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Rendimiento en el sector fotovoltaico

La empresa italiana SunReport, especializada en software de gestión de sistemas fotovoltaicos, realizo durante varios años un estudio, evaluando más de 12.000 instalaciones fotovoltaicas. Este informe fue publicado en 2016. Y como resultado de esta investigación se elaboró una lista con los mejores paneles solares fotovoltaicos. Clasificándolos por el fabricante, y en función de su rendimiento. Haciendo caso de este informe, podemos evaluar la idoneidad de cada tipo de panel en función de su precio y de la ubicación donde se instalarán. Y más teniendo en cuenta que en una comparación por países europeos, España sale beneficiada al obtener un valor medio de 1.108 kWh/kWp, con datos de 2019. Y en 2018 el valor fue de 1.863 kWh/kWp, mientras que el segundo país fue la Republica Checa con 1.353 kWh/kWp. Es decir en España se puede producir más electricidad que en cualquier otro país de Europa, con el mismo panel fotovoltaico.
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Fuente de la imagen: ©diego1012 – Fotolia.com

Coeficiente de rendimiento solar: ¿Qué es? ¿Cómo se mide e importancia?

El coeficiente de rendimiento expresa la relación entre el rendimiento real y el rendimiento nominal de la instalación fotovoltaica. Al ser un cociente entre dos rendimientos se expresa en porcentaje. El coeficiente de rendimiento es una magnitud de la calidad de una instalación fotovoltaica. Pero a su vez, es independiente del lugar de ubicación. De esta forma indica qué proporción de la energía está realmente disponible para el consumo tras haber descontado las pérdidas energéticas, y el consumo propio para la operación.

El valor del coeficiente de rendimiento calculado para una instalación fotovoltaica ideal es el 100%. Cuanto más cercano al 100% sea el valor resultante para el rendimiento fotovoltaico de forma más efectiva trabajará la instalación fotovoltaica. A pesar de lo dicho, no es posible alcanzar un valor real del 100% ya que durante la transformación de la energía solar en electricidad se producen siempre pérdidas inevitables. Estas perdidas son por ejemplo pérdidas térmicas por el calentamiento de los módulos fotovoltaicos, o por los problemas de conductividad de los cables. Sin embargo, las instalaciones fotovoltaicas eficientes alcanzan un coeficiente de rendimiento de hasta el 80%. Una forma sencilla de calcular el rendimiento fotovoltaico de tu instalación es con la siguiente formula:

Donde el rendimiento real de la instalación lo podemos leer al final del año en el contador de inyección. Y el rendimiento nominal de la instalación lo calculamos con el valor de la irradiación del año sobre la superficie total de los paneles que forman nuestra instalación fotovoltaica, multiplicado por el rendimiento de los módulos de la instalación fotovoltaica. El valor de la irradiación del año sobre la superficie de los paneles solares lo calculamos con el valor promedio anual que nos dan diferentes estaciones medidoras como el mapa de irradiación del CIEMAT. Tendremos que multiplicar el valor que nos indica la estación medidora o la web que consultemos, por los metros cuadrados de superficie útil captadora.

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Avance en las placas solares: próximas novedades en el sector fotovoltaico

Como en todos los equipos y máquinas desarrolladas por el ser humano, los paneles fotovoltaicos han ido evolucionando conforme la técnica y la investigación han avanzado. Unas veces con pequeños avances sobre el mismo equipo, y otras con un cambio radical, buscando nuevas formas de aprovechar la energía solar. Pero las últimas novedades que están entrando en el mercado, o que aún se están desarrollando son las que os comentamos a continuación.

Tecnología TOPCon

Las investigaciones europeas en placas solares para aumentar el rendimiento fotovoltaico han llevado a desarrollar la tecnología TOPCon. Esta se basa en la formación de dos capas delgadas de amortiguamiento intercaladas entre obleas de silicio y contactos metálicos. Esta configuración aumenta la eficiencia de las células solares convencionales y establecen nuevos récords en el coeficiente de rendimiento fotovoltaico. El profesor Andrés Cuevas de la Universidad Nacional de Australia ha asegurado que “Mucha gente ve el sistema TopCon como el próximo gran paso en la tecnología fotovoltaica

Módulos bifaciales

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 electricidad. 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.

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Fuente de la imagen: Cambio Energético

Células 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.

Solar Paint

El “solar paint” o pintura solar es una pintura que, además de dar color y protección a las superficies (paredes, puertas, pavimentos, etc.), tiene la capacidad de reaccionar a la luz del sol para producir energía limpia y sostenible. Existen dos tipos de estas pinturas, una que produce electricidad y que se estudió y desarrolló ya hace una década, y una nueva versión que reacciona con el vapor de agua presente en el aire, gracias a la acción de los rayos de sol, y es capaz de generar hidrógeno. Ambas pinturas solares son muy interesantes para aprovechar recursos naturales y generar energía limpia e inagotable.

Panasonic-Sanyo HIT

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.

Paneles híbridos

Los paneles híbridos no son más que la combinación de las dos principales tecnologías de aprovechamiento solar. Consiste en incorporar a una placa solar fotovoltaica un circuito posterior, perteneciente a una placa solar térmica. De esta forma se aprovecha la luz del sol para generar electricidad, y el calor que se produce dentro de la carcasa aislada para calentar el fluido de la parte térmica. Además, al robar el calor del interior y llevarlo a la vivienda, y bajar la temperatura de la placa se favorece que el rendimiento fotovoltaico no disminuya. Aclaramos que las placas fotovoltaicas pierden rendimiento con el aumento de la temperatura.

Células Maxeon y nueva arquitectura

El fabricante de paneles solares SunPower ha desarrollado dos técnicas con el fin de aumentar la producción de electricidad por metro cuadrado. Por un lado, ha eliminado las conexiones metálicas entre las células en la cara superior. Y las ha incorporado en la cara posterior. De forma que no quitan superficie “útil” para el rendimiento fotovoltaico. Por otro lado, ha desarrollado el nuevo tipo de células fotovoltaicas Maexon. En las que incorpora un fondo de aluminio y superficie plana que mejoran notablemente el coeficiente de rendimiento fotovoltaico.

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Optimización en la producción de módulos solares: ¿qué está pasando?

Las empresas y centros de investigación no solo enfocan sus esfuerzos en la propia cadena de montaje o en nuevas tecnologías de las células o placas solares para aumentar el rendimiento fotovoltaico, sino en la configuración de las propias placas, para adecuarlas al lugar de la instalación. En este sentido están trabajando científicos de la Universidad Politécnica de Madrid y del Consejo Superior de Investigaciones Científicas.

En su trabajo han desarrollado un método basado en técnicas estadísticas y de inteligencia artificial que analizan entre otros factores las variaciones atmosféricas de cada ubicación, para introducirlas en el diseño de células solares para producir más energía. De esta forma. Se pretende conocer en unas pocas horas de cálculo el diseño óptimo de un panel solar multiunión para cada localización. Es decir, se fabricaría a la carta y bajo demanda, para aumentar el coeficiente de rendimiento fotovoltaico de cada instalación en particular.

Pero también se esta trabajando en nuevos materiales como la perovskita. Este nuevo material ha demostrado su gran capacidad para capturar y aprovechar la energía la luz proveniente del Sol. La perovskita no es un único material, sino una estructura cristalina formada por innumerables combinaciones posibles. Se conoce desde 1839, pero no fue hasta 2012 cuando fue publicado un estudio en la revista Science, un grupo de investigación de la Universidad de Oxford, en el que se enunciaba una combinación concreta con propiedades fotovoltaicas notables.

Este descubrimiento ha abierto la puerta a la fabricación de placas solares de forma más sencilla y a la vez más económica. Como dato, cabe destacar que en solo cinco años de desarrollo el rendimiento fotovoltaico de las células solares de perovskita ha aumentado del 5% al 21%. EL silicio nunca ha mejorado tan rápido su tasa de conversión de luz solar en electricidad. Otra ventaja de este material es que son suficientes grosores de media micra (en el silicio se necesitan 150 micras), lo que hace de la perovskita un material ideal para aplicaciones flexibles.

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Licitaciones: como esta la situación actualmente en España y cual es el futuro

El número de países que han celebrado subastas han pasado de 5 en el año 2005 a 67 en 2017, según datos publicados por IRENA. En Europa, se tiene el ejemplo de España, que ha instalado los casi 4 GW de potencia fotovoltaica adjudicados en las subastas de 2017. Además, esta presente la subasta en 2019, según el Plan Nacional de Energía y Clima (PNIEC). Según este documento las tecnologías que más deben aumentar su peso para 2030 son la eólica, que llegaría a los 50.258 megavatios (MW), y la solar fotovoltaica, que alcanzaría los 36.882 MW. La potencia prevista a subastar en 2019, según este marco de energía y clima, sería de al menos 3.000 MW.

El movimiento hacia sistemas de soporte basados en licitaciones para el despliegue de energías renovables continúa ganando impulso en 2019. En el mencionado documento, PNIEC, se incluye la posibilidad de que concurran a la subasta proyectos con dos objetivos diferentes. Por un lado, proyectos de renovación o remaquinación, con potencia inferior o igual a la de la instalación existente. Y por otro lado proyectos de repotenciación, que supongan un aumento de la potencia.

Las futuras subastas también se realizarán mediante procedimientos de concurrencia competitiva, copiando el modelo de subastas portugués, para abaratar el precio de la luz. Además, en los procedimientos a ejecutar se podrá distinguir entre distintas tecnologías de generación. Así se tiene en cuenta la “recomendación” de la Comisión Europea, que exige subastas para el apoyo de las energías renovables de sus Estados miembros.

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Instalaciones fotovoltaicas flotantes: otro paso para un buen rendimiento fotovoltaico

El número de instalaciones solares flotantes sigue aumentando con el objetivo de aumentar el rendimiento fotovoltaico. Durante 2017 se instalaron 390 MW en nuevos sistemas fotovoltaicos flotantes en todo el mundo. Principalmente en China, que instalo casi 1 GW en 2018. La India también está creciendo gracias al objetivo de 10 GW para la fotovoltaica flotante. El Reino Unido ha construido 6 plantas flotantes, con capacidades que van desde el 6,3 MWp a 50 kW. Pero es Japón el país líder en este tipo de instalaciones. El país nipón a construido 45 de las 70 mayores plantas fotovoltaicas flotantes del mundo, y de ellas 24 se encuentran en la Prefectura de Hyogo.

Los motivos para explotar esta forma de instalaciones son varios, aunque también tiene sus desventajas. La disposición de tierras adecuadas para la instalación de placas fotovoltaicas se reduce en muchas partes del mundo. Países como Japón, con una orografía muy irregular y una densidad de población muy alta, o el evitar perder suelo agrícola, son algunos de los motivos para buscar nuevos lugares sobre el agua donde instalarlos. Además, se gana en rendimiento fotovoltaico al estar instalados sobre el agua, ya que, la temperatura de las placas se disipa en parte y el rendimiento no baja. Por el contrario, se tienen dos grandes desventajas. El viento a las olas pueden afectar a la estructura incluso romperla. Y la humedad y el salitre deterioran con mayor rapidez toda la instalación.

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Renovación y repotenciación del sector

Causa

¿Por qué?




Nueva tecnologia

Células Maxeon

La perovskita

Tecnología de heterounión HIT

Solar Paint

Tecnología TOPCon

Células PERC



Mejora de diseño y fabricación

Nueva arquitectura

Paneles híbridos

Módulos bifaciales

Fabricación a la carta con técnicas estadísticas y de inteligencia artificial

Tejas solares

Legislación

Objetivo de descarbonización en 2050

Ubicación

Instalaciones en el mar, lagos, embalses

* Este artículo ha sido actualizado por última vez el 21.08.2019

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