Paneles Solares: lo que necesita saber y más

Publicado por TESLA ENERGY

Paneles Solares Fotovoltaicos

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:

  • Sistemas de Calefacción
  • Aire Acondicionado
  • Agua Caliente Sanitaria
  • Temperado de Piscinas
  • Edificaciones aisladas de la red eléctrica.
  • Centrales conectadas a la red para suministro eléctrico.
  • Sistemas de comunicaciones de emergencia.
  • Bombeo para sistemas de riego, agua potable en áreas rurales y abrevaderos para el ganado.

¿Por qué instalar paneles solares? Beneficios y Ventajas

  • El uso de la energía solar es una forma de consumo de energía sostenible y renovable.
  • No producen emisiones de gases de efecto invernadero, ni ningún tipo de daño al medio ambiente.
  • Los paneles solares requieren de un mínimo de mantenimiento.
  • La conversión a energía eléctrica no produce contaminación acústica. Su proceso es ecológico sin ruido de por medio.
  • Se adaptan a cualquier necesidad. Los sistemas fotovoltaicos pueden ser diseñados para ser flexibles y expandibles.
  • Tienen una vida útil de más de 25 años.
  • Permiten generar energía eléctrica propia para autoconsumo, sin depender de la red de distribución.

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.

  • Dependencia meteorológica. La principal desventaja es que no producen energía durante la noche y disminuyen considerablemente su eficiencia en días nublados, aunque haya leído lo contrario en otros lugares. Sin embargo, esto se puede solucionar con sistemas que acumulen energía suficiente como para cubrir las necesidades energéticas requeridas durante la noche.
  • La energía y radiación solar es variable en las estaciones del año, por lo que en el diseño de un sistema fotovoltaico debe considerarse este inconveniente si se quiere maximizar el retorno de inversión.
  • La compra e instalación de paneles solares tienen un costo inicial alto, y aunque este coste también represente una inversión, la vida útil de las instalaciones se estima en 25 años, suficiente para recuperar el gasto inicial. Por otro lado, hay distintas opciones de financiamiento solar disponibles.

¿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

1883 Charles 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

1887 Heinrich 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

1953 Gerald 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

1970 Zhorés 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%.

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