​Paneles solares híbridos: ¿los conoces?

• Panel solar híbrido para ACS y electricidad
• Funcionamiento
• Orígenes de los paneles solares híbridos: ¿Quién patentó la idea?
• Empresas que están desarrollando paneles híbridos
• Beneficios de un panel solar híbrido

Fuente de la imagen: ©Endef.com

Todos conocemos la existencia de placas solares térmicas para calentar agua, que luego utilizaremos bien para poder ducharnos o para la calefacción. Y las placas fotovoltaicas que generan electricidad, que normalmente almacenamos en baterías para consumo propio y el exceso lo vendemos a la red eléctrica. Pero desde hace unos años también existe un tipo de placas que combina las dos anteriores. Pero no sólo eso, sino otra opción que produce electricidad y al mismo tiempo hace circular aire por su interior. ¿El objetivo? Climatizar la vivienda como un aire acondicionado. Pero eso sí, con aporte de aire renovado del exterior.

Aunque parezca algo obvio y que debería haberse lanzado al mercado casi al mismo tiempo que sus dos funciones por separado, hemos tenido que esperar más de 20 años para que alguien soñará con ello, lo diseñará y lo hiciera realidad. Ahora estas placas están disponibles, e incluso ya hay muchas instalaciones funcionando. Estas placas son conocidas como “Híbridas”.

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Por un lado están las que combinan la función fotovoltaica con la generación de agua caliente, y por otro lado los que combinan la función fotovoltaica con la generación de una corriente de aire caliente y renovado para la climatización de la vivienda.

El funcionamiento por separado de los dos tipos es ya conocido. En los paneles térmicos, el sol incide en la superficie del panel, y el agua que circula por el interior es calentada por transferencia de calor. En los paneles fotovoltaicos, el sol incide sobre unas células que transforman la energía solar en electricidad, estas células son normalmente de silicio y hay de dos tipos: Monocristalinas y policristalinas. **Los paneles fotovoltaicos convencionales, tan sólo aprovechan el 15% de toda la irradiación solar que reciben, un 5% es reflejado y el 80% restante se pierde en la cara frontal y posterior del panel.**La peculiaridad de un panel híbrido es que aprovecha parte de la pérdida de calor de la cara posterior, alrededor de un 40%.

Estas placas están compuestas desde la parte superior a la posterior por, un vidrio solar que hace la función de protección, un conjunto de celdas fotovoltaicas de silicio, que son las encargadas de transformar la luz del sol en electricidad. Están compuestas por una pasta térmica, que hace las veces de unión entre la parte fotovoltaica y la térmica, una pletina de cobre como base recolectora del calor, y detrás de esta un serpentín de cobre, por el que circulara el fluido caloportador (glicol), como soporte para el serpentín suele ir otra pletina de cobre, y debajo un aislante, que ayudará a mantener el calor dentro de la estructura y de esta forma que se aproveche al máximo para calentar el fluido.

Todo ello está en una carcasa que generalmente es de aluminio, que hace la función de protección de todo el conjunto y de consolidación para que cada componente esté fijo y se eviten posibles roturas.

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Este tipo de placas solares híbridas buscan otro objetivo, aunque similar en su meta, es decir por una parte generar electricidad, igual que los anteriores, pero en su segunda función busca el objetivo de climatizar la vivienda a través de una corriente de aire, que ayuda a refrescar el panel en su parte interior y al mismo tiempo esta corriente de aire captura el calor que hay en el interior de la placa y es impulsado al interior de la vivienda, pasando a través de unos filtros de partículas, que aseguran que el aire entra en la vivienda limpio, sin polvo ni polen, y además caliente.

En verano cuando la temperatura es más alta de la deseada, el equipo potenciará la entrada de aire directamente desde el exterior. Y la corriente de aire que pasa a través de las placas, la expulsará al exterior, para evitar disminuir el confort en la vivienda, para, al mismo tiempo, bajar la temperatura de las placas. La distribución del aire se realiza a través de conductos, como si de un aire acondicionado por conductos se tratase. Así mismo, por la noche, también se activa el modo de renovación de aire, para limpiar el aire viciado del interior.

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La idea de unir ambas tecnologías y de dar forma a un único sistema que permita aprovechar la energía fotovoltaica y la térmica, partió de Luis López López, quien investigó con un prototipo para desarrollar el Panel Solar Híbrido. Y del cuál solicito la patente el día 25 de Noviembre de 2006, que le fue concedida el 9 de Marzo de 2009.

Don Luis estaba intrigado por el problema que presentaban las placas solares fotovoltaicas con el aumento de la temperatura. El rendimiento de las células fotovoltaicas que se comercializan en la actualidad está comprendido entre un 15% y un 25%, es decir, que sólo una pequeña parte de la energía lumínica se aprovecha realmente en forma de energía eléctrica. Este rendimiento es menor cuanto más alta es la temperatura.El aumento de temperatura en las células supone un incremento en la corriente, pero al mismo tiempo una disminución mucho mayor, en proporción, de la tensión.

Fuente de la imagen: ©Estudio para panel solar híbrido

Con su diseño, Don Luis pretendía conseguir un incremento notable en la eficiencia de los paneles solares, que sería superior al 15% sobre la potencia de pico suministrada por el panel F.V. (fotovoltaico) normal. Este incremento de potencia es muy significativo, ya que la eficiencia conseguida en los paneles que se comercializan actualmente está situada entre el 15% y el 25%.

Por otra parte, ¿sabías que para instalar energía solar fotovoltaica y térmica, antes de la producción y comercialización de los paneles solares híbridos, se requería de dos instalaciones completamente independientes en el lugar de captación que habitualmente es la cubierta de los edificios? Esto implicaba tener que disponer de una mayor superficie para realizar ambas instalaciones. El Instituto para la Diversificación y Ahorro de Energía (IDAE) calcula que para una vivienda de cuatro personas, 100 m2, hacen falta uno o dos metros cuadrados de paneles, dependiendo de la zona en la que este ubicada la vivienda. Según se ve en el mapa adjunto, la radiación solar aumenta en el sur.

Fuente de la imagen: ©Manual de energías renovables del IDAE

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En la actualidad el panel solar híbrido esta siendo fabricado en diferentes versiones por varias empresas. A continuación, hablamos un poco de dos empresas que están apostando por esta “nueva tecnología”, con el objetivo de aprovechar mejor el recurso natural que nos ofrece el sol.

Esta empresa es la responsable de lanzar al mercado una placa solar híbrida, fotovoltaica y térmica, en base a la idea de Don Luis López, y de la tesis doctoral de uno de sus fundadores. Anteriormente ya hemos hablado de su panel híbrido. El germen de EndeF comenzó en el concurso, el Solar Decathlon Europe 2012, conocido como la olimpiada de las casas eficientes. Los fundadores de EndeF participaron en la propuesta presentada por la Universidad de Zaragoza, en la que los primeros prototipos de sus paneles fueron probados con éxito.

A partir de la innovación plasmada en una tesis doctoral tomó forma y germinó la empresa. Desde entonces EndeF ha recorrido un camino con muchos premios. Incluido uno del Concurso IDEA en su edición de 2014 que les concedió el Gobierno de Aragón. Pero uno de los más importantes, por no decir el que más, fue el del Fondo de Emprendedores de la Fundación Repsol, que supuso el espaldarazo definitivo al proyecto empresarial.

Fuente de la imagen: ©EndeF.com

• Panel solar híbrido ECOMESH PVT-2.

Este panel ha sido desarrollado y patentado, por la firma Zaragozana Endef. Actualmente esta empresa fabrica 2 modelos de panel solar híbrido. Y además, a la fecha de publicación de este articulo, están trabajando para sacar al mercado un nuevo modelo. Pero ahora nos vamos a centrar en su Panel solar híbrido de 2ª generación (PVT-2). Este panel se basa en la tecnología CTA (Cubierta Transparente Aislante). Esta cubierta alberga un gas inerte que consigue recuperar el calor que se pierde por la parte frontal de los paneles híbridos convencionales.

De esta manera aumenta el rendimiento total del panel, y consigue reducir al 40% la superficie de captación frente a necesaria para combinar de forma tradicional Fotovoltaica y Térmica. Además, con esta misma innovación se consigue mejorar el rendimiento a altas temperaturas, consiguiendo un 15% más que un panel fotovoltaico convencional. Las pruebas de Certificación de este panel, se han realizado según la norma EN – 12975, y el Ensayo de Durabilidad y Fiabilidad según la norma ISO 9806:2013.

Esta empresa de origen francés se creó a finales de 2008. Systovi era una empresa industrial que suministra sistemas de tejado fotovoltaicos integrados en edificios (BIPV) al 100%, cumpliendo con los requisitos de las regulaciones francesas definidas por el CEIAB (Comité d’Evaluation des produits photovoltaïques Intégrés au Bâti - Comité para la evaluación de la construcción de productos fotovoltaicos integrados). En 2011 y sobre la base de una implementación para captadores, impermeable y hermético, se desarrolló un proceso único de recuperación de calor bajo los paneles solares. Esto llevó a Toiture Active (Active Roof), una solución que recibió el trofeo “Territoire Innovation” un año después.

Desde entonces, Systovi se ha posicionado de manera más general como un diseñador y fabricante francés de soluciones innovadoras de energía múltiple para hogares. Y ahora la compañía es pionera en nuevas tecnologías de referencia, como la energía aero-voltaica, e incluso fue galardonada con el Gran Premio BATIMAT por eficiencia energética.

• Panel solar híbrido: Aero-voltaico R-VOLT PLUS

Este sistema ha sido desarrollado por la empresa Francesa radicada en Carquefou, a las afueras de Nantes. En este caso han querido aprovechar el exceso de calor que se genera en una panel fotovoltaico para generar un aire acondicionado que climatice la vivienda y al mismo tiempo bajar la temperatura de funcionamiento del panel.

Cuando un panel fotovoltaico produce electricidad, en realidad solo utiliza el 20% de la energía solar disponible. Desperdicia el 60% de lo que es calor. Pero gracias a esta innovadora recuperación de aire, el sistema aero-voltaico R-VOLT PLUS aprovecha toda la energía que normalmente se pierde. Esto lo convierte en un panel solar muy efectivo, con una potencia de 900 W (250 Wc + 650 W)

Fuente de la imagen: ©Systovi

Los paneles R-VOLT PLUS son herméticos. Una vez que el aire entra en un colector, se fuerza a calentarse o enfriarse al recorrer el interior del panel succionado por un motor en el interior de la vivienda. Por ello, debemos hablar de un sistema, no solo de paneles solares, ya que el diseño del R-Volt implica no solo a los paneles solares, sino también al modulo interior que funciona para forzar la circulación del aire desde o hacia el interior de la vivienda, y dispone de filtros de particular para asegura que el aire entra en la vivienda limpio.

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De todo lo expuesto en los puntos anteriores se deducen gran parte de las ventajas que supone aunar en un panel dos funciones, ya sea la fotovoltaica con la térmica para agua, como para aire climatizado. El primer beneficio es por el espacio que conseguimos ahorrar, ya que, de forma tradicional necesitamos una cantidad de metros cuadrados para las placas solares-térmicas y otra superficie adicional para las placas solares fotovoltaicas. Con estas soluciones no ahorramos la mitad del espacio, pero si hasta un 40%, lo que es importante debido a que en muchas viviendas la superficie disponible en la cubierta esta muy limitada.

Otra ventaja de la que ya se ha hablado es que se consigue un beneficio al disipar parte del calor que se genera en un panel fotovoltaico, para mejorar su rendimiento. Y esto se consigue con los nuevos paneles bien al transferir dicho calor al fluido caloportador que circula en la parte inferior de los paneles solares híbridos bien sea un liquido para calentar el agua de nuestra ducha o para la calefacción, bien sea el aire en el caso de. Aero-voltaico. Esta refrigeración que se provoca en las células fotovoltaicas consigue que el rendimiento de estas aumente hasta en un 15%.

Cuando hablamos de la otra versión que hemos tratado en este articulo, es decir, los paneles solares híbridos Aero-voltaicos, gracias a esta refrigeración, y siempre haciendo caso de los datos del fabricante, el rendimiento de la función fotovoltaica aumenta alrededor de un 10% con respecto a los paneles solares fotovoltaicos tradicionales. En la siguiente tabla se contemplan algunos de los beneficios, de forma resumida, que aportan estas nuevas tecnologías, Termo-Fotovoltaica y Aero-voltaica.