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Actualizado: 10 sept. 2019

Celdas solares

Las celdas solares son la plasmación física de la explicación teórica que dio Albert Einstein en 1905 sobre el efecto fotoeléctrico. Einstein explico este efecto basándose en la hipótesis de Max Plank, sobre la teoría cuántica. Einstein suponía que la radiación electromagnética esta formada de paquetes de energía, y que dicha energía depende de la frecuencia de la luz. Las celdas solares aprovechan esta teoría y la hacen realidad al conseguir transformar la energía que contiene la luz del sol en energía eléctrica. Teniendo en cuenta que la Tierra recibe 174 petavatios de radiación solar desde la capa más alta de la atmósfera, y que el 70% de esa radiación la absorben la tierra, los océanos y las nubes. Es una excelente idea aprovecharla de alguna forma. Y las celdas solares son la base para ese aprovechamiento generando electricidad.
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celdas-solares

Fuente de la imagen: ©Hogarsense.es

¿Qué es una celda solar y cuál es su función?

Las celdas solares o fotovoltaicas son la unidad básica y estructural de una placa solar fotovoltaica. Fabricada a base de dos finas capas de silicio cristalino. Cada una de las placas están modificada para que al unirlas se genere un pequeño campo eléctrico que es la base para que, al recibir la luz del sol, se genere una corriente eléctrica continua. Este fenómeno se conoce como "efecto Fotoeléctrico", descubierto por Albert Einstein.

La función de la celda solar es genera una corriente eléctrica, que es proporcional a la calidad de la misma celda solar, y a su superficie. Por este motivo se unen muchas de estas celdas en un panel solar, de forma que se pueda producir una cantidad de electricidad mínima. Además, al unirlas en un panel, se las dota de una estructura más rígida, que las hace más resistentes y manejables sin causarles daños. Aunque los paneles solares tienen más componentes para completar la función deseada, es decir generar electricidad.


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Tipos de celdas solares que existen, tecnologías

Desde hace años, muchas empresas e institutos tecnológicos están investigando para mejorar el rendimiento y eficacia de los paneles solares, aportando diferentes soluciones y generando diversos tipos de celdas solares que consigan generar más electricidad. Aunque todos los avances no son sólo en las propias celdas, sino en la forma en que estas se unen para formas los paneles solares.

1.- PERC (Passivated Emitter Rear Cell)

Una célula fotovoltaica tradicional se compone de tres capas con propiedades eléctricas distintas: una capa exterior de silicio en contacto directo con la radiación solar, una capa intermedia también de silicio, y una última capa inferior de aluminio BSF. Las células con tecnología PERC tienen una lámina adicional entre la capa intermedia y la capa inferior, que es reflectante. Esta capa PERC rebota los electrones que no han sido absorbidos hacia las capas superiores, generando mayor cantidad de electricidad.

2.- Paneles Bi-faciales (doble cara)

Los módulos fotovoltaicos bifaciales están diseñados de manera que puedan producir energía solar por ambas caras de cada panel. Esto se consigue colocando células fotovoltaicas en ambas caras del panel, de manera que aprovechan la radiación solar directa y también a la reflejada. El objetivo del diseño bifacial no es incrementar el porcentaje de eficiencia del módulo solar, sino que éste genere más movimiento de electrones. En cambio, la tecnología de células PERC si persigue aumentar la eficiencia. Por lo que ambas técnicas se pueden implementar en un mismo panel solar para aumentar el coeficiente de rendimiento fotovoltaico.

Módulos-bifaciales

Fuente de la imagen: Cambio Energético

3.- Paneles Multi Bus bar

Las “bus bar” son las pequeñas cintas que se pueden ver en la cara superior de las celdas, y conectan las celdas fotovoltaicas del panel. Su función es la de transportar la corriente a través del módulo. Los diferentes fabricantes de módulos fotovoltaicos se han dado cuenta que, al aumentar estas líneas de conexión, se aumenta la cantidad de electricidad que es transportada hacia el exterior, por lo que han ido aumentando poco a poco el número de “bus bar” en sus paneles. Actualmente podemos encontrar fácilmente paneles con 4, 5 o más cantidad de “bus bar”. Esto también tiene un efecto negativo, cuantas más cintas de conexión o “bus bar”, más superficie de silicio queda tapada, no recibiendo luz solar, y por lo tanto generando menos movimiento de electrones. Por ello debe encontrarse un equilibrio entre ambos factores.

4.- HIT de Panasonic-Sanyo

Aunque son varios los fabricantes que están trabajando en la tecnología de heterounión en la fabricación de células solares, es la firma Panasonic la que ha apostado más fuerte por esta tecnología. Sus paneles solares HIT ya la incluyen con excelentes resultados, ya que han sido catalogados como los más eficientes del mercado. Esta técnica consiste en una base de silicio monocristalino común a la que añade otras capas adicionales de silicio amorfo en ambas caras de la célula. Este procedimiento, al que se le llama heterounión, además de conseguir reducir las zonas defectuosas, incrementando así el rendimiento fotovoltaico de los paneles, además logra un excelente coeficiente de temperatura en los paneles.

5.- Celdas flexibles

Otro avance tecnológico es la producción de celdas solares flexibles que abren posibilidades que la rigidez de los paneles tradicionales no permite. Estas celdas se incorporan cada vez más en productos de uso diario como ropa, mochilas, sombrillas, etc. A parte de aplicaciones especiales, sirven para cargar aparatos de poco consumo. Esto unido al desarrollo de productos que consumen cada vez menos hace que sea una buena opción para usos a la intemperie, acampadas, o situaciones de emergencia.

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6.- Paneles Dual Glass

Por el tipo de Desarrollo que conlleva, es muy fácil que los confundamos con los bi-faciales. Pero en este caso, los paneles Dual Glass, están formados por una lámina posterior de vidrio trasero que sustiuye a la más tradicional lamina de plástico EVA, y mejora el rendimiento ya que el vidrio que sustituye a la EVA no se deteriora como aquella. Algunos fabricantes como Canadian Solar y Longi Solar ofrecen garantías de rendimiento de hasta 30 años para este tipo de paneles.

Al tener una resistencia física mejor por tener dos cristales, algunos fabricantes optan por eliminarles el marco. Esto dificulta un poco el montaje ya que se requieren sujeciones especiales para tejados. Aunque por el contrario ofrece varias ventajas. Se facilita la limpieza y se elimina la superficie no captadora que eran los marcos, por lo que, en un mismo tejado, la superficie capadora es mayor con estos paneles sin marco.

7.- Celdas solares orgánicas

Las celdas solares orgánicas, OPV, están fabricadas con materiales con base de carbono. Estas celdas usan varios filtros de absorción para configurar dispositivos OPV coloreados o transparentes, en función del uso o lugar de instalación. Es una opción muy atractiva para integrarla en la construcción. Estas celdas solares han conseguido eficiencias del 26%.

8.- Paneles Half Cell

Algunos fabricantes se han dado cuenta que fabricando los paneles solares dividido en 2 partes se aumenta el rendimiento. Es decir, se encapsulan la mitad de celdas como un subconjunto y la otra mitad en otro conjunto. El tamaño total de la placa solar es el mismo, pero con dos placas de la mitad de tamaño dentro de ella. De esta forma se reducen las perdidas por resistencia a través del “bus bar”. Como cada celda tiene la mitad de tamaño, produce la mitad de la corriente con el mismo voltaje, lo que significa que el ancho de la “bus bar” se puede reducir a la mitad, disminuyendo la cantidad de silicio tapado por las líneas de conexión, y por lo tanto las pérdidas de la celda.

9.- Silicio IBC

También se han desarrollado nuevas técnicas o tecnologías, como las células de silicio IBC (Interdigitated Back Contact) e IBC de tipo N monocristalina. De momento es la tecnología más eficiente y confiable del mundo, así como también mucho más resistentes que las células convencionales. Pero tienen el inconveniente que aún es la tecnología más cara. Se espera que con el tiempo su coste disminuya y se conviertan en la mejor alternativa, por su gran rendimiento.

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Qué diferencias hay entre una y otras

Tecnología

Diferencia

Silicio IBC

- La de más rendimiento

- La tecnologia más cara

Paneles Dual Glass

- Mayor superficie captadora por m2 de panel

- Mayor dificultad para la instalación

PERC

- Adición de una capa que rebota los electrones

- Mejora el rendimiento de las tradicionales.

Paneles Multi Bus bar

- Mejoran la circulación de electricidad, aumentando el rendimiento

- Se disminuya la zona de exposición al sol (hándicap)

Paneles Bi-faciales

- Dispone de una capa de silicio generados de electricidad por la cara posterior para aprovechar la radiación que rebota

Paneles Half Cell

- Disminución de las perdidas por resistencia

HIT

- Aumenta el rendimiento, por reducción de zonas defectuosas

Celdas flexibles

- Posibilidad de usarlas en ropa, sombrillas etc..

Celdas solares orgánicas

- Costes de fabricación muy reducidos

- Rendimientos muy buenos

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¿Cuál es la eficiencia de una celda solar fotovoltaica?

Los rendimientos o eficiencia de las celdas solares se sitúan en la actualidad alrededor del 20%. Aunque los investigadores no cesan en su empeño de ir mejorando estos resultados. En este sentido cabe mencionar que científicos del Fraunhofer ISE han logrado un fabricar en laboratorio una celda solar con una eficiencia del 22,3%. Con una célula solar de múltiple unión hecha de silicio y materiales semiconductores III-V.

Pero el reto al que se enfrentan es superar el límite de eficiencia teórica del 29,4%. Al combinar diferentes materiales semiconductores, los investigadores intentan conseguir eficiencias nunca conseguidas para una célula de silicio, con una unión única y convertir la luz solar en electricidad de manera más eficiente. En este sentido se están desarrollando las investigaciones para combinar el silicio con compuestos semiconductores III-V como el arseniuro de galio.

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¿Cuál es la diferencia entre un panel y una celda solar?

Como ya se ha explicado, la celda solar en la parte básica que capta la luz solar. Como se tiene que fabricar a partir de un cristal de silicio y la tecnología no nos permite generar estos cristales muy grandes, tenemos que unir varias celdas para que la superficie sea adecuada para las instalaciones. Los cristales de silicio suelen generarse para tamaños de entre 20 o 30 cm, que es muy pequeño para fabricar paneles solares, por lo que se unen de entre 12 a 20 celdas para construir un panel solar.

Pero existe empresas que están aprovechando el tamaño reducido de las celdas solares, para implementarlas en objetos más pequeños que sea fácil su instalación. Es el caso de la empresa estadounidense Tesla, con sus tejas solares.

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Este artículo ha sido escrito por: Marcos Carbonell, Redactor de www.HogarSense.es