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PANELES SOLARES
¿Cómo es el ciclo de producción de un panel solar?
Los módulos fotovoltaicos son considerados doblemente-verdes:
1. Producen energía verde-renovable
2. Pueden ser reciclados
3. Al final de su vida, cada panel tiene la posibilidad de ser reciclado al 95% aunque hoy en día los costes son más elevados que fabricarlos de nuevo especialmente en el proceso de separar las células solares del encapsulante. La organización PV Cycle es la encargada de fomentar el reciclaje de paneles en la industria mediante la investigación para las mejoras de procesos
4. Se necesitan aproximadamente entre 2 y 2.5 años para que el módulo produzca la misma energía que se usó para fabricarlo (TRE).
¿Como se fabrica un panel solar?
Tal y como se muestra en la imagen, en la primera fase tenemos Silicio químico con pureza del 99,9%.
Este silicio se funde convirtiéndose en un lingote mono o policristalino según la velocidad del proceso de cristalización. Los lingotes policristalinos son consecuencia de un proceso de cristalización más rápido y descontrolado que los monocristalinos. Tienen un alto rendimiento en luz difusa pero el rendimiento general del panel policristalino es inferior al del monocristalino. Los lingotes monocristalinos pueden ser de Tipo P o tipo N en función del dopaje aplicado al silicio.
Una vez obtenido el lingote, este se corta obteniendo así las obleas. Hay distintas medidas de obleas pero hay que tener en cuenta que cuantas menos tenga el panel, se producirá menos caída de tensión.
A continuación, esta oblea se somete a tratamientos químicos superficiales con el fin de aumentar su rendimiento:
• Tratamientos antireflectantes (AR)
• Capas adicionales como tecnologia PERC para que la célula absorba la luz ultravioleta
• Células partidas para que si una parte de la célula se daña (Hot cell) no perjudique el funcionamiento del resto.
• Slim finger
Cuando ya están las células terminadas se pasa a la construcción de panel. Generalmente se utilizan 60 o 72 células por panel. Si las células son partidas serían 120 o 144 células partidas.
Finalmente, se realiza el sistema completo, con todos los paneles necesarios para la instalación, así como el material de soporte y cableado.
¿Cuál es el coste del proceso de producción de un sistema solar?
La obtención del silicio, el proceso de su fundición y posterior cristalización para la obtención del lingote constituye el 20% del coste total de la cadena de formación.
Los procesos químicos aplicados para la creación de las células y el montaje del panel contribuyen al 30% del coste total.
El 50% del coste restante es la integración del sistema, el montaje de los paneles en las estructuras de soporte, su conexionado y su correcto posicionamiento.
Es por ello, que la ventaja competitiva radica en este último paso, ya que la creación del panel solar ya tiene un coste competitivo.
¿Qué tipos de células hay?
Hay distintos tipos de células según la forma y los tratamientos aplicados. Se podrían clasificar 3 tipologías de células:Front Contact Policristalina: Estas células se diferencian por esquinas rectas y eficiencias de célula de entre el 14-16%. Si se aplica el tratamiento PERC (Passive Emiter Rear Cell), Split cell o Slim fingers pueden llegar a eficiencias del 18-20%
>Front Contact Monocristalina: Estas células se diferencia por esquinas rectas y eficiencias de célula de entre el 15-17%. Si se aplica el tratamiento PERC (Passive Emiter Rear Cell), Split cell, Slim fingers pueden llegar a eficiencias del 19-23
Back Contact Monocristalina: Estas células se diferencian por esquinas rectas y sin fingers frontales, tienen eficiencias de célula de entre el 15-17%. Si se aplica el tratamiento PERC (Passive Emiter Rear Cell), Split cell, Slim fingers pueden llegar a eficiencias del 21-24%
¿De qué depende la eficiencia de una célula solar?
La eficiencia de una célula solar y en última instancia del panel fotovoltaico depende principalmente de 3 factores:
- Respuesta espectral – capacidad de captar el mayor rango de longitudes de onda de la radiación solar. Por ejemplo la tecnología PERC (Passive Emitter Rear Cell) permite captar las zonas azules del espectro.
- Capacidad para reducir perdidas por calor en la circulación de corriente través de las células. Por ejemplo reducción de la sección de lo fingers
- Reducción de la recombinación de los electrones, por ejemplo con copper plated rear cell o reducción de tamaño de célula (Split cell) o texturizados del silicio
¿Qué diferencias hay entre el silicio plano y el silicio texturizado?
Si se utiliza silicio plano para los módulos la luz incidente (I), impacta la superficie con reflexión R. R varia de 0 a 1. La luz reflejada por la superficie (RI), es reflejada con el mismo ángulo que incide. Por lo contrario, en una superficie rugosa, la luz reflejada (RI), puede impactar de nuevo la superficie del silicio, reduciendo entonces la reflexión R2I.
Cuáles son las principales innovaciones en la fabricación de células/paneles en los últimos 2 años?
En los últimos años se han aplicado distintas tecnologías en las células solares con el fin de aumentar el rendimiento del panel solar. Las más destacadas son:
Split cell (células partidas): Los paneles de 72 células pasan a tener 144 ya que se parten en dos. Esta nueva configuración hace que la corriente que circula por cada célula individual sea la mitad por lo que se reducen a las pérdidas por calor en cada célula. Esto permite que el panel entero trabaje a menor temperatura lo que aumenta el rendimiento del mismo. Esta nueva configuración incrementa el rendimiento del panel entorno a un 1%.
Multibus bar: Los paneles/células de front contact más sencillos disponen de 2 bus-bars (conductores) por célula que son los encargados de recolectar los electrones para conducirlos hasta la salida del panel. Actualmente cada célula dispone de 4 o más busbars que reduce la recombinación de electrones ya que la distancia que recorren los electrones es menor. Esta tecnología ayuda a la captación de fotones y reduce la resistencia en serie del panel. Además, incrementa la eficiencia del panel en un 1,5%-2% Tecnologia PERC (Passive Emitter Rear Cell): Consiste en un pasivado/coating por la parte trasera de la célula que permite captar los fotones del aspectro azul de la radiación solar. El PERC hace de espejo y es capaz de introducir de nuevo en la célula aquellos fotones que atravesarían el silicio. De ahí que muchos paneles antiguos son de color azul ya que es el único color al ojo visible no captado por la célula. La tecnología PERC aumenta el rendimiento entre un 1 y 3%.
¿Cómo es la estructura de un panel solar?
Los paneles solares de silicio, independientemente de la tecnología de células que usen, tienen el mismo esquema constructivo que se indica a continuación:
A. De cristal templado para obtener mayor resistencia mecánica especialmente al impacto y a la flexión. Son bajos en Fe (hierro) para evitar la pérdidas por calor
B. Se tratan con capa antireflectante (AR coating) para reducir el coeficiente de reflexión y aumentar la refracción de los fotones. El tratamiento del vidrio incrementa la eficiencia del panel en un 3-5%.
Matriz de células: Las células se interconectan entre ellas a través de la soldadura de los «bus bars». El material usado es una aleación ligera típicamente constituida de plata o plomo con estaño (Sn60Pb40 o Sn96Ag4). Es un proceso delicado y que una presión excesiva en los contactos o un exceso de aportación de calor puede producir grietas.
EVA: Acrónimo para «Etil vinil acetato» es un polímero termoplástico con alto grado de transparencia, con alta flexibilidad y buenas propiedades mecánicas para embeber las células fotovoltaicas. El EVA es el principal factor de la fabricación de paneles solares que afecta al PID (Power Induced Degradatio) debido a la pérdida de aislamiento eléctrico a lo largo del tiempo.
TEDLAR: Es como se conoce de forma común al fluoruro de polivinilo (PVF). Es una resina adhesiva que ofrece un balance óptimo de durabilidad, resistencia al desgaste y al agua así como alta resistencia al fuego.
RTV: Acrónimo para «Room Temperature Vulcanization» silicon. Se trata de un adhesivo polimérico altamente usado en la industria para fijar la caja de conexiones al TEDLAR. El uso de este material reside en su alto grado de compatibilidad adhesiva con el PVF y su bajo coste.
¿En qué se diferencian los paneles solares bifaciales?
Es importante recalcar que los paneles bifaciales NO tienen el doble de células que los paneles monofaciales. Se trata del mismo panel con dos diferencias fundamentales:
- El backsheet o Tedlar es sustituido por una capa de Tedlar transparente o por otro cristal (glass-glass solar panel)
- Las células están conexionadas en ambos lados. Los buses de estaño circulan tanto por la parte frontal como trasera del panel solar para poder recolectar los electrones generados en ambas caras.
¿En qué se diferencian las células monocristalinas y policristalinas?
Las células monocristalinas se comportan mejor en radiación directa. Las policristalinas trabajan mejor en condiciones de radiación difusa.
¿Por qué paneles solares de distintas potencias tienen la misma ficha técnica?
Porque es el mismo panel con diferentes potencias. Cada célula se clasifica según la potencia mediante flash test. Se agrupan por categorías para dar diferentes familias de potencia .