▷ Eficiencia del panel solar: una descripción general de los módulos más eficientes

Eficiencia de diferentes tipos de paneles solares.

La eficiencia de los paneles solares determina su capacidad para convertir la energía solar en electricidad. El cálculo se realiza dividiendo la salida de energía del panel por la cantidad de luz que cae sobre la superficie de trabajo.

El rendimiento del panel se determinó inicialmente en condiciones estándar de laboratorio (STS):

nivel de insolación – 1000 W/m2
temperatura – 25

La mayoría de los fabricantes modernos prueban cada batería ensamblada e incluyen los resultados en su documentación de ventas. Esto permite obtener información más completa y correcta sobre cada panel, ya que es posible que se produzcan algunas desviaciones de los estándares tecnológicos durante el proceso de fabricación. Por lo tanto, comparar dos (o más) paneles siempre revelará una ligera discrepancia entre los parámetros declarados.

Prácticamente, cualquier variación se refleja principalmente en el rendimiento, es decir, en la eficiencia del panel solar. Por lo tanto, no todas las variedades tienen un valor claramente definido. En general, se indica un rango bastante amplio, lo que puede dar una diferencia notable en los parámetros de los módulos solares fabricados con la misma tecnología.

Todos los tipos de celdas fotovoltaicas tienen ciertas propiedades que determinan la eficiencia de las celdas solares. Cada especie tiene sus propios límites de rendimiento basados en la estructura y composición del semiconductor.

casa de ladrillo marrón con paneles solares en el techo

¡El rendimiento de las células solares está avanzando!

El grupo de investigación del Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) describió el desarrollo de una célula solar en tándem de perovskita-silicio en la revista Science. Su rendimiento fue del 29,15%. Este es actualmente un nuevo récord mundial. El récord anterior de eficiencia rondaba el 28%. Los investigadores planean aumentar la eficiencia de la celda solar en tándem al 30% e incluso superar esta cifra.

El silicio es el material básico para las células solares, mientras que la perovskita (titanato de calcio) se desarrolla en paralelo. Los científicos creen que aún no se ha descubierto el potencial de la perovskita y que el uso de ambos materiales les permitirá ganar en eficiencia.

Las celdas solares compuestas por dos semiconductores con diferente banda prohibida pueden tener una alta eficiencia en comparación con las celdas individuales porque las celdas en tándem hacen un mejor uso del espectro solar. En particular, las células solares de silicio convencionales son en su mayoría eficientes para convertir la parte infrarroja del espectro solar en electricidad, mientras que los compuestos de perovskita pueden convertir de manera eficiente la parte visible del espectro, lo que aumenta el TDP del tándem.
El uso de perovskita y silicio no aumenta el costo de los paneles solares.

Tipos de celdas solares y su eficiencia.

Existen diferentes tipos de celdas solares:

silicio
telurio-cadmio
arseniuro de galio
seleniuro de indio
polimérico
orgánico
combinado, multicapa

ELlos paneles solares mas eficientes que se producen en masa son los de silicio.

Vienen en dos variedades:

monocristalino. Están hechos de finas láminas cortadas de un solo cristal de silicio (monolito). Estos paneles se consideran los mejores paneles solares, mostrando un coeficiente de eficiencia de 17 a 22%.
policristalino. La materia prima para estas celdas es una briqueta de silicio que ha sido derretida y colada en moldes. Estos paneles tienen un rendimiento general ligeramente inferior al de los paneles monocristalinos. Su eficiencia es de aproximadamente 12 a 17%.

Hay otro panel solar moderno de alta eficiencia que son los paneles a base de seleniuro de indio. Son capaces de producir un rendimiento del 15-20%. Las células de telururo de cadmio tienen cualidades algo más bajas, no más del 10-12%.

Otros tipos son significativamente inferiores a los líderes: los elementos amorfos y poliméricos muestran una eficiencia de no más del 5-6%. Cabe señalar que estas cifras son promedios. Varios fabricantes ofrecen muestras que superan los estándares de eficiencia habituales. Esto no cambia el panorama general, pero demuestra la necesidad de mejorar la tecnología para desarrollar nuevos métodos de producción de células fotovoltaicas.

¿De qué depende la eficiencia?

La eficiencia de las instalaciones solares fotovoltaicas es solo una fracción de lo teóricamente posible. Se esperan eficiencias del 80-87 %, pero las fallas técnicas, la baja pureza del material y las imprecisiones en el ensamblaje de la celda han reducido significativamente estos valores. El principal problema de las células de silicio es que solo pueden absorber radiación infrarroja y no pueden utilizar energía en la región ultravioleta.

El problema es el costo del proceso de limpieza, el crecimiento de cristales y otros procedimientos delicados sin los cuales no se puede lograr el efecto deseado. Todos los paneles solares de alta eficiencia son caros y no están disponibles para el público en general.

También deben tenerse en cuenta las condiciones meteorológicas y climáticas. Incluso los sistemas más eficientes no funcionarán bien si las nubes oscurecen la fuente de alimentación o el horizonte es bajo. Este factor no es controlable, y la única forma de lidiar con él puede ser mejorar la eficiencia de los paneles solares.

Algunos tipos de celdas solares, como las celdas de película delgada, pueden generar electricidad de manera bastante constante en días nublados. Sin embargo, son muy ineficientes y no proporcionan la potencia adecuada. Cuanto más eficiente sea la batería, menos energía producirá cuando el clima esté nublado.

Cada año, varias empresas o grupos de científicos anuncian el desarrollo de paneles solares que son eficientes y estables en condiciones adversas. Sin embargo, solo se siguen vendiendo las variedades comunes de silicio o de película delgada, nada nuevo a la vista. La razón es que los costos de producción son demasiado altos y los logros tecnológicos son inestables, lo que obliga a los fabricantes a rechazar temporalmente las innovaciones inacabadas.

Vida útil y tiempo de recuperación.

La mayoría de los paneles solares pueden funcionar durante 25 años o más. Sin embargo, el rendimiento inicial se deteriora con el tiempo, con la consiguiente disminución del rendimiento y la eficiencia. Factores que afectan la longevidad de las celdas solares

tipo de construcción Cuanto mayor sea la eficiencia inicial, mejor funcionará el panel después de muchos años de funcionamiento.
Las condiciones de trabajo. En regiones donde las variaciones de temperatura promedio diarias y anuales son grandes, la vida útil de los paneles disminuye rápidamente. Se produce desgaste físico de los semiconductores, se compromete la resistencia de unión de las capas que forman la unión pn. Todos estos factores tienen un impacto negativo en la eficiencia de los módulos solares.

El retorno de la inversión de los paneles depende principalmente de la luz solar, es decir, la cantidad de energía solar disponible para las células fotovoltaicas. En este sentido, se deben considerar los siguientes factores:

la duración del día
la posición del sol sobre el horizonte
condiciones climáticas en la zona

La experiencia demuestra que el porcentaje anual medio de degradación de las células solares es del 0,6 %. Sin embargo, los procesos naturales se complementan con influencias externas como la temperatura, influencias mecánicas, etc. Es por eso que los fabricantes suelen garantizar que durante 10 años de operación, la capacidad no disminuirá en más del 10%.

Nadie se toma en serio el problema del periodo de amortización de los paneles solares. Hay cálculos aproximados que indican la cantidad de energía producida y su costo promedio durante 10, 25 años. Estos datos no pueden dar una imagen real, porque todos los complejos funcionan en sus propias condiciones, están sujetos a diferentes influencias y no pueden garantizar la productividad dada.

Los especialistas afirman que, en algunas regiones, el tiempo de recuperación de los paneles solares nunca se tocamientras es 10 o 15 años en otros.

No se realizan estudios de detalle o sólo para la zona en cuestión. Para conocer la eficiencia técnica y económica de la planta solar, se debe realizar un cálculo individual para las condiciones dadas, los modelos de módulos solares y otros factores influyentes.

Los paneles solares más eficientes

El usuario medio no busca profundizar en la teoría, por lo que suele hacerse la pregunta: “Quiero comprar paneles solares, ¿cuáles son los mejores?”. La pregunta es simple, pero es muy difícil responder sin ambigüedades. Todo depende de las capacidades y necesidades del comprador.

El debate sobre qué paneles solares son los más eficientes ha estado presente desde el comienzo de su uso. A pesar de la prioridad dada a las estructuras de silicio cristalino, otros tipos de paneles suelen estar por delante. Se han batido récords en este campo. P.ej, Sharp ha anunciado que ha creado paneles con una eficiencia del 44%.. La misma empresa creó módulos con un rendimiento del 37,9%. Hay muestras de otros desarrolladores con una eficiencia de alrededor del 32%. Todos estos modelos son muy caros y aún no se han producido en masa. La ineficiencia es el principal problema en el desarrollo de módulos solares.

Investigación y desarrollo para mejorar la eficiencia

Se considera que el área de investigación más prometedora es la creación de paneles multicapa. Se hace hincapié en la posibilidad de generar energía a partir de rayos infrarrojos y ultravioleta, que en muchos sentidos son más activos que las partes visibles del espectro. También se está trabajando para refinar las estructuras del silicio y crear los cristales más homogéneos y puros.

Otra dirección es crear las uniones de semiconductores más densas y finas posibles. La corriente eléctrica se genera en la interfaz de dos materiales, y si la superficie de ambos está llena de depresiones y otras imperfecciones, estas áreas se excluyen de la superficie de trabajo total. El problema es técnicamente complejo porque se trata de un rectificado de precisión micrométrica. Las técnicas son todavía demasiado complejas para la producción industrial y el precio de los paneles está fuera del alcance del consumidor medio. El proceso de investigación está en curso, por lo que se pueden esperar desarrollos positivos en cualquier momento.

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