Tipos de paneles solares: revisión comparativa de diseños y consejos para elegir paneles
Las energías alternativas se están desarrollando al máximo en Europa y muestran su promesa con resultados.Están apareciendo nuevos tipos de paneles solares y su eficiencia va en aumento.
Si desea garantizar el funcionamiento de una nave industrial o local residencial utilizando energía solar, primero debe conocer las diferencias entre los equipos y comprender qué paneles solares son adecuados para las condiciones climáticas de una determinada región.
Le ayudaremos a solucionar este problema. El artículo analiza el principio de funcionamiento de los convertidores fotoeléctricos y proporciona una descripción general de los diferentes tipos de células solares indicando sus características, ventajas y desventajas. Después de familiarizarse con el material, podrá tomar la decisión correcta para organizar un sistema solar eficaz.
El contenido del artículo:
El principio de funcionamiento de los paneles solares.
La gran mayoría de paneles solares son, en el sentido físico, convertidores fotovoltaicos. El efecto de generación eléctrica ocurre en el sitio de la unión p-n del semiconductor.
El panel consta de dos obleas de silicio con propiedades diferentes. Bajo la influencia de la luz, uno de ellos desarrolla una falta de electrones y el otro, un exceso.Cada placa tiene tiras conductoras de cobre que están conectadas a convertidores de voltaje.
Un panel solar industrial consta de múltiples células fotovoltaicas laminadas unidas entre sí y montadas sobre un sustrato flexible o rígido.
La eficiencia del equipo depende en gran medida de la pureza del silicio y de la orientación de sus cristales. Son estos parámetros los que los ingenieros han intentado mejorar durante las últimas décadas. El principal problema de esto es el alto coste de los procesos que subyacen a la purificación del silicio y la disposición de los cristales en una dirección a lo largo del panel.
Los semiconductores de los convertidores fotoeléctricos se pueden fabricar no sólo con silicio, sino también con otros materiales. principio de funcionamiento de la batería no cambia.
Tipos de convertidores fotoeléctricos
Los paneles solares industriales se clasifican según sus características de diseño y el tipo de capa fotovoltaica de trabajo.
Existen estos tipos de baterías según el tipo de dispositivo:
- paneles flexibles;
- módulos rígidos.
Los paneles flexibles de película delgada están ocupando gradualmente un nicho cada vez mayor en el mercado debido a su versatilidad de montaje, ya que pueden instalarse en la mayoría de superficies con una variedad de formas arquitectónicas.
Según el tipo de capa fotovoltaica en funcionamiento, las baterías solares se dividen en los siguientes tipos:
- Silicio: monocristalino, policristalino, amorfo.
- Telurio-cadmio.
- Basado en seleniuro de indio-cobre-galio.
- Polímero.
- Orgánico.
- Basado en arseniuro de galio.
- Combinado y multicapa.
No todos los tipos de paneles solares son de interés para el consumidor general, sino sólo los dos primeros subtipos cristalinos.
Aunque algunos otros tipos de paneles tienen una alta eficiencia, no se utilizan mucho debido a su alto costo.
Las células fotovoltaicas de silicio son bastante sensibles al calor. La temperatura base para medir la generación de energía es de 25°C. Cuando aumenta un grado, la eficiencia de los paneles disminuye entre un 0,45 y un 0,5%.
A continuación, se analizarán en detalle los paneles solares que son de mayor interés para los consumidores.
Características de los paneles a base de silicio
El silicio para células solares se fabrica a partir de polvo de cuarzo, cristales de cuarzo molidos. Los depósitos más ricos de materias primas se encuentran en Siberia occidental y los Urales medios, por lo que las perspectivas para esta área de la energía solar son casi ilimitadas.
Incluso ahora, los paneles de silicio cristalino y amorfo ya ocupan más del 80% del mercado. Por tanto, vale la pena considerarlos con más detalle.
Paneles de silicio monocristalino
Las modernas obleas de silicio monocristalino (mono-Si) tienen un color azul oscuro uniforme en toda la superficie. Para su producción se utiliza el silicio más puro. Las células solares monocristalinas tienen el precio más alto entre todas las obleas de silicio, pero también ofrecen la mejor eficiencia.
El elevado coste de producción se debe a la dificultad de orientar todos los cristales de silicio en la misma dirección. Debido a estas propiedades físicas de la capa de trabajo, la máxima eficiencia se garantiza sólo cuando los rayos del sol son perpendiculares a la superficie de la placa.
Las baterías monocristalinas requieren equipo adicional que las haga girar automáticamente durante el día para que el plano de los paneles sea lo más perpendicular posible a los rayos del sol.
De un bloque cilíndrico de metal se cortan capas de silicio con cristales de una sola cara, de modo que los bloques fotovoltaicos terminados parecen un cuadrado redondeado en las esquinas.
Las ventajas de las baterías de silicio monocristalino incluyen:
- Alta eficiencia con un valor del 17-25%.
- Compacidad - menor área de equipo por unidad de potencia en comparación con los paneles de silicio policristalino.
- Durabilidad — se garantiza una eficiencia suficiente en la generación de electricidad durante un máximo de 25 años.
Sólo hay dos desventajas de este tipo de baterías:
- Precio alto y recuperación a largo plazo.
- Sensibilidad a la contaminación. El polvo dispersa la luz, por lo que la eficiencia de los paneles solares recubiertos con él disminuye drásticamente.
Debido a la necesidad de luz solar directa, monocristalino. paneles solares que se están instalando principalmente en áreas abiertas o en altura. Cuanto más cerca del ecuador esté la zona y más días soleados tenga, más preferible será instalar este tipo particular de elementos fotovoltaicos.
Células solares policristalinas
Los paneles de silicio policristalino (multi-Si) tienen un color azul de intensidad desigual debido a la orientación diversificada de los cristales. La pureza del silicio utilizado en su producción es ligeramente menor que la de sus análogos monocristalinos.
Los cristales multidireccionales proporcionan una alta eficiencia en luz difusa: 12-18%.Es más bajo que en los cristales unidireccionales, pero en condiciones climáticas nubladas estos paneles son más efectivos.
La heterogeneidad del material también conduce a una reducción del coste de producción del silicio. El metal purificado para paneles solares policristalinos se vierte en moldes sin ningún truco especial.
En la producción se utilizan técnicas especiales para formar cristales, pero no se controla su direccionalidad. Después del enfriamiento, el silicio se corta en capas y se procesa según un algoritmo especial.
Los paneles policristalinos no requieren una orientación constante hacia el sol, por lo que para su colocación se utilizan activamente los tejados de casas y naves industriales.
Las ventajas de las células solares con cristales multidireccionales incluyen:
- Alta eficiencia en condiciones de luz difusa.
- Posibilidad de instalación permanente en los tejados de los edificios.
- Costo más bajo en comparación con los paneles monocristalinos.
- Duración de la operación — la caída de la eficiencia después de 20 años de funcionamiento es sólo del 15-20%.
Los paneles policristalinos también tienen desventajas:
- Eficiencia reducida con un valor del 12-18%.
- Volumen relativo — Se requiere más espacio de instalación por unidad de potencia en comparación con sus análogos monocristalinos.
Los paneles solares policristalinos están ganando una cuota de mercado cada vez mayor entre otras baterías de silicio. Esto está garantizado por amplias oportunidades potenciales para reducir el costo de su producción.La eficiencia de estos paneles también aumenta cada año, acercándose rápidamente al 20% para los productos producidos en masa.
Paneles solares de silicio amorfo
El mecanismo para producir paneles solares a partir de silicio amorfo es fundamentalmente diferente al de la producción de células fotovoltaicas cristalinas. Aquí no se utiliza un no metal puro, sino su hidruro, cuyos vapores calientes se depositan sobre el sustrato.
Gracias a esta tecnología, no se forman cristales clásicos y los costes de producción se reducen drásticamente.
Actualmente ya existen tres generaciones de paneles de silicio amorfo, cada una de las cuales aumenta significativamente la eficiencia. Si los primeros módulos fotovoltaicos tenían una eficiencia del 4-5%, ahora se venden ampliamente en el mercado modelos de segunda generación con una eficiencia del 8-9%.
Los últimos paneles amorfos tienen una eficiencia de hasta el 12% y ya están empezando a aparecer a la venta, pero todavía son bastante caros.
Gracias a las características de esta tecnología de producción, es posible crear una capa de silicio sobre un sustrato tanto rígido como flexible. Por esta razón, los módulos de silicio amorfo se utilizan activamente en módulos solares flexibles de película delgada. Pero las opciones con respaldo elástico son mucho más caras.
La estructura fisicoquímica del silicio amorfo permite la máxima absorción de fotones de luz débil dispersada para generar electricidad. Por lo tanto, estos paneles son convenientes para su uso en regiones del norte con grandes áreas libres.
La eficiencia de las baterías a base de silicio amorfo no disminuye incluso a altas temperaturas, aunque son inferiores en este parámetro a los paneles de arseniuro de galio.
A modo de resumen, podemos señalar las siguientes ventajas de los paneles solares amorfos:
- Versatilidad — la capacidad de fabricar paneles flexibles y delgados, montando baterías en cualquier forma arquitectónica.
- Alta eficiencia en luz difusa.
- Trabajo estable a altas temperaturas.
- Simplicidad y fiabilidad del diseño.. Estos paneles prácticamente no se rompen.
- Mantener el rendimiento en condiciones difíciles — menor caída en el rendimiento cuando la superficie tiene polvo que con análogos cristalinos
La vida útil de estas células fotovoltaicas, a partir de la segunda generación, es de 20 a 25 años con una caída de potencia del 15 al 20%. Las únicas desventajas de los paneles de silicio amorfo incluyen la necesidad de áreas más grandes para acomodar equipos de la potencia requerida.
Descripción general de los dispositivos sin silicona
Algunos paneles solares, fabricados con metales raros y caros, tienen una eficiencia superior al 30%. Son varias veces más caros que sus homólogos de silicio, pero aún así ocupan un nicho comercial de alta tecnología debido a sus características especiales.
Paneles solares de metales raros
Existen varios tipos de paneles solares de metales raros y no todos son más eficientes que los módulos de silicio monocristalino.
Sin embargo, la capacidad de operar en condiciones extremas permite a los fabricantes de dichos paneles solares producir productos competitivos y realizar más investigaciones.
Las principales aleaciones utilizadas para fabricar células fotovoltaicas son el telururo de cadmio (CdTe), el seleniuro de indio, cobre y galio (CIGS) y el seleniuro de cobre e indio (CIS).
El cadmio es un metal tóxico, mientras que el indio, el galio y el telurio son bastante raros y caros, por lo que la producción en masa de paneles solares basados en ellos es incluso teóricamente imposible.
La eficiencia de estos paneles es del 25-35%, aunque en casos excepcionales puede llegar hasta el 40%. Anteriormente se utilizaban principalmente en la industria espacial, pero ahora ha surgido una nueva dirección prometedora.
Debido al funcionamiento estable de las fotocélulas hechas de metales raros a temperaturas de 130-150°C, se utilizan en centrales solares térmicas. En este caso, los rayos del sol provenientes de decenas o cientos de espejos se concentran en un pequeño panel, que simultáneamente genera electricidad y asegura la transferencia de energía térmica a un intercambiador de calor de agua.
Como resultado del calentamiento del agua, se forma vapor, lo que hace que la turbina gire y genere electricidad. De esta forma, la energía solar se convierte en energía eléctrica simultáneamente de dos maneras con la máxima eficiencia.
Análogos poliméricos y orgánicos.
Los módulos fotovoltaicos basados en compuestos orgánicos y poliméricos comenzaron a desarrollarse recién en la última década, pero los investigadores ya han logrado avances significativos.La empresa europea demuestra el mayor progreso Heliatek, que ya ha equipado varios rascacielos con paneles solares orgánicos.
El espesor de su estructura de película en rollo es HeliaFilm es solo 1 mm.
En la producción de paneles poliméricos se utilizan sustancias como fullerenos de carbono, ftalocianina de cobre, polifenileno y otras. La eficiencia de estas células fotovoltaicas ya alcanza el 14-15% y el coste de producción es varias veces menor que el de los paneles solares cristalinos.
La cuestión del tiempo de degradación de la capa de trabajo orgánica es grave. Hasta el momento, no es posible confirmar de forma fiable el nivel de su eficiencia después de varios años de funcionamiento.
Las ventajas de los paneles solares orgánicos son:
- posibilidad de eliminación ambientalmente segura;
- bajo costo de producción;
- diseño flexible.
Las desventajas de este tipo de células fotovoltaicas incluyen una eficiencia relativamente baja y la falta de información fiable sobre los períodos de funcionamiento estable de los paneles. Es posible que en 5 a 10 años desaparezcan todas las desventajas de las células solares orgánicas y se conviertan en serios competidores de las obleas de silicio.
¿Qué panel solar elegir?
La elección de paneles solares para casas de campo a una latitud de 45-60° no es difícil. Sólo hay dos opciones que vale la pena considerar aquí: paneles de silicio policristalino y monocristalino.
Si hay escasez de espacio, es mejor dar preferencia a modelos más eficientes con orientación de cristal unilateral, si hay un área ilimitada, se recomienda comprar baterías policristalinas.
Es mejor elegir un fabricante específico, la potencia requerida y el equipo adicional con la participación de los gerentes de las empresas involucradas en la venta e instalación de dicho equipo. Debes saber que la calidad y el precio de los módulos fotovoltaicos de los mayores fabricantes difieren poco.
Debe tenerse en cuenta que al solicitar un conjunto de equipos llave en mano, el costo de los paneles solares en sí será solo del 30 al 40% del monto total. El período de recuperación de este tipo de proyectos es de 5 a 10 años y depende del nivel de consumo de energía y de la posibilidad de vender el exceso de electricidad a la red de la ciudad.
Algunos artesanos prefieren montar paneles solares con sus propias manos. En nuestro sitio web hay artículos con una descripción detallada de la tecnología de fabricación de dichos paneles, su conexión y disposición de los sistemas de calefacción solar.
Te aconsejamos leer:
- Cómo hacer una batería solar con tus propias manos: instrucciones de autoensamblaje
- Sistemas de calefacción solar: análisis de tecnologías de calefacción basadas en sistemas solares.
- Diagrama de conexión de paneles solares: al controlador, a la batería y a los sistemas reparados.
Conclusiones y vídeo útil sobre el tema.
Los vídeos presentados muestran el funcionamiento de varios paneles solares en condiciones reales. También le ayudarán a comprender las cuestiones relacionadas con la elección del equipo relacionado.
Reglas para elegir paneles solares y equipos relacionados:
Tipos de paneles solares:
Ensayos de paneles monocristalinos y policristalinos:
Para la población y las pequeñas instalaciones industriales, actualmente no existe una alternativa real a los paneles de silicio cristalino.Pero el ritmo de desarrollo de nuevos tipos de paneles solares nos permite esperar que la energía solar pronto se convierta en la principal fuente de electricidad en muchas casas de campo.
Invitamos a todos los interesados en el tema de la elección y uso de paneles solares a dejar comentarios, hacer preguntas y participar en discusiones. El formulario de contacto se encuentra en el bloque inferior.
Un tema interesante, especialmente teniendo en cuenta los aranceles cada vez mayores. Por supuesto, me gustaría instalarme un par de baterías, pero en caso de cálculo personal, la recuperación de la inversión tendrá que esperar mucho tiempo y es necesario invertir mucho de inmediato. Aunque resultan bastante rentables cuando se instalan en edificios de apartamentos. Si ilumina la entrada con LED con sensores de movimiento para el consumo durante el día con una batería y por la noche con la red (y con un contador de dos tarifas), el ahorro será significativo, en lugar de 1000 kW/mes. Habrá hasta 200 kW/mes.
No conocía muchas de las características técnicas y me di cuenta de que era poco probable que cambiara al uso de paneles en un futuro próximo. Pero al mismo tiempo, estoy de acuerdo con Igor: los desarrolladores bien podrían haber calculado los beneficios de equipar nuevos edificios de varios pisos con paneles solares durante el período de diseño. Creo que hay muchas ventajas y el coste de los sistemas para grandes volúmenes debería ser algo menor.
¿Estás bromeando o qué? Incluso en Europa, los paneles solares son dominio exclusivo de los hogares. Y propone instalarlo en edificios de apartamentos en Rusia. ¿Cuáles son las ventajas y cuál es la eficiencia en el San Petersburgo condicional con 72 días soleados al año y un cielo plomizo el resto del tiempo nublado?
Bueno, ya sabes, ¡San Petersburgo y Moscú no son toda Rusia! También está el sur del país, donde los días soleados son suficientes para que los paneles solares alcancen su periodo de recuperación normal.
En San Petersburgo simplemente no es rentable instalar paneles solares, pero en Moscú, por ejemplo, noté soluciones similares incluso en edificios de paneles ordinarios de nueve pisos. Está claro que una solución de este tipo no es suficiente para proporcionar electricidad en su totalidad. Pero aún puedes cargar teléfonos, tabletas y usar otros equipos; esto ya es una buena ventaja.
Pero cuanto más viajo hacia el sur de nuestro país, más a menudo veo plantas de energía solar en los hogares privados. Europa, por cierto, tampoco es pequeña y en Inglaterra, por ejemplo, no hay más días soleados que en San Petersburgo. Por tanto, no todo es tan sencillo como lo describiste.