En una sola hora, el sol proporciona suficiente energía para alimentar a la civilización humana durante todo un año. Los paneles solares sólo pueden capturar como máximo una cuarta parte de la energía del sol que incide sobre ellos y convertirla en electricidad -un gran avance desde que se creó la primera célula fotovoltaica en 1839-, pero se está investigando para aumentar la eficiencia de la electricidad solar y acelerar la transición a la energía limpia y renovable.
Hay muchos factores que intervienen en la creación de un panel solar eficiente, por lo que saber qué buscar puede ayudarte a ahorrar dinero en una instalación y a mantener su eficiencia a lo largo del tiempo. Sin embargo, ten en cuenta que el hardware real de un sistema solar es sólo un tercio (35%) del coste total de un sistema solar para tejados. El resto son «costes blandos», como la mano de obra, los permisos y el diseño. Así que, aunque la eficiencia de los paneles solares es importante, es sólo un elemento de un paquete más amplio.
Tabla de contenidos
Por qué es importante la eficiencia
Si tienes un espacio ilimitado y vas a montar los paneles solares en el suelo, en un campo o en un terreno vacío, la eficiencia importa menos que si los instalas en un tejado, donde es importante aprovechar al máximo el espacio limitado. Una mayor eficiencia reduce el coste global de un sistema solar y disminuye el tiempo que tardan los propietarios de la energía solar en recuperar sus costes de instalación. También se reduce el impacto medioambiental de la producción de paneles solares, ya que los paneles con mayor eficiencia pueden amortizar más rápidamente la energía utilizada para producirlos en primer lugar, y es necesario producir menos paneles, más eficientes, para generar la misma cantidad de electricidad.
¿Qué factores determinan la eficiencia de los paneles solares?
Las células solares convierten los fotones (paquetes de energía) del sol en corrientes de electrones, que se miden en voltios, de ahí el término fotovoltaico (PV). Las células fotovoltaicas utilizadas habitualmente en los paneles solares están hechas de cristales de silicio, aunque otros elementos (como el selenio y el germanio) también tienen propiedades fotovoltaicas. Encontrar el elemento o la combinación de elementos más eficiente en la estructura cristalina adecuada determina la eficiencia de los paneles solares, pero también intervienen otros factores.
Reflexión
Sin tratar, el 30% o más de los fotones que inciden en una célula fotovoltaica se reflejan en forma de luz. Para minimizar la reflexión hay que revestir y texturizar las células fotovoltaicas para que absorban la luz en lugar de reflejarla, por lo que los paneles solares son de color oscuro.
Longitud de onda
La radiación solar que llega a la Tierra incluye la mayor parte del espectro electromagnético, desde los rayos X hasta las ondas de radio, y aproximadamente la mitad de esa radiación procede de la banda que va del ultravioleta al infrarrojo. A medida que las longitudes de onda son más cortas, la energía de los fotones aumenta, por lo que el color azul tiene más energía que el rojo. El diseño de las células fotovoltaicas implica tener en cuenta estas diferentes longitudes de onda para maximizar la eficiencia de la generación de electricidad a partir de fotones con diferentes longitudes de onda y diferentes niveles de energía.
Recombinación
La recombinación es lo contrario de la generación. Cuando los fotones del sol son absorbidos por una célula fotovoltaica, los fotones excitan los electrones de los cristales y los hacen saltar a un material conductor, generando una corriente de «electrones libres». (electricidad). Pero si la energía de un electrón es débil, se recombina con el «agujero» dejado por otro electrón y nunca sale del cristal de silicio. En cambio, libera calor o luz en lugar de generar una corriente.
La recombinación puede ser causada por defectos o impurezas en la estructura del cristal de la célula fotovoltaica. Sin embargo, las impurezas en el cristal son necesarias para mover los electrones en una dirección determinada; de lo contrario, no se crea corriente. El reto consiste en reducir el nivel de recombinación manteniendo una corriente eléctrica.
Temperatura
Augusta, Maine, recibe aproximadamente 4,8 horas de sol al día, algo menos que las 5,0 horas de sol al día que recibe Augusta, Georgia. Sin embargo, las células fotovoltaicas funcionan mejor a temperaturas más bajas, por lo que los paneles de un tejado de Augusta (Maine) pueden ser más eficientes en la producción de electricidad que los de un tejado de Augusta (Georgia), aunque su insolación diaria sea menor.
¿Qué es el aislamiento?
La insolación es una medida de la radiación solar media de una zona durante un periodo de tiempo.
Los paneles solares alcanzan su máxima eficiencia a temperaturas entre 15°C (59°F) y 35°C (95°F), según EnergySage, pero los propios paneles pueden alcanzar los 65°C (150°F). Los paneles llevarán una etiqueta con un coeficiente de temperatura, que es la velocidad a la que pierden eficiencia por cada grado por encima de los 25°C (77°F ). Un panel con un coeficiente de temperatura de -0,50% perderá un medio por ciento de eficiencia por cada grado que supere los 25°C.
¿Cómo se comprueba la eficiencia de los paneles solares?
Esencialmente, probar la eficiencia de un panel solar significa encontrar la relación entre la cantidad de electricidad que el panel solar es capaz de producir y la cantidad de irradiación solar a la que el panel está expuesto. He aquí cómo se realiza esa prueba:
Los paneles solares se prueban a 25°C y se exponen a 1.000 vatios (o 1 kWh) por metro cuadrado de irradiación solar, lo que se conoce como «condiciones de prueba estándar» (STC), y luego se mide su producción de electricidad.
La potencia nominal de un panel (Pmax), medida en vatios, es la cantidad máxima de energía que un panel solar está diseñado para producir en STC. Un panel residencial estándar puede tener una potencia nominal de 275-400 vatios.
A modo de ejemplo: Un panel de 2 metros cuadrados bajo STC estaría expuesto a 2.000 vatios. Si tiene una potencia nominal (Pmax) de 350 vatios, tendrá un índice de eficiencia del 17,50%.
Para calcular la eficiencia de un panel, divide la Pmax por la irradiación solar del panel y multiplícala por 100%. Así, 350 / 2000 = 0,1750, y 0,1750 x 100 = 17,50%.
Consejos para maximizar la eficiencia
Los paneles más eficientes pueden no ser el mejor uso de tu dinero. Considera el coste total del sistema de los paneles (aparte de los «costes blandos»). Teniendo en cuenta la eficiencia de los paneles, ¿cuántos vatios generarán en los próximos 25 años (suponiendo condiciones de prueba estándar)? ¿Cuántos vatios necesitas? Tal vez estés construyendo en exceso, mientras que un sistema menos eficiente abastecerá todas tus necesidades a menor coste.
Una vez que hayas instalado un sistema solar, mantén limpios los paneles. La lluvia regular hará el trabajo, pero si vives en un clima seco, utiliza agua corriente (sin jabón, que puede dejar una película) dos veces al año para eliminar el polvo y la suciedad. Recorta las ramas que sobresalgan del tejado y elimina los restos que haya entre los paneles y el tejado, ya que una mayor circulación de aire mantiene los paneles más fríos. Si es necesario, consigue una servidumbre solar para eliminar la sombra de las obstrucciones vecinas.
El software que acompaña al sistema solar controla su producción en kilovatios-hora (kWh). Si ves que la producción disminuye con el tiempo, en igualdad de condiciones, haz que comprueben tu sistema. Para estas pruebas se necesita un amperímetro y un multímetro: Consulta a un profesional, ya que puedes dañar tus paneles si haces las pruebas de forma incorrecta.
El futuro de la energía solar es brillante
En junio de 2021, la eficiencia máxima de un panel solar fotovoltaico en el mercado era del 22,6%, mientras que otros fabricantes tenían células por encima del 20%. Por eso se está investigando para crear combinaciones de materiales más eficientes que puedan ser comercialmente viables. Perovskitas o células fotovoltaicas orgánicas pueden llegar pronto a la comercialización, mientras que otros métodos más inventivos como fotosíntesis artificial son prometedores, aunque todavía están en una fase temprana de desarrollo. La investigación en el laboratorio ha producido células fotovoltaicas con eficiencias cercanas al 50%, pero llevar esa investigación al mercado es clave para el futuro de la tecnología solar.
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