Cuantos tipos de celdas solares existen

El negocio fotovoltaico crece dia a dia , el mercado esta inundado de paneles solares pero ¿  cuantos tipos de celdas solares existen ?

Si estás interesado en conocer información sobre:

•  Varios tipos de paneles solares utilizados en implementaciones reales para aplicaciones domésticas, empresariales y móviles,
• Qué tipo de paneles solares fotovoltaicos elegir para su proyecto solar y cómo seleccionarlos,
• Cualquier riesgo de uso de paneles solares fotovoltaicos de segunda mano o caseros,

Has venido al lugar correcto.

Esta es información práctica, sin cosas teóricas, ¡así que comencemos!

Cuantos tipos de celdas solares existen

A continuación veremos Cuantos tipos de celdas solares existen en el mercado solar actual.

Hoy en día, los paneles solares fotovoltaicos más utilizados en instalaciones prácticas de energía solar son:

• celdas solares monocristalinas
• celdas solares policristalinas
• celulas solares de película delgada (amorfa)

Célula de silicio monocristalino

Cuantos tipos de celdas solares existen? una de estas clases son las celdas de silicio monocristalino. Al enfriarse, el silicio fundido se solidifica formando solo un único cristal de grandes dimensiones . Luego se corta el cristal en delgadas capas que dan lugar a las células. Estas células generalmente son un azul uniforme.

Ventajas:

Buen rendimiento de 14% al 16%5 ,
Buena relación Wp m² (~150 WC/m², lo que ahorra espacio en caso necesario
Número de fabricantes elevado.

Inconvenientes:

Costo levado

Células de silicio multicristalino

Una célula fotovoltaica basada en silicio muticristalino.
Durante el enfriamiento de silicio en un molde se forman varios cristales. La fotocélula es de aspecto azulado, pero no es uniforme, se distinguen diferentes colores creados por los diferentes cristales.

Ventajas:

Células cuadradas (con bordes redondeados en el caso de Si monocristalino) que permite un mejor funcionamiento en un módulo,
Eficiencia de conversión óptima, alrededor de 100 Wp/m², pero un poco menor que en el monocristalino
Lingote más barato de producir que el monocristalino.

Inconveniente

Bajo rendimiento en condiciones de iluminación baja.

Célula Tándem

Apilamiento monolítico de dos células individuales. Mediante la combinación de dos células (capa delgada de silicio amorfo sobre silicio cristalino, por ejemplo) que absorben en el espectro al mismo tiempo se solapan, mejorando el rendimiento en comparación con las células individuales separadas, sean amorfas, cristalinas o microcristalinas.

Ventajas

Alta sensibilidad en un amplio rango de longitudes de onda. Excelente rendimiento.

Desventajas

El costo es alto debido a la superposición de dos células.

Célula multiunión

Estas células tienen una alta eficiencia y han sido desarrolladas para aplicaciones espaciales. Las células multiunión están compuestas de varias capas delgadas usando la epitaxia por haz molecular.

Un células de triple unión, por ejemplo, se compone de semiconductores GaAs, Ge y GaInP2. Cada tipo de semiconductores se caracteriza por un máximo de longitud de onda más allá del cual no es capaz de convertir los fotones en energía eléctrica (ver banda prohibida).
Por otro lado, por debajo de esta longitud de onda, el exceso de energía transportada por el fotón se pierde.

De ahí el valor de la selección de materiales con longitudes de onda tan cerca el uno al otro como sea posible, de forma que absorban la mayoría del espectro solar, generando un máximo de electricidad a partir del flujo solar.
El uso de materiales compuestos de cajas cuánticas permitirá llegar al 65% en el futuro (con un máximo teórico de 87%).

Los dispositivos de células de uniones múltiples GaAs son más eficaces. Spectrolab ha logrado el 40,7% de eficiencia (diciembre de 2006) y un consorcio (liderado por investigadores de la Universidad de Delaware) ha obtenido un rendimiento de 42,8%6 (septiembre de 2007). El coste de estas células es de aproximadamente USD 40 $/cm².

El semiconductor fbi

La técnica consiste en depositar un material semiconductor que contiene cobre, galio, indio y selenio sobre un soporte.
Una preocupación, sin embargo: los recursos de materias primas.

Estas nuevas técnicas utilizan metales raros, como indio, cuya producción mundial es de 25 toneladas por año y el precio a fecha de abril del 2007 es de 1.000 dólares por kg; el teluro , cuya producción mundial es de 250 toneladas al año; el galio con una producción de 55 toneladas al año y el germanio con una producción de 90 toneladas al año.

Aunque las cantidades de estas materias primas necesarias para la fabricación de células solares son infinitesimales, un desarrollo masivo de paneles fotovoltaicos solares debería tener en cuenta esta disponibilidad limitada.

Cada tipo de panel solar tiene su propio:

•  precio
• Capacidad de convertir la energía solar en electricidad, también conocida como eficiencia.
•  área de instalación requerida por electricidad de CC generada, también conocida como el área necesaria para la instalación de 1 kWp (1kWp = 1,000Wp).

Estos tres factores principales se traducen en dos indicadores clave de rendimiento principales que se utilizan para comparar diferentes tipos de paneles solares:

• $ / Wp o precio por Wp instalado en USD
• El área necesaria para la instalación de 1kWp.

Centrémonos en tres parámetros esenciales de los diferentes tipos de paneles solares, que determinan el precio del panel solar y el área de instalación necesaria para una matriz solar.

Estos tres parámetros son:

• La eficiencia de conversión de los paneles solares.
• El impacto de la temperatura en la eficiencia del panel solar.
• El impacto de la irradiancia cambia en la eficiencia, por ejemplo, la diferencia entre el rendimiento solar en un día soleado y nublado, en el invierno, etc., debido a estos cambios.

La eficiencia de conversión de los paneles solares.

Los diferentes tipos de paneles solares tienen diferentes capacidades para convertir la luz solar en electricidad o eficiencia de conversión:

Tipo de                                          eficiencia de conversión de panel solar  

Silicona monocristalina 1                                                   2.5-16%

Silicio policristalino                                                               11-14%

Selenuro de galio, indio y galio (CIGS)                         10-13%

Telururo de cadmio (CdTe)                                                9-12%

Silicio amorfo (a-Si)                                                               5-7%

Cabe señalar que la eficiencia de conversión de una célula solar suele ser mayor que la eficiencia del propio panel solar.

Según Fraunhofer ISE: Photovoltaics Report (2014) actualizado: 28 de julio de 2014:

el récord de eficiencia de las células de laboratorio es del 25% para la tecnología monocristalina y del 20,4% para la tecnología de obleas de silicio de múltiples cristales.

¿ Cual es Impacto de la temperatura en la eficiencia del panel solar ?

Otro indicador clave de rendimiento clave de los paneles solares revela cómo su capacidad para producir energía solar de manera eficiente se ve afectada por el aumento de la temperatura y las condiciones ambientales cálidas.

Este indicador se conoce como “coeficiente de temperatura de la potencia” de un panel solar.

Los paneles solares tienen un coeficiente de temperatura negativo, lo que significa que el rendimiento del panel solar disminuye a medida que aumenta la temperatura de la celda.

Como sabe, la potencia de salida nominal del panel solar se define en las Condiciones de prueba estándar (STC):

Esto significa:

• 1,000W / m2 de luz solar
• Temperatura de la celda 25 ° C
• Espectro a masa de aire de 1,5.

Normalmente, a temperaturas positivas del área circundante, la temperatura de la celda es aproximadamente 15 ° C más alta que la ambiente, como resultado de la encapsulación del panel solar.

Por ejemplo, si el coeficiente de temperatura de un panel solar específico es -0.5% / ° C y la temperatura ambiente es de 40 ° C, se espera que la temperatura de la celda sea aproximadamente 15 ° C más alta que la temperatura ambiente, como resultado de Panel de encapsulación solar.

En este caso, la pérdida en la potencia de salida del panel solar a 40 ° C es:

0.5% / ° C * (55-25) = 15%.

En otras palabras, un panel clasificado a 100W bajo el STC (temperatura de celda de 25 ° C) produciría solo 85 W a una temperatura ambiente de 40 ° C.

En general, el coeficiente de temperatura de los paneles de película delgada es menos negativo en comparación con uno de los paneles solares cristalinos.

Esto significa que pueden producir más energía que los paneles cristalinos a altas temperaturas.

El impacto de la irradiancia cambia la eficiencia de los paneles solares.

La irradiancia solar está relacionada con las condiciones climáticas.

Cambia a lo largo del día y el año y uno es diferente para diferentes lugares.

Por lo tanto, el segundo factor importante para elegir el mejor tipo de panel solar es la condición climática predominante en su ubicación.

Como ya sabemos, los parámetros de rendimiento de los paneles solares se dan bajo las condiciones de STC y cualquier desviación de esas condiciones determina las pérdidas correspondientes.

La definición de las condiciones de STC revela el factor principal que contribuye a las pérdidas de producción:

• condiciones de temperatura
• cualquier desviación con respecto al nivel de Irradiancia de 1000 W / m2, que corresponde al día más común del mediodía soleado.

Ya hemos descrito anteriormente la influencia de la temperatura en la eficiencia de conversión del panel solar.

Sin embargo, uno de los parámetros más ignorados es la influencia del nivel de irradiancia en la productividad de los paneles solares.

Por lo general, cuanto menor es la irradiancia con respecto a 1000 W / m2, menor es la eficiencia de una célula solar.

Puede esperar niveles de irradiación más bajos temprano en la mañana, durante un día nublado o en invierno.

Sorprendentemente, los paneles solares de película delgada de silicio amorfo, que se consideran de menor calidad y una versión más barata de los paneles solares mono y policristalinos, muestran un mejor rendimiento en condiciones de irradiación más bajas que los cristalinos más caros.

Por lo tanto, el tipo de panel fotovoltaico que podría ser el mejor ajuste para su proyecto solar en la mayoría de los casos debe seleccionarse cuidadosamente comparando las ventajas con los inconvenientes de los factores y parámetros mencionados anteriormente.

Al ser consciente de estas ventajas y desventajas, puede ayudarlo a tomar una decisión informada sobre qué paneles serán la mejor opción para usted.

Diferentes tipos de celdas solares explicados.

 Paneles solares monocristalinos

Los paneles monocristalinos son el tipo más eficiente de paneles solares, pero también los más caros. Vienen en color azul o negro.

Cuantos menos paneles solares necesite para producir una cierta cantidad de energía, mayor será la eficiencia.

Generalmente, si no hay suficiente espacio libre en su techo, usted elige paneles con mayor eficiencia.

La principal desventaja de los paneles solares monocristalinos es su mayor intolerancia a la sombra y la suciedad.

Incluso el sombreado de una sola célula solar puede reducir su rendimiento en aproximadamente un 20%.

Paneles solares policristalinos

Los paneles policristalinos son un poco menos eficientes y cuestan entre 30 y 50% menos que los monocristalinos cuando se pretende que produzcan la misma cantidad de energía.

Los paneles policristalinos tienen un ciclo de vida de aproximadamente 25 años. Sin embargo, la práctica ha demostrado que los paneles policristalinos instalados hace más de 25 años siguen funcionando perfectamente.

Los paneles policristalinos son típicamente azules y se pueden distinguir fácilmente por su apariencia multifacética y brillante.

Paneles de capa fina (amorfos)

Los paneles de película delgada son los paneles menos costosos con la eficiencia más baja, generalmente dos veces menor que la eficiencia de los paneles monocristalinos.

Por lo tanto, para generar la misma cantidad de energía, se necesitan dos veces más paneles de película delgada que de monocristalinos.

Los paneles de película delgada tienen una superficie oscura, generalmente de color marrón, gris o negro.

Los paneles de película delgada se utilizan en calculadoras solares.

Bajo el grupo de paneles de película delgada se clasifican los siguientes tipos de paneles solares:

• Amorfo-Si (a-Si)
• Tandem a-Si / microcristalino
• CIGS (Seleniuro De Galio Indio Cobre)
• CdTe (telururo de cadmio)
• Tinte sensibilizado (TiO2)

La eficiencia del amorfo es de alrededor del 6-7%.

Sin embargo, la eficiencia de los paneles de película delgada CIGS es de aproximadamente 16-18%, con un registro reciente de 20.8% en condiciones de laboratorio.

A pesar de su alta eficiencia, los paneles de película delgada CIGS no lograron competir con el menor costo por vatio de electricidad producido.

Otro tema importante que vale la pena mencionar es que los paneles fotovoltaicos de silicio de película delgada (amorfa) se ven afectados por el llamado efecto ‘Staebler-Wronski’.

Este efecto provoca una reducción en la eficiencia del panel con el tiempo.

La principal razón para que esto ocurra es el defecto que aumenta la densidad del silicio amorfo bajo la exposición a la luz solar.

Sin embargo, aproximadamente seis meses después de la instalación, este efecto alcanza el equilibrio y prácticamente no causa más degradación de la potencia de salida del panel solar.

Por lo tanto, durante el primer año de operación, los paneles de silicona de película delgada (amorfa) producen aproximadamente un 10-15% más de energía.

Después de aproximadamente seis meses de operación, se establecen a su rendimiento habitual que mantienen durante los años de descanso.

Los paneles solares de película delgada tienen menores pérdidas o, en otras palabras, un mejor desempeño en:

•  Climas cálidos y temperaturas más altas.
• Condiciones de baja irradiación, es decir, temprano en la mañana, al atardecer y en tiempo nublado.
• condiciones de sombreado parcial

Debido a estos beneficios combinados con bajo costo, bajo peso y alta durabilidad a los impactos mecánicos, los paneles solares de película delgada a menudo se seleccionan para pequeños sistemas fotovoltaicos móviles para campistas, autocaravanas, caravanas y caravanas, donde la eficiencia del panel no es una gran preocupación.

Estos paneles también son más adecuados para condiciones de montaje no estándar en fachadas.

Los paneles fotovoltaicos cristalinos (mono o poli) son los paneles solares más comunes para los sistemas solares fotovoltaicos domésticos y comerciales.

Debido a su alta eficiencia, también se prefiere una buena opción para los sistemas de paneles solares móviles de mediana escala donde el espacio libre en el techo de la caravana es limitado.

Hoy en día, este tipo de paneles solares representan el 90% de la cuota de mercado de la energía fotovoltaica.

En contraste, los paneles solares de película delgada tienen aproximadamente el 10% de participación de mercado.

Los paneles cristalinos vienen en una variedad de tamaños y formas. La forma rectangular es la más común.

Cada panel solar tiene una potencia nominal nominal en ‘watts-peak’ (Wp) o ‘kilowatts-peak’ (kW), también conocida como potencia de Wp DC instalada o potencia de corriente continua en watts-peak.

Aquí hay una comparación entre la eficiencia del panel solar según el área necesaria para instalar un panel solar de potencia nominal = 1 kWp:

Material                  Eficacia                          Area necesaria para 1 kWp

Silicio monocristalino 13-16%                7 m2 (75 pies cuadrados) 
Silicio policristalino 12-14%                     8 m2 (86 pies cuadrados) 
Silicio amorfo  6-7%                                     15 m2 (161 pies cuadrados)

Otras cosas importantes a tener en cuenta al elegir el mejor panel solar son:

• La reputación del fabricante del panel solar.
• la calidad del proceso de fabricación, es decir, si el fabricante controla cada etapa del proceso de fabricación, es decir, el material de silicio, la oblea, la célula, el panel solar, el panel solar y el sistema solar
• Materiales utilizados para producir los paneles solares.

El siguiente video arroja más luz sobre esto:

Antes de elegir el mejor tipo de panel solar para su aplicación, se deben considerar las siguientes variables:

• Las condiciones climáticas prevalecientes que influyen en el impacto de la temperatura en la eficiencia del panel solar y el impacto de la irradiancia cambian en la eficiencia,
• El área de montaje disponible que determina la eficiencia de conversión de un panel solar. Esto es particularmente válido para sistemas de paneles solares móviles en autocaravanas,
• Ya sea que los paneles solares son para ser montado en un techo (de una casa o una casa rodante) o van a ser desplegados en algún lugar de la tierra, como unidades móviles,
• Las condiciones de garantía del panel solar y la reputación del fabricante.
• Su presupuesto disponible y sus planes para una futura expansión de su sistema de energía solar.

Como ve, no hay un ganador obvio entre los diferentes tipos de paneles solares. Además, en diferentes circunstancias, el ganador cambia.

Cada parámetro notable publicitado del tipo de panel solar dado no considerado en el contexto de las variables mencionadas anteriormente podría llevarlo a una decisión equivocada.

Después de todo, no compra parámetros de rendimiento, sino que mejora la productividad con respecto a la potencia generada de kWh / kWp al menor costo posible.

¿Por qué es importante saber más no solo sobre los paneles solares, sino también sobre los bloques de construcción restantes de un sistema de energía fotovoltaica y el sistema en su conjunto?

La eficiencia de los paneles solares para convertir la luz solar en electricidad juega un papel importante y desempeña un papel crucial en el suministro de electricidad generada por energía solar.

Para producir la electricidad utilizada por sus aparatos, un sistema solar necesita no solo paneles solares sino también componentes adicionales.

El uso de tales componentes introduce pérdidas adicionales inevitables en el sistema, lo que a su vez reduce la cantidad de electricidad producida por los paneles solares.

Al diseñar cuidadosamente el sistema solar y seleccionar hábilmente todos sus componentes básicos, estas pérdidas podrían minimizarse.

Además, si todo lo demás es igual, al usar bloques de construcción especiales, puede exprimir más energía hasta un 30% más del sistema solar mientras mantiene su precio relativamente igual.

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¿Qué tipo de paneles solares seleccionar?

Los paneles solares monocristalinos son los más eficientes.

Su eficiencia está dentro del rango de 12-25% con un valor típico de 18%.

Use paneles monocristalinos si su espacio es limitado o instalar paneles fotovoltaicos grandes sería demasiado costoso.

Los paneles policristalinos son similares a los monocristalinos pero:

• En comparación con los paneles monocristalinos, se necesita un área un poco más grande para producir la misma cantidad de electricidad,
• Cuesta menos,
• Son menos eficientes que los paneles solares monocristalinos con un rango de eficiencia del 12-25% con un valor típico del 15%. Sin embargo, los paneles policristalinos son menos costosos que los monocristalinos y son el tipo de paneles solares más utilizado en la actualidad.

A pesar de estas diferencias, tanto los paneles monocristalinos como los policristalinos son una buena opción para sistemas de paneles solares residenciales y móviles.

Además del alto rendimiento y la capacidad de autolimpieza, siempre se prefieren donde el espacio es un problema, y ​​esto es válido tanto para casas como para autocaravanas.

Los paneles de película delgada generalmente necesitan un área dos veces mayor para producir la misma cantidad de electricidad, en comparación con los paneles mono y policristalinos.

Son el tipo menos costoso de paneles fotovoltaicos con las siguientes variedades más comunes:

• Paneles de película delgada de telururo de cadmio (CdTe)
• Paneles de película fina de seleniuro de galio e indio (CIGS)
• Paneles de película delgada de silicio amorfo (a-Si).

Elegir paneles de película delgada significaría que usted tiene:

• Un presupuesto bastante limitado,
• Un área bastante grande para instalar el generador fotovoltaico, y / o
• La alta eficiencia del panel solar no es importante para usted. Esto es especialmente válido en el caso de pequeños sistemas de energía solar.

Por lo tanto, a menos que tenga las preocupaciones anteriores, no parece bastante razonable seleccionar paneles fotovoltaicos con una eficiencia dos veces menos común.

Los riesgos de usar paneles de segunda mano o hechos en casa.

Hay muchos sitios web que afirman que es posible iniciar y ejecutar un sistema eléctrico solar para el hogar por solo $ 200- $ 300.

Además, puede encontrar muchos sitios web que ofrecen paneles baratos y de segunda mano o células solares individuales.

¡No confíe en estos sitios web ya que le proporcionan información errónea o engañosa!

Además, cualquier crédito y reembolso que pueda solicitar antes de que las instituciones gubernamentales NO sean válidos para los sistemas eléctricos solares construidos en el hogar y sus componentes.

Por esta razón, el lanzamiento de un sistema eléctrico solar construido con paneles de fabricación casera podría ser una violación de las regulaciones eléctricas locales.

Es posible que no se le permita ni siquiera instalar dichos paneles hechos en casa, y mucho menos operarlos.

En muchos países, es ilegal exportar energía a la red mediante un sistema solar construido con equipos de generación solar no aprobados.

Es posible construir un sistema solar por alrededor de $ 200.

Sin embargo, un sistema de este tipo tendrá una salida de baja potencia (alrededor de 100 Wp), lo que ciertamente no es suficiente para alimentar una casa entera.

Los paneles solares baratos, a menos que sean de fabricación china o casera, generalmente son rechazados por sus fabricantes, ya sea porque están dañados físicamente o porque sus características difieren de las indicadas. Si utiliza dichos paneles, es posible que ninguno de los valores indicados pueda alcanzarse durante la operación.

Cabe señalar que el precio relativamente alto de los paneles solares está relacionado con los procesos de fabricación estrictos y, por lo tanto, costosos.

Dichos procesos requieren equipos costosos para realizar algunas operaciones especiales y condiciones rigurosas de la sala (con respecto a la temperatura ambiente, la limpieza, la presión, etc.).

La razón por la que los procesos de fabricación son tan caros está oculta en el hecho de que los paneles solares no solo están diseñados para garantizar el máximo rendimiento al convertir la energía solar en electricidad, sino también para soportar condiciones climáticas adversas: frío, lluvia, nieve, hielo y calor.

Usar paneles baratos para construir un sistema solar es lo mismo que conectar un dispositivo eléctrico del que no sabe nada a una red eléctrica en vivo. ¡Lo que debes hacer es orar para no ver tu hogar en llamas!

Hemos llegado al final del artículo Cuantos tipos de celdas solares existen, espero que hayas aprendido sobre las diferentes clases de celulas solares existente.