Energía Fotovoltaica

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¿QUE ES LA ENERGÍA FOTOVOLTAICA O ENERGÍA SOLAR?

La energía fotovoltaica es la transformación directa de la radiación solar en electricidad. Esta transformación se produce en unos dispositivos denominados paneles fotovoltaicos. En los paneles fotovoltaicos, la radiación solar excita los electrones de un dispositivo semiconductor generando una pequeña diferencia de potencial. La conexión en serie de estos dispositivos permite obtener diferencias de potencial mayores.

Aunque el efecto fotovoltaico era conocido desde el siglo XIX, fue en la década de los 50, en plena carrera espacial, cuando los paneles fotovoltaicos comenzaron a experimentar un importante desarrollo. Inicialmente utilizados para suministrar electricidad a satélites geoestacionarios de comunicaciones, hoy en día constituyen una tecnología de generación eléctrica renovable.

Una de las principales virtudes de la tecnología fotovoltaica es su aspecto modular, pudiéndose construir desde enormes plantas fotovoltaicas en suelo hasta pequeños paneles para tejados.

Vamos a hacer un poco de incapie de que es y como funcionas las fotovotaicas

Rendimiento de Placas Solares

El rendimiento de las placas solares es algo muy a tener en cuenta si estás pensando en una instalación de autoconsumo. Cuanto más rendimiento tenga una placa solar, más energía vas a generar en el mismo espacio (el tejado de tu vivienda por ejemplo). Lo explicamos a continuación, así como una clasificación por tamaños y potencias relacionadas con el rendimiento de los paneles solares.

 

¿Qué es la eficiencia de un panel solar?

La eficiencia de una placa solar es la cantidad de energía que es capaz de generar un panel solar fotovoltaico en función de la energía solar incidente que recibe. Típicamente se considera, en condiciones óptimas, que el sol «envía» una irradiancia de 1000W/m2 de potencia. Y a partir de ese dato, podremos saber la eficiencia, que tiene una placa solar.
 
 

¿Qué es el rendimiento de un panel solar?

Aunque a menudo se confunden, no es lo mismo la eficiencia que el rendimiento. Entendemos el rendimiento de un panel solar, al comportamiento empírico que éste tendrá en condiciones de trabajo reales. Dicho de otro modo, como de bueno será ese panel cuando se ponga a funcionar de verdad.

 

¿Cómo saber el rendimiento de una placa solar?

Cálculo teórico en condiciones estándar de medida

El modo de calcular la eficiencia de unas placas fotovoltaicas, es decir, la cantidad de energía que reciben del sol y que pueden transformar en electricidad, es sencillo. En primer lugar, debes quedarte con los datos que mencionamos antes. Es decir:

En condiciones óptimas, o STC (Condiciones Estándar de Medida), con una temperatura del panel de 25ºC y una distribución espectral AM de 1.5G, se considera que una placa solar recibe una irradiancia de 1000W/m2.

¿Cuántos vatios genera un panel solar entonces?

Imagina que tienes un panel con unas dimensiones de 2m x 1m. Esto quiere decir, que la superficie del panel es de 2m2.

Si ese panel fuera perfecto, sin pérdidas, con una eficiencia del 100%, entonces podría generar 2m² x 1.000W/m² = 2.000W de potencia. Obviamente esto es utópico y las placas solares reales no tienen esa eficiencia.

¿Cuánto produce un panel solar por m2?:

Pongamos que tienes una placa solar 400W y que mide 2 metros de largo y 1 metro de ancho. Es decir, en condiciones óptimas, quiere decir que ese panel puede llegar a generar 400W.

Si hemos dicho que, en condiciones óptimas, el sol aporta 1.000W/m2, tendríamos lo siguiente:

Superficie del panel: 2m²

Potencia del panel: 400W

Irradiancia: 1000W/m²

Eficiencia del panel:

Recuerda, no hay que confundir Rendimiento con Eficiencia. El rendimiento es el comportamiento empírico que va a tener el panel solar en condiciones de trabajo, pero la eficiencia es otra cosa:

(Potencia de Salida del panel) / (Irradiancia en STC) * (Superficie en m2 del panel) = 400W / (1000W/m2 x 2m2) = 0,20 -> 20% de Eficiencia

O dicho en otras palabras, ese panel solar aprovecha el 20% de la energía solar que incide sobre él. Y eso si no hablamos de cómo afecta la inclinación de los paneles solares.

Y aunque no tenga relación directa, como inciso, siempre hablamos de paneles nuevos. Los paneles solares de segunda mano son siempre NO recomendables, por qué nunca van a tener el rendimiento del primer día, ni la garantía ni ninguna ventaja sobre unos nuevos.

La eficiencia también se suele dar por metro cuadrado:

También se puede interpretar en función del rendimiento de una placa solar por metro cuadrado. Es decir, en este caso, esta placa solar tendría un rendimiento de 200W por metro cuadrado.

Ahora ahondaremos más en cuales son las eficiencias de placas solares más altos, los más habituales y clasificarlos por tamaños y potencias.

¿Cómo saber el rendimiento de un panel solar?

Debes analizar estas sencillas pautas para saber si un panel tendrá un buen rendimiento o malo:

  • ¿Utiliza soldaduras entre sus células?: Si la respuesta es SI, hay muchas posibilidades de fallo del panel. Evita siempre paneles que usen soldaduras.
  • ¿Qué coeficiente de degradación tiene?: Si es superior a 0,7-0,8%, descártalo. Cuanto más bajo sea el coeficiente de degradación, más energía producirá el panel a lo largo de su vida. Existen modelos de paneles con solo un 0,25% de degradación anual, como los MAXEON de SunPower, como referencia máxima de rendimiento.
  • ¿Qué coeficiente de temperatura tiene?: Cuando más bajo mejor rendirá cuando luzca el sol y se caliente el panel. La temperatura afecta mucho al rendimiento de un panel.

Analiza bien esos 3 datos de un panel solar y tendrás la certeza de que tendrá un buen rendimiento.

Clasificación de Eficiencia de Paneles Fotovoltaicos

Por dimensiones, potencias y alta eficiencia

En el mercado actual puedes encontrar con una gran variedad de placas solares, rendimientos y eficiencias. Cierto es que, cuanto menor rendimiento tenga una placa solar, menor es su precio, y viceversa.

Lo más habitual es encontrar placas solares con estos rangos de eficiencia:

  • Placas solares con eficiencias entre 16-17%. Lo que llamamos, eficiencia media-bajo.
  • Placas solares con eficiencias entre 18-19%. Ya sería una eficiencia media-alta.
  • Placas solares con eficiencias por encima del 19%. Ahí ya hablamos de los paneles solares más eficientes.

A tal respecto, vamos a realizar una pequeña clasificación por eficiencias, tamaños y potencias estándar que puedes encontrar en el mercado fotovoltaico actual.

Eficiencia por Potencias y Medidas de Placas Solares:

Como bien sabes, los paneles solares están compuestos por células solares de silicio (mono o poli) y generalmente la configuración de los paneles suele ser por paneles solares de 60 células y 72 células.

Las placas solares de 60 células suelen tener unas dimensiones alrededor de 1,7 m x 1,0 m aprox, y los de 72 células, de 2,0m x 1,0m aprox. Aunque puede hacer ligeras variaciones.

Estas son las más habituales medidas de placas solares con su potencia y eficiencia:

Potencia del Panel  Medidas placas solares Eficiencia %
Panel Solar de 250W 1,7 m x 1,0 m 14,7%
Panel Solar de 260W 1,7 m x 1,0 m 15,2%
Panel Solar de 270W 1,7 m x 1,0 m 15,8%
Panel Solar de 280W 1,7 m x 1,0 m 16,4%
Panel Solar de 300W 1,7 m x 1,0 m 17,6%
Panel Solar de 310W 1,7 m x 1,0 m 18,2%
Panel Solar de 320W 1,7 m x 1,0 m 18,8%
Panel Solar de 330W 1,7 m x 1,0 m 19,4%
Panel Solar de 330W 2,0 m x 1,0 m 16,5%
Panel Solar de 340W 2,0 m x 1,0 m 17%
Panel Solar de 350W 2,0 m x 1,0 m 17,5%
Panel Solar de 370W 2,0 m x 1,0 m 18,5%
Panel Solar de 380W 2,0 m x 1,0 m 19%
Panel Solar de 390W 2,0 m x 1,0 m 19,5%
Panel Solar de 400W 2,0 m x 1,0 m 20%
Panel Solar de 410W 2,0 m x 1,0 m 20,5%

Ni que decir tiene que cualquier instalación, sea cual sea el tamaño del panel, debe ir instalado sobre algún soporte placa solar sobre el tejado, nunca directamente.

Alta Eficiencia de Placas Solares:

Dando un paso más en placas solares y eficiencias, mostramos ahora la tabla de los paneles solares de mayor eficiencia que existen:

Fabricante Modelo Eficiencia Potencia Tamaño
SunPower SPR-X22-370 (Ahora MAX3-400) 22.6% 400W 1.690 x 1.046 mm
SunPower SPR-X22-360 (Ahora MAX3-390) 22.1% 390W 1.690 x 1.046 mm
SunPower MAX3-370 20.9% 370W 1.690 x 1.046 mm
LG Neon LG360Q1C-A5 20.8% 360W 1.700 x 1.016 mm
LG LG355Q1C-A5 20.6% 355W 1.700 x 1.016 mm
AUO SunForte PM096B00 20.6% 335W 1.559 x 1.046 mm
SunPower MAX2-360 20.4% 360W 1.690 x 1.046 mm
AUO SunForte PM096B00 20.3% 330W 1.559 x 1.046 mm
SunPower MAX3-350 19.8% 327W 1.690 x 1.046 mm
SHARP NQ-R256A 19.8% 256W 1.318 x 980 mm
Panasonic VBHN330SJ53 19.7% 330W 1.590 x 1.053 mm
Panasonic VBHN325SJ53 19.4% 325W 1.590 x 1.053 mm
SunPower SPR-P19-400 19.4% 400W 2.067 x 998 mm

Puedes ampliar información sobre estos modelos de alta eficiencia en artículo de nuestro blog: Los Paneles Solares de Mayor Eficiencia.

 

Células PERC en Paneles Solares de Alto Rendimiento

¿Cuales son los paneles solares de mejor rendimiento?

Esta es una pregunta que casi se repite como un mantra, y lo cierto es que la respuesta ha sido siempre la misma:

Los paneles que presentan un mejor rendimiento son los que están compuestos por células monocristalinas.

Da igual que sea en climas cálidos o fríos, siempre rinde mejor el Mono que el Poly, puedes comprobarlo en Tipos de Placas solares Monocristalinas o Policristalinas

Esto es, entre otras cosas, por que la eficiencia de las células fotovoltaicas monocristalinas es mayor que la eficiencia de las células policristalinas.

Lo que ocurre es que, debido a la demanda de precios del mercado, la mayor parte de las placas solares que se instalan en el mundo, son policristalinas.

Aunque la tendencia está cambiando, debemos tener en cuenta que el proceso de fabricación de células monocristalinas es más caro que el de las células policristalinas, por lo que eso repercute directamente en los precios de las placas solares que luego llegan al mercado.

Lo que sucede es que ahora fabricantes de paneles solares, como la marca americana de paneles solares SunPower, han dado un paso más y han comenzado a fabricar utilizando una nueva tecnología, denominada PERC (Passivated Emitter and Rear Contact).

¿Recuerdas la frase de…. el panel policristalino tiene mejor rendimiento en calor que el monocristalino?. Pues eso ya no ocurre con los Mono PERC, el rendimiento es muy superior que cualquier panel policristalino en cualquier situación.

Así que si estás consultando precios de paneles solares, te vendrá bien leer antes este artículo.

¿En qué consiste esa nueva tecnología de células fotovoltaicas PERC?

Básicamente, y sin entrar en demasiados detalles, las células solares Mono PERC incorporan una lámina en la cara posterior de la célula que, por un lado permiten una mayor captación de la luz solar, y por otro, una mayor captación de electrones.

Con esto, lo que se consigue es mayor captación de electrones , por lo que se genera más electricidad y en consecuencia, mayor potencia.

Vemos una imagen de como es la cara posterior de una de esas células fotovoltaicas PERC:

Célula PERC SolarWorld

Veamos ahora unas ilustraciones que nos van a ayudar a comprender lo que hemos comentado de la mayor captación de luz y mayor captación de electrones en las células PERC:

Ejemplo de célula perc captación luz

Esta primera imagen muestra la diferencia en la captación de luz solar en una célula solar estándar y en una célula solar con tecnología PERC. Lo que se muestra es como, en la célula estándar, una gran parte de la luz solar sale y/o es absorbida por la cara posterior de la célula, por lo que se desperdicia.

Sin embargo, en la célula PERC, parte de esa radiación, que se desperdiciaba en la célula estándar, se consigue recuperar y aprovechar gracias a una capa aislante especial (linea blanca en la figura) situada entre el silicio y la capa de aluminio posterior.

Además de esto, esa capa aislante posee orificios hechos por láser que optimizan la posterior captación de electrones. Interesante, ¿verdad?.

Veamos ahora otra ilustración para ver la mejora de captación de electrones.

Proceso de captación de electrones células PERC

Aunque la imagen lo muestra claramente, lo que se puede ver es como, en la célula estándar una gran parte de los electrones acaban en la cara posterior metálica de la célula, sin embargo, en la célula PERC, la capa aislante que mencionamos anteriormente permite que gran parte de esos electrones sean recuperados y captados por la capa emisora (la cara visible de la célula digámoslo así), por lo que se consigue mayor corriente y, en consecuencia, mayor potencia.

¿Qué más ventajas tiene el uso de paneles solares con células PERC respecto a los estándar?

Bien, si no eran suficientes razones, aquí van algunas más, tan interesantes como las comentadas:

  • La tecnología PERC se comporta mejor en entornos de poca luz que los paneles estándar poly y mono.
  • Las células PERC mejoran el rendimiento de las utilizadas en los paneles tradicionales en las primeras horas de la mañana y últimas de la tarde, además de en entornos nublados.
  • Generan menos calor que las células tradicionales, por lo que mejoran el rendimiento en latitudes con temperaturas elevadas.

Como siempre, una imagen vale más que mil palabras, por lo que vamos a aportar 2 imágenes más, en este caso 2 gráficas generadas mediante PVsyst donde vamos a ver la diferencia entre los paneles fotovoltaicos con tecnología PERC y los tradicionales:

  • Gráfica comparativa rendimientos: En esta primera gráfica podemos ver una comparativa sobre la eficiencia relativa de un panel respecto al resto. Es decir, se muestra cuánto mejor es el rendimiento de un panel fotovoltaico Poly tradicional, Mono tradicional… con un panel solar Mono PERC.
    Como se puede ver, y como ya habíamos comentado, los modelos PERC son los que mejor rendimiento poseen:

Comparativa paneles PERC con tradicionales

  • Gráfica comparativa tecnologías: En esta segunda gráfica, lo que podemos ver es lo mismo que en la anterior, pero de un modo más resumido, es decir, comparando tecnología tradicional con la nueva tecnología de paneles fotovoltaicos PERC:

Comparativa tecnología módulos fotovoltaicos tradicional y PERC

Por supuesto, además de lo expuesto, incorporan diodos y cajas de conexiones para paneles solares, como cualquier otro del mercado actual.

Las tecnologías de MUY alto rendimiento

Pero si realmente buscas alto rendimiento de verdad y sobre todo, duradero, para que tu sistema fotovoltaico produzca hasta casi el doble, durante los 40 años de vida de media de un buen panel, entonces debes irte a tecnologías Tipo N IBC y HJT.

Ambas son, de lejos, las dos tecnologías con más rendimiento y durabilidad que existen. Es decir, más rendimiento, más durabilidad, implica mucha más energía generada a lo largo de la vida útil de una instalación.

 

 

 

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