El desarrollo tecnológico ha permitido, y lo sigue haciendo, la evolución de los paneles solares fotovoltaicos. Existen diferentes tipologías de paneles en función del material utilizado en las células fotovoltaicas, y el coste y la eficiencia, pueden ser los factores fundamentales a la hora de elegir la opción más ventajosa. Sin duda la inversión inicial es el esfuerzo más importante, y que se espera recuperar con los ahorros económicos obtenidos ¿Qué tipos de placas ofrece el mercado? ¿Cuál es la mejor opción? ¿Cuál crees que será la evolución, en cuanto a precios y tecnología, de los paneles fotovoltaicos? Participa con tus comentarios.
19-05-2015
En el post anterior, vimos en qué consiste el efecto fotovoltaico: electrones en movimiento cuando la luz incide, generando así una corriente eléctrica, gracias al campo eléctrico que se genera en la célula fotovoltaica, debido a que ésta se compone de dos láminas de un material semiconductor, pero de cargas opuestas cada una. Por lo tanto, la célula fotovoltaica será el elemento principal del módulo fotovoltaico, capaz de convertir en electricidad, la energía de la luz captada por el panel, en forma de fotón.
¿Qué materiales se utiliza en la fabricación de placas?
Aunque el material más utilizado para la fabricación de células fotovoltaicas sea el Silicio, existen otras alternativas. Pero para elegir la opción más adecuada, es importante tener en cuenta ciertos factores cuando se elige el material semi-conductor de los paneles:
En primer lugar el coeficiente de absorción, que determina la capacidad de la célula para absorber la radiación solar que incide sobre ella, y por lo tanto su eficiencia o rendimiento. Recordemos que la radiación solar, es una onda electromagnética, que se propaga a través del vacío y a través de la materia. Por lo tanto, que la radiación solar sea absorbida en mayor o menor medida, depende por una lado, de la longitud de onda de la luz, que el material absorbe; y por otro, de la capacidad de absorción de dicho material.
La ordenación de la estructura cristalina del material de la célula, también es un factor determinante. La ordenación de los átomos determina la estructura del material, y tiene que ver con los electrones en movimiento que generan la corriente eléctrica.
Por último, la producción de los paneles, desde el punto de vista de su coste y de cómo se fabrica, es decir, si es más o menos complejo el proceso, en función del material seleccionado.
Imagen: cadena de fabricación de paneles solares; www.solar-world-usa.com
El peso de los paneles es un aspecto que ha evolucionado con el tiempo (the evolution of photovoltaic cells for energy). El desarrollo tecnológico, ha permitido con el paso del tiempo, fabricar paneles menos pesados, y por otro lado, también es posible incluir, como materia prima, contenido reciclado de otros paneles ya usados, en la composición de las células fotovoltaicas.
Tipos de placas que se utilizan
Como hemos comentado al principio de este post, el elemento principal en la fabricación de los paneles fotovoltaicos, es la célula fotovoltaica. También hemos visto que depende de varios factores, por lo tanto ¿Qué alternativas tengo a la hora de elegir el tipo de placa más adecuado?
Pues bien, cuando el material seleccionado es el Silicio, hay que diferenciar tres tipos, en función de su estructura cristalina: monocristalino, policristalino y amorfo. El rendimiento de las células para cualquiera de las tres opciones, es relativamente parecido, y oscila entre el 6% y el 17%. De las tres opciones, los paneles formados por células de silicio monocristalino, son los de mayor rendimiento (13-17%), aunque su producción es la más compleja, ya que requiere más tiempo y consumo de energía en su fabricación, y también es caro. Por contra, los paneles de silicio amorfo, son simples de fabricar y más baratos que los otros dos, presentan forma de lámina delgada de silicio, que se deposita sobre otra lámina de vidrio, de metal o de plástico, pero el rendimiento es mucho menor (6-8%). Actualmente existen compañías que tratan de mejorar los valores de rendimiento de las células finas de silicio amorfo. En este artículo lo explica: What is amorphous silicon? Why is it so interesting now?
El proceso de fabricación de las células de silicio policristalino, varía respecto al de fabricación de las células de silicio monocristalino, y también se desecha menos material en su fabricación. Las células son cuadradas y su color no es uniforme, ya que presenta diferentes tonos de azules. Su capacidad de absorción es buena debido a su color azul, y su rendimiento alcanza valores entre el 11% y el 15%.
El coste y la eficiencia son los parámetros decisivos a la hora de elegir una u otra tipología, y en este sentido, los paneles de silicio monocristalino pueden ganar la partida, seguidos de los policristalinos. El motivo consiste en que los monocristalinos, tiene mayor rendimiento y necesitan menos espacio (superficie captadora), mientras que las células finas (thin film), a pesar de ser más económicas, son menos eficientes, y por lo tanto se necesita cubrir más espacio, y por lo tanto finalmente hay que usar más material, para producir la misma cantidad de energía (Why choose monocrystalline technology, www.thesolarco.com).
Imagen: célula izquierda y central de silicio monocristalino, color uniforme azul oscuro o negro; célula derecha de silicio policristalino, color azul-gris. uksolarcontact.com
Imagen: célula de silicio amorfo, color marrón
También se puede utilizar otro tipo de materiales como el sulfuro y el arsenio. El primer material, se utiliza en combinación bien con cobre, o bien con cadmio, en la producción de células de película delgada, aunque también se puede emplear otros materiales para la fabricación de este tipo de célula. Su rendimiento es similar al de las células de silicio amorfo: muy bajo.
El material con el que se obtienen mejores rendimientos con diferencia es el arsenio en combinación con el galio. El motivo consiste en que es un material estable, que funciona a pesar de que las células tengan poco espesor. Por contra tiene un coste alto, ya que no es fácil disponer de este material.
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Me parece muy interesante el artículo, pero me surge una duda, que es más interesante un panel fotovoltaico o un panel hibrido de placa solar fotovotaica y térmica, leyendo artículos relativos a este tema he visto que una empresa española los está fabricando y me gustaría saber que opción es la mejor.
Estoy con Javier, he visto lo mismo pero he visto muchos detractores pues, según los argumentos en contra, al fín y al cabo la superficie que empleas para fotovoltaica, la pierdes para térmica.
No he tenido tiempo para indagar en este tema pero me crea también mucha curiosidad.
Qué verdad hay en los paneles híbridos?
Un apunte interesante, los paneles fotovoltaicos reducen considerablemente su capacidad de captacion (menor rendimineto) en función de la temperatura, es decir, a mayor temperatura menor captación electrica.
Por este motivo los hibridos o combinados ayudan a mitigar este problema ya que el circuito de fluido (panel térmico) ayuda a evacuar el calor desfavorable para la produccion electrica (fotovoltaicos).
Saludos