Trivialidades sobre la energía solar: ¡La mayor eficiencia jamás registrada para un panel fotovoltaico hasta la fecha (desarrollada en 2006) fue de alrededor del 41%!
Este fue un esfuerzo financiado de los Estados Unidos para la energía en la exploración espacial. En ese momento, el Departamento de Energía creía que el sistema se escalaría comercialmente, alcanzando eventualmente un costo de panel solar de apenas 3 dólares por vatio, produciendo energía a 0,8-0,10 dólares por kilovatio/hora (kWh).
Por cierto, en 2019, el precio de la energía solar por vatio (PPW) es aproximadamente de $3-$4. En algunas áreas, ¡puede tener un precio tan bajo como $2.50!
El costo de un kilovatio/hora de energía solar derivado de una matriz solar en el techo es de aproximadamente $0.06-$0.08 centavos (en comparación con $0.09-$0.13 para el carbón o la energía derivada del gas natural).
Mensaje para llevar a casa: Estas tarifas súper bajas para la energía solar renovable son extremadamente competitivas con la energía de los combustibles fósiles de hoy en día.
Desafortunadamente, un grado de eficiencia energética del 41% no es todavía común para los sistemas solares residenciales o comerciales. Sin embargo, algunos de los trabajos realizados en los laboratorios parecen prometedores.
Además de lograr mayores eficiencias, el trabajo experimental en paneles solares también se enfoca en la reducción de costos y en una apariencia más agradable.
Los 3 mejores tipos de paneles solares en el mercado hoy en día
Dependiendo de tus necesidades energéticas, presupuesto, preferencia cosmética y asignación de espacio, es importante sopesar las ventajas y desventajas de tus tres opciones de paneles solares para tu hogar o negocio.
Dos de estos tipos de paneles solares consisten en células solares de unión simple. Teóricamente, su eficiencia máxima se encuentra alrededor del 33%. La mayor eficiencia alcanzada hasta la fecha con las células de unión simple ha sido alrededor del 22%.
El panel solar de capa fina puede ser de unión simple o múltiple dependiendo de su(s) material(es). Las células solares de unión múltiple están hechas de diferentes materiales, cada uno de los cuales captura mejor los fotones de diferentes longitudes de onda. De esta manera, más luz solar puede ser convertida en energía eléctrica.
Paneles solares monocristalinos
Construidos a partir de un único cristal de silicio que ha sido cortado en obleas, los paneles solares monocristalinos contienen filas y columnas de estas obleas. Dado que el cristal de silicio (también llamado lingote) es cilíndrico, al cortarlo en obleas se obtienen bordes redondeados.
Paneles solares policristalinos
Los paneles solares policristalinos (también denominados multicristalinos) tienen células solares que contienen múltiples fragmentos cristalinos de silicio. Los fragmentos pueden ser los restos de la producción solar monocristalina. Están dispuestos de forma irregular. Luego se funden y se forman en bloques sólidos antes de ser cortados en obleas. Cada oblea es más rectangular que sus homólogas monocristalinas.
Paneles solares de capa fina
Los paneles solares de capa fina llamados células solares de segunda generación, se pueden hacer de una gran variedad de materiales, incluyendo:
- Silicio amorfo (sin red cristalina)
- Arseniuro de galio
- Seleniuro de cobre, indio y galio (CIGS)
- Teluro de cadmio (CdTe)
Cada oblea de una célula de capa fina es súper delgada en comparación con los otros tipos, lo que la hace flexible. Se pueden aplicar con un adhesivo directamente a una superficie (como el tejado, el barco o la casa rodante), o se pueden colocar en marcos duraderos (estantes) como los otros tipos comunes de paneles solares.
A continuación, se encuentra una tabla resumen de los tres tipos de paneles solares más comunes:
(Si estás utilizando un dispositivo móvil, desliza hacia la izquierda y derecha para ver la tabla en tamaño completo.)
| Tipo de panel solar | Material | Eficiencia | Costo | Apariencia |
|---|---|---|---|---|
| Monocristalino | Cristal de silicio puro y único | Alta (18% o un poco más) | Más alto | Células negras o azul oscuro con esquinas redondeadas |
| Policristalino | Fragmentos de silicio | Media (15-17%) | Alto | Células azules rectangulares |
| Capa fina | Varios | Baja (11%, pero puede llegar a 15%) | Más bajo | Superficie uniforme negra o azul |
4 innovaciones de paneles solares
Los objetivos generales de la investigación y el desarrollo de los paneles solares son:
- Incremento de la eficiencia
- Disminuye el costo de los materiales
- Incrementa la longevidad de los sistemas solares
- Mejora la apariencia estética
Aunque algunas de las siguientes tecnologías solares están disponibles comercialmente sólo en ciertas áreas en este momento, aquí hay un vistazo de lo que puedes esperar en todas partes a medida que la revolución de la energía renovable avanza.
Consejo para la compra de paneles solares: Cuando empieces a obtener presupuestos para tu panel solar en el techo o en el patio trasero, siempre debes preguntar sobre la disponibilidad local de estas nuevas tecnologías. ¡Puede que tengas suerte!
Tecnología solar bifacial
Los paneles solares "de dos caras" pueden generar corriente eléctrica a través del contacto de los fotones con ambos lados de las células solares.
A medida que la luz solar toca la parte superior de un panel solar, activando algunas células PV, continúa y pasa a través del panel. Luego, parte de ella se refleja de nuevo en la superficie debajo del panel (como en un techo). Esos rayos reflejados exponen las células solares inferiores a una mayor activación de los fotones.
Los bifaciales pueden ser monocristalinos o policristalinos.
Tecnología de Célula Fotovoltaica Concentrada CPV
Una de las tecnologías de paneles solares más vanguardistas utiliza lentes o espejos curvos para dirigir la luz solar a un punto específico, concentrándola así en una pequeña célula solar de múltiples funciones.
Esencialmente, el CPV reduce la pérdida de energía por difusión de la luz solar en una gran superficie. Como resultado, la eficiencia se mejora enormemente, incluso más de lo que puede ofrecer una célula solar monocristalina.
En este momento, el CPV es costoso debido a los componentes añadidos como los seguidores solares y los mecanismos de refrigeración.
Tecnología de baldosas solares
En el año 2016, Elon Musk de Tesla anuncio el concepto de un techo solar equipado con baldosas solares (también llamadas pizarras o tejas solares). Las baldosas solares funcionan como los paneles solares tradicionales. Pueden estar construidas de un material de capa fina o de silicio monocristalino.
Hoy en día las baldosas solares son un poco menos eficientes que las células solares monocristalinas convencionales.
Sin embargo, este sistema de panel solar no cuenta con una rejilla de apoyo la cual se encuentra en los paneles solares tradicionales por lo que se considera más atractivo visualmente que la configuración común. Las baldosas solares se instalan como las tejas de asfalto convencionales y se extienden por toda la superficie del techo.
Tesla estima que su techo solar cuesta alrededor de 22 dólares/pie cuadrado, mientras que otros calculan un precio de 35 dólares/pie cuadrado. Para poner esto en contexto hoy en día, cubrir una casa de tamaño promedio con baldosas solares, puede costar más de 45 mil dólares o más.
Paneles solares transparentes
Descubiertos por los investigadores del MIT, los paneles solares transparentes capturan sólo las longitudes de onda de la luz que nuestros ojos no pueden ver (cerca del infrarrojo y el ultravioleta) mientras que permiten el paso de la luz visible.
Por lo tanto, todo en teoría desde los teléfonos móviles hasta las computadoras portátiles y las ventanas- podría tener un panel solar transparente en su superficie, produciendo electricidad, ¡pero nunca lo sabrías!
Aquí hay un diagrama esquemático de una célula solar transparente (de bajo costo para arrancar) tomado de la fuente del MIT enlazada en esta sección.
Actualmente, las eficiencias de los paneles solares transparentes se encuentran en el extremo inferior, pero los investigadores ven un 11% o más muy probable en el futuro próximo. Sin embargo, hay que tener en cuenta que, si estas células cubren todas las ventanas de un enorme rascacielos, por ejemplo, incluso una eficiencia del 5% podría fácilmente sufragar el 25% del coste total de las necesidades energéticas del edificio.
Otra ventaja significativa que tienen los paneles solares transparentes y no los paneles solares convencionales es que no necesitan grandes extensiones de tierra o agua (como las granjas solares tradicionales) para funcionar.
Las primeras aplicaciones comerciales (para teléfonos celulares) se esperan en unos pocos años.
¡Imagina lo transformador que será el uso generalizado de los paneles solares transparentes para ventanas (ventanas solares) en lugares urbanos! Alcanzar este hito en la innovación de la energía solar inclinará definitivamente el patrón de consumo de energía mundial a favor de la energía renovable procedente del sol.
Puntos clave sobre los tipos de paneles solares
Las instalaciones de paneles solares han crecido en popularidad y eficiencia mientras que su precio ha disminuido debido a la revolución de la energía verde y limpia. Ahora es el momento perfecto para invertir en un sistema de paneles solares.
Los tipos más comunes de paneles solares para uso doméstico están compuestos por células solares monocristalinas, policristalinas o de capa fina. Varían en eficiencia y costo. Los paneles monocristalinos son los más costosos y los más eficientes. Los menos costosos, pero típicamente menos eficientes, son los paneles solares de capa fina.
Las células solares policristalinas suelen tener eficiencias moderadas y costos razonables.
Existe un gran volumen de R&D activo en nuevas tecnologías solares. Entre las más prometedoras, que ya están en el mercado en algunas áreas o se proyectan para los próximos años, se encuentran la solar bifacial, la CPV, las baldosas solares y los paneles solares transparentes. comment↓
Este contenido fue traducido del inglés. Si tienes alguna duda acerca de la traducción, siéntete libre de contactarnos. ¡Gracias!
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