Celdas solares, la base del autoconsumo

28 de diciembre de 2021
Las celdas fotovoltaicas o celdas solares, son el componente básico de las placas solares y tienen como función transformar la radiación solar en electricidad. ¿Sabes cómo son y cómo funcionan? Las celdas solares son dispositivos electrónicos que forman la base de toda instalación solar fotovoltaica. En este artículo explicamos como son las celdas solares, como se originaron y vemos todos los tipos de celdas fotovoltaicas. Conoceremos las características de cada tipo de celda solar y sus rendimientos. Empecemos.
Artículo escrito por:
Marcos Carbonell
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¿Qué son las celdas fotovoltaicas?

En cuanto al origen de la palabra fotovoltaico, debemos saber que es una combinación de dos términos. El primero “foto” que proviene del griego “phos” y significa “luz” y el segundo “-voltaico” en honor al físico italiano Alejandro Volta, inventor y desarrollador de la pila eléctrica. En cuanto al origen técnico de las celdas solares, se debe a físico Max Plank y su teoría cuántica. No obstante, fue Albert Einstein quién en 1905 explicó el efecto fotoeléctrico, con la aplicación teórica que es el origen de las celdas fotovoltaicas.

Según estas teorías y como se ha podido comprobar posteriormente, gracias a las celdas fotovoltaicas es posible la transformación directa de la radiación solar en electricidad, mediante el efecto fotoeléctrico. Esto se debe a que las celdas solares crean energía eléctrica cuando el sol irradia.

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Funcionamiento de las celdas fotovoltaicas

Las celdas fotovoltaicas captan fotones de luz y emiten electrones. Pero ¿cómo lo hacen? Para conseguir este efecto se utilizan dos capas de silicio, una de ellas está dopada o contaminados con átomos de algún elemento con más electrones. Esta capa se llama silicio-N. Y la otra capa está contaminada o dopada con átomos de algún elemento con menos electrones, y se llama silicio-P.

Al incidir la luz del sol sobre las placas solares, los fotones de la luz solar “excitan” los electrones del silicio dopado, liberándolos del átomo al que pertenecen. Cuando la cantidad de estos electrones liberados aumenta, tienden a desplazarse a un hueco que ha quedado libre, produciéndose el fenómeno de la corriente eléctrica.

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Las celdas solares, componentes de las placas fotovoltaicas

Las celdas solares son la base o componente básico de las placas solares. El resto de componentes sirven para darle solidez y resistencia, de forma que soporten las inclemencias del tiempo, como el granizo, el viento, etc. El conjunto de componentes de las placas solares lo vemos en la siguiente imagen. Y entre estos componentes está el conjunto de celdas fotovoltaicas, cuya cantidad depende del tamaño de las placas solares, o viceversa.

Fuente de la imagen: ©Hogarsense

El tamaño de las placas solares viene determinado por la cantidad de celdas que componen los paneles solares. En el mercado encontramos placas fotovoltaicas de 60, 72 celdas solares, como más comunes. Los paneles solares de 60 celdas son denominados de uso residencial, donde las celdas solares se disponen en 6 filas de 10 celdas. En cambio, las placas solares de 72 celdas se denominan de uso industrial, en los cuales las celdas fotovoltaicas se disponen en 8 filas de 9 celdas.

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Tipos y eficiencia de las celdas solares

En los últimos años, muchas empresas e institutos tecnológicos están investigando para mejorar el rendimiento y eficacia de las placas solares, aportando diferentes soluciones y generando diversos tipos de celdas solares que consigan generar más electricidad.

Un ejemplo de ello es la tecnología de las celdas PERC o Passivated Emitter Rear Cell, que ha conseguido un avance importante en el sector solar fotovoltaico.

Composición de las celdas solares o fotovoltaicas*
Componente Características
Capa Emisora ✓ Capa de silicio que se encuentra en la superficie más sobresaliente de la célula y por ende más expuesta a la radiación solar
Capa Base ✓ Capa de silicio que se encuentra en el medio y entra en contacto con la capa emisora y la capa de aluminio.
Capa inferior de aluminio ✓ También llamada Back Surface Field
✓ Es la capa inferior de la celda que tiene como función sellar la celda fotovoltaica

* Composición habitual de las celdas solares. No obstante, algunos fabricantes han modificado esta estructura en función de sus investigaciones.

✓ PERC (Passivated Emitter Rear Cell)

Las células solares con tecnología PERC tienen una capa adicional entre la capa base y la capa inferior de aluminio, llamada capa PERC. Esta capa rebota los electrones que no han sido absorbidos hacia las capas superiores, generando mayor cantidad de electricidad.

Las celdas solares con tecnología PERC reflejan su alta eficiencia inclusive en días nublados o en la salida y puesta del sol. Se caracterizan también por su durabilidad en condiciones meteorológicas adversas.

✓ Placas solares Bi-faciales (doble cara)

Las celdas de las placas bifaciales son celdas fotovoltaicas sensibles a la radiación capaces de percibir energía solar por ambas caras. Gracias a las células de silicio en la parte superior e inferior de la placa se puede llegar a producir una potencia de salida extra, de hasta un 30% más de energía adicional. Dado que la placas aprovechan la radiación solar directa y también la reflejada o difusa. No obstante, esto depende principalmente de la relación entre la energía de la luz que recibe la placa bi-facial y la que se refleja.

✓ Placas solares Multi Busbar (MBB)

Los Busbars son líneas metálicas que tiene la función de transportar la corriente eléctrica producida por las celdas fotovoltaicas, minimizando las perdidas por resistencia. Es decir, estas franjas conectan las celdas fotovoltaicas favoreciendo el flujo de electrones de un punto a otro. El aumento del número de Busbar en las placas solares promueve una mejora en la generación de energía.

Actualmente podemos encontrar fácilmente placas con 4, 5 o más cantidad de Busbar. Por otro lado, este tipo de tecnología es menos eficiente en comparación a otras tecnologías mencionadas anteriormente. Además, las Busbar son sensibles a los cambios meteorológicos provocando a la larga microrroturas en líneas metálicas y por ende un bajo rendimiento. También producen inutilización de las placas solares o en el peor de los casos producir un incendio.


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✓ Placas solares HIT de Panasonic-Sanyo

Las placas solares con tecnología HIT o de heterounión están fabricadas a partir de una combinación de una capa con silicio monocristalino y una capa delgada amorfa. Con ello se consigue que la eficiencia de la placa solar este alrededor del 19,5% y 22,5%. Esta técnica constructiva consigue excelentes resultados, y ha sido catalogada como una de las más eficientes del mercado.

✓ Celdas solares flexibles

Otro avance tecnológico es la producción de celdas solares flexibles. Estas son aptas para superficies curvas como en autocaravanas, furgonetas, veleros y otro tipo de embarcaciones, carros de golf, etc. Hechas a base de silicio monocristalino, pueden llegar a doblarse hasta un 30%. Las placas solares con celdas flexibles son resistentes a cambios climáticos extremos como altas presiones de viento, cargas de nieve y temperaturas extremas. Estas celdas se caracterizan por su fácil instalación y desinstalación.

✓ Placas solares Dual Glass

Por el tipo de Desarrollo que conlleva, es muy fácil que los confundamos con los bi-faciales. Pero en este caso, las placas Dual Glass, están formadas por dos vidrios, una lámina posterior de vidrio que sustituye a la tradicional lámina de plástico EVA, y mejora el rendimiento, ya que el vidrio que sustituye a la EVA no se deteriora como aquella.

Pero, ¿por qué se caracterizan estas placas de doble cristal? Las placas Dual Glass tienen una mayor resistencia a fuertes precipitaciones como granizos y tormentas. También algunos fabricantes optan por eliminar el marco. Esto dificulta un poco el montaje, ya que se requieren sujeciones especiales para tejados. 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 captadora es mayor con estos paneles sin marco.

✓ Celdas solares orgánicas

Las celdas fotovoltaicas orgánicas, OPV, están fabricadas con materiales con base de carbono. Usan varios filtros de absorción para configurar dispositivos OPV coloreados o transparentes, en función del uso o lugar de instalación. Estas celdas solares han conseguido eficiencias del 26%, siendo una opción adecuada para integrarla en los edificios, ya que son flexibles y adaptables en cualquier área.

✓ Placas solares Half Cell

¿Qué es una placa solar Half Cell? La tecnología half-cell se basa en la construcción de placas solares fotovoltaicas con celdas cortadas a la mitad. Estamos acostumbrados a ver celdas cuadradas, pero las placas halb-cell se caracterizan por sus celdas solares rectangulares, por su rendimiento en lugares con poca luz solar y por su resistencia en condiciones meteorológicas extremas como la niebla y granizo.

Tienen un coste menor que los módulos convencionales y pueden llegar a tener una eficiencia de hasta 20,36%. Y gracias a las dimensiones reducidas, las células solares sufren un menor número de tensiones mecánicas, lo que provoca menos microfisuras, que reduce la eficiencia de las placas solares.

✓ Celdas solares de silicio IBC

También se han desarrollado nuevas técnicas o tecnologías, como las células de silicio IBC o Interdigitated Back Contact, e IBC-tipo-N monocristalina. Gracias a su alta pureza de silicio se considera de alta calidad a este tipo de placas solares. De momento es la tecnología más eficiente y fiable del mundo, así como también mucho más resistentes que las células convencionales. En promedio tiene una eficiencia del 20%. No obstante, si bien goza de una alta eficiencia, el coste de estas placas solares es elevado.

✓ Celdas solares de perovskita

Actualmente, estas células solares se encuentran en pleno desarrollo, produciendo una evolución positiva en la industria fotovoltaica. El mineral perovskita se caracteriza por tener propiedades estructurales y electrónicas, que favorece la fabricación de células fotovoltaicas. Una de sus características es que, para generar un millón de vatios, solo se necesita 35 kg del mineral perovskita, mientras que el silicio necesita 7 toneladas para generar la misma cantidad de vatios. Lo que puede llegar a significar que se use más fácilmente este mineral para fabricar placas solares a un menor precio. Otra posibilidad es colocar una capa de este mineral sobre las placas de silicio con el fin de aumentar su eficiencia.

A continuación, te dejamos un breve resumen de las tecnologías de las celdas solares y sus características:

Tipos de las celdas solares
Tecnología Características
Silicio IBC ✓ Alto rendimiento y alta calidad
✓ Precio de las placas solares elevado
Placas Dual Glass ✓ Lámina de vidrio sustituye a la lámina de plástico EVA
✓ Mayor dificultad para la instalación de las placas solares
PERC ✓ La capa PERC ayuda a generar más electricidad
✓ Mejor rendimiento en comparación a los convencionales
Placas MBB ✓ Gracias a sus líneas metálicas, minimizan las perdidas de resistencia
✓ Son sensibles a los cambios meteorológicos
Placas bifaciales ✓ Capaz de aprovechar la energía solar por ambas caras
✓ Aprovechan la radiación solar directa y también la reflejada o difusa
Half Cell ✓ Alto rendimiento en lugares con poca luz solar
✓ Gracias a las dimensiones reducidas, las celdas solares sufren menos tensiones mecánicas.
HIT ✓ Combinación entre una capa de silicio monocristalina y una capa delgada amorfa
✓ Eficiente sistema de drenaje de las placas solares
Celdas Flexibles ✓ Aptas para superficies curvas como en autocaravanas, furgonetas, veleros
✓ Resistentes a cambios climáticos extremos como altas presiones de viento
Celdas orgánicas ✓ Reducidos costes de fabricación
✓ Muy buenos rendimientos
Celdas perovskita ✓ Actualmente en pleno desarrollo, produciendo una positiva evolución en la industria fotovoltaica.

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