PANELES SOLARES Lo que necesita saber y más

Los Paneles Solares Fotovoltaicos son el componente más importante de los sistemas fotovoltaicos. Dado su evolución, que aprovecha la energía solar cada vez mejor, el interés y las dudas sobre su funcionamiento han ido en aumento. Aquí encontrará respuestas a las preguntas más frecuentes, además de información valiosa e interesante sobre esta maravilla tecnológica.

¿QUÉ ES UN PANEL SOLAR? DEFINICIÓN

Los paneles solares fotovoltaicos, también llamados módulos o placas fotovoltaicas, son estructuras que tienen la función de capturar la energía del sol para generar energía eléctrica. En otras palabras, convierten la luz en electricidad.

El término fotovoltaico comenzó a utilizarse en Inglaterra el año 1849. Proviene del griego φώς:phos, que significa «luz» y voltaico, en alusión al químico y físico italiano Alessandro Volta, pionero en los estudios de la electricidad y del cual también proviene el término «voltio».

Alessandro Volta
Alessandro Volta

¿CÓMO FUNCIONAN LOS PANELES SOLARES?

Para entender el funcionamiento de los paneles solares, tenemos que entender cómo funciona una de sus celdas o células fotovoltaicas, pues son estas las que tienen la propiedad de producir electricidad cuando el sol incide sobre ellas gracias al denominado efecto fotoeléctrico.

El efecto fotoeléctrico es un fenómeno que se produce en ciertos metales cuando una luz (radiación electromagnética) incide sobre sus átomos, causando la expulsión o emisión de sus electrones. Así, siendo la corriente eléctrica simplemente un movimiento de electrones, el efecto fotoeléctrico es una forma de generar corriente eléctrica. Sin embargo, es importante señalar que este movimiento se produce en el interior del material y se denomina conductividad intrínseca y carece de efectos externos, es decir, no genera electricidad.

Efecto fotoelectrico
En el efecto fotoeléctrico, la luz (líneas rojas) que incide sobre la superficie de un metal provoca que los electrones salgan expulsados.

Las celdas solares fotovoltaicas están fabricadas de silicio cristalino o arseniuro de galio, ambos metales fotoeléctricos que además son semiconductores, ya que pueden comportarse como conductores de electricidad o como aislantes, según su estado.

Estas celdas aprovechan el efecto fotovoltaico (una aplicación del efecto fotoeléctrico), en el cual la radiación electromagnética de la luz produce cargas negativas y positivas en dos semiconductores próximos de diferente tipo, produciendo así un campo eléctrico capaz de generar corriente continua, que se convierte a corriente alterna por medio de un inversor.

¿DE QUÉ ESTÁN HECHOS LOS PANELES SOLARES?

Partes de un panel solar
Partes de un panel solar

En términos generales, las partes de un panel solar son las siguientes:

Marco

El marco da firmeza a la estructura. El marco del panel solar permite la agrupación de las partes.

Cubierta exterior

Es la parte en contacto con el sol. Se fabrica generalmente de vidrio templado, que favorece la transmisión de la radiación solar. Su superficie debe ser antireflexiva y antiadherente para evitar que la suciedad se pegue.

Encapsulado

Las capas de encapsulado protegen las celdas solares y sus contactos. Fabricadas generalmente de etil-vinil-acetileno o EVA, material que proporciona una muy buena transmisión a la radiación solar y no se degrada con las radiaciones ultravioleta.

Celda Solar

La celda solar o célula fotovoltaica es la parte central de panel, fabricada de cristal y revestida de silicio.

Cubiera posterior

Corresponde a la base del panel completo. Se elabora con vidrio o aluminio y se reviste de polímero termoplástico.

Caja de conexiones

Es la parte que da continuidad al circuito eléctrico. La caja de conexiones eléctrica tiene 2 cables: uno positivo y otro negativo. Suelen incluir una toma de tierra para evitar accidentes relacionados a la conductividad eléctrica.

TIPOS DE PANELES SOLARES FOTOVOLTAICOS

Aunque existen más tipos de paneles solares que los descritos aquí, hay 3 tipos que habitualmente son los que podemos encontrar en el mercado solar actual.

Paneles Solares Monocristalinos

Como su nombre lo indica, las placas solares monocristalinas están formadas por células de silicio monocristalino (sc-Si). Son aquellos paneles que se caracterizan por su color «negro» y con las esquinas recortadas. Este tipo de panel solar es el que tiene mayor eficiencia respecto de los disponibles.

Celda solar monocristalina
Celda Solar Monocristalina

Paneles Solares Policristalinos

Compuestos por células de silicio policristalinas (mc-Si), podemos diferenciarla por su color «azulado» y no tienen las esquinas cortadas. Su proceso de fabricación es menos costoso que el anterior, pero tienen una menor eficiencia.

Celda solar policristalina
Celda Solar Policristalina

Paneles Solares Silicio Amorfo (Capa Fina)

No está formada por cristales. Son las más económicas, pero también las que menores rendimientos ofrecen. Se utilizan, por ejemplo, en dispositivos como calculadoras o relojes y tienen la particularidad de que pueden producir electricidad (en poca cantidad) aunque no estén expuestas directamente a la radiación solar de manera perpendicular.

Celda solar silicio amorfo
Celda Solar Silicio Amorfo

¿PARA QUÉ SIRVEN LOS PANELES SOLARES?

Dado que los paneles solares generan energía eléctrica, lógicamente sirven para alimentar cualquier dispositivo eléctrico, sin embargo, en general son utilizados para funciones específicas por parte de particulares, empresas e industrias que invierten en esta tecnología, con el fin de disminuir sus costos y el impacto medioambiental asociado al uso de fuentes de energías tradicionales.

Entre las aplicaciones más comunes, podemos encontrar:

¿POR QUÉ INSTALAR PANELES SOLARES? BENEFICIOS Y VENTAJAS

DESVENTAJAS DE LOS PANELES SOLARES

Aunque son pocas las desventajas de los paneles solares, al ser un dispositivo ecológico y económico a mediano y largo plazo, es importante considerar cuáles son sus desventajas si se está pensando en invertir en esta tecnología.

¿QUIÉN INVENTÓ LOS PANELES SOLARES FOTOVOLTAICOS? BREVE HISTORIA

Los paneles solares, como muchos inventos, no serían posible sin el esfuerzo, aporte e investigación de diferentes científicos.

1839 – El físico francés Alexandre-Edmond Becquerel descubre el efecto fotovoltaico (aunque el término «fotovoltaico» no se comenzó a utilizar hasta 1849). Becqueriel observó que en una pila de platino con la cual estaba experimentando, la corriente aumentaba en uno de los electrodos si la exponía al sol, dando inicio a la era de la energía solar fotovoltaica.

Alexandre-Edmond Becquerel
Alexandre-Edmond Becquerel

1873 – El ingeniero eléctrico inglés Willoughby Smith descubre el efecto fotovoltaico en sólidos, específicamente sobre el Selenio.

Willoughby Smith
Willoughby Smith

1877 – El inglés William Grylls Adams, profesor de Filosofía Natural en la King College de Londres, junto con su alumno Richard Evans Day, crean la primera célula fotovoltaica de selenio.

William Grylls Adams
William Grylls Adams

1883Charles Fritts construye la primera célula fotoeléctrica del mundo, convirtiéndose en la primera persona que logró convertir la energía solar en electricidad. Desarrolló el selenio recubierto como material semiconductor con una capa muy delgada de oro. Tenía una eficiencia de conversión de sólo un 1%.

Charles Fritts
Charles Fritts

1887Heinrich Hertz descubre y describe el efecto fotoeléctrico.

Heinrich Hertz
Heinrich Hertz

1904 – El físico norteamericano Henry Willsie consigue almacenar la energía generada durante el día, para ser utilizada durante la noche.

1905 – El científico alemán Albert Einstein dio la explicación teórica del efecto fotoeléctrico descubierto con anterioridad por Heinrich Hertz. Esta explicación, junto con otras numerosas contribuciones a la física teórica, le dieron el Premio Nobel de Física en 1921.

Albert Einstein
Albert Einstein

1939 – El ingeniero estadounidense, Russel Ohl, descubre la barrera PN (o como se dio a conocer, el «P-N unión»).

Russel Ohl
Russel Ohl

1941Russell Ohl crea la primera celda solar moderna, la cual patenta en 1946.

Russel Ohl Primera Celda Solar Moderna
Russel Ohl crea la primera celda solar moderna

1953Gerald Pearson, de Bell Labs, fabrica la primera celda solar basada en silicio. Pearson, descubre de forma accidental que los semiconductores de silicio dopados con ciertas impurezas eran muy fotosensibles a la luz, por tanto, más eficiente que el selenio que se venía utilizando. Un año más tarde, Daryl Chapin y Calvin Fuller, también de Bell Labs, perfeccionan su invento, contribuyendo a la fabricación de la primera celda solar comercial con una eficiencia del 6%. A partir de este descubrimiento y a los presupuestos enormes que se destinaron al sector espacial para desarrollar paneles solares más eficientes, su producción comenzó a abaratarse considerablemente.

Desde la izquierda, Gerald Pearson, Daryl Chapin y Calvin Fuller
Desde la izquierda, Gerald Pearson, Daryl Chapin y Calvin Fuller

1957 – La URSS lanza su primer satélite espacial, el Sputnik 1 , con células solares creadas por Peter Lles en un esfuerzo liderado por la compañía Hoffman Electronics.

Réplica de Sputnik 1
Réplica de Sputnik 1

1958 – Se lanza el primer satélite norteamericano equipado con paneles solares, el Vanguard 1 (100W).

Vanguard 1
Vanguard 1

1970Zhorés Alfiórov y su equipo de investigación, desarrolla para la extinta URSS la primera célula solar con heteroestructura de arseniuro de galio (GaAs) que era altamente eficiente. Por esto se le otorgó el Premio Nobel de Física el año 2000.

Zhorés Alfiórov
Zhorés Alfiórov

1973 – Primera estación espacial, Skylab tenía instalados 20kW de potencia.

1993 – La compañía norteamericana ASEC (Applied Solar Energy Corporation) desarrolla la primera celda de doble unión con una eficiencia del 20%.

Actualidad – Hoy en día, la eficiencia de los paneles solares comerciales son de 16-17% como estándar. Superando el 19% se consideran de alta eficiencia. SunPower lidera el mercado con paneles solares que alcanzan 22,6%.