Hay tres tipos principales de paneles solares disponibles comercialmente: paneles solares monocristalinos, paneles solares policristalinos y paneles solares de capa fina. También hay otras tecnologías prometedoras que se están desarrollando actualmente, como los paneles bifaciales, las células solares orgánicas, los concentradores fotovoltaicos e incluso las innovaciones a escala nanométrica, como los puntos cuánticos.
Cada uno de los distintos tipos de paneles solares tiene un conjunto único de ventajas y desventajas que los consumidores deben tener en cuenta al elegir un sistema de paneles solares.
Ventajas y desventajas de los tres principales tipos de paneles solares
Paneles solares monocristalinos
Paneles solares policristalinos
Paneles solares de capa fina
Material
Silicio puro
Cristales de silicio fundidos
Una variedad de materiales
Eficiencia
24.4%
19.9%
18.9%
Coste
Moderado
Menos caro
Más caro
Vida útil
La más larga
Moderada
La más corta
Huella de carbono de fabricación
38,1 g CO2-eq/kWh
27,2 g de CO2-eq/kWh
Hasta 21,4 g de CO2-eq/kWh, según el tipo
Tabla de contenidos
Paneles solares monocristalinos
Debido a sus numerosas ventajas, los paneles solares monocristalinos son los más utilizados actualmente en el mercado. Aproximadamente el 95% de las células solares que se venden hoy en día utilizan silicio como material semiconductor. El silicio es abundante, estable, no tóxico y funciona bien con las tecnologías de generación eléctrica establecidas.
Desarrolladas originalmente en la década de 1950, las células solares de silicio monocristalino se fabrican creando primero un lingote de silicio de gran pureza a partir de una semilla de silicio puro mediante el método Czochralski. A continuación, se corta un solo cristal del lingote, lo que da lugar a una oblea de silicio de aproximadamente 0,3 milímetros (0,011 pulgadas) de grosor.
Las células solares monocristalinas son más lentas y costosas de producir que otros tipos de células solares debido a la forma precisa en que deben fabricarse los lingotes de silicio. Para hacer crecer un cristal uniforme, la temperatura de los materiales debe mantenerse muy alta. En consecuencia, hay que utilizar una gran cantidad de energía debido a la pérdida de calor de la semilla de silicio que se produce a lo largo del proceso de fabricación. Hasta el 50% del material puede desperdiciarse durante el proceso de corte, lo que supone mayores costes de producción para el fabricante.
Pero este tipo de células solares mantiene su popularidad por varias razones. En primer lugar, tienen una mayor eficiencia que cualquier otro tipo de célula solar porque están hechas de un solo cristal, lo que permite que los electrones fluyan más fácilmente a través de la célula. Al ser tan eficientes, pueden ser más pequeñas que otros sistemas de paneles solares y seguir generando la misma cantidad de electricidad. También tienen la mayor vida útil de cualquier tipo de panel solar del mercado actual.
Una de las mayores desventajas de los paneles solares monocristalinos es su coste (debido al proceso de producción). Además, no son tan eficientes como otros tipos de paneles solares en situaciones en las que la luz no les da directamente. Y si se cubren de suciedad, nieve u hojas, o si funcionan a temperaturas muy altas, su eficiencia disminuye aún más. Aunque los paneles solares monocristalinos siguen siendo populares, el bajo coste y la creciente eficiencia de otros tipos de paneles son cada vez más atractivos para los consumidores.
Paneles solares policristalinos
Como su nombre indica, los paneles solares policristalinos están compuestos por células formadas por múltiples cristales de silicio no alineados. Estas células solares de primera generación se fabrican fundiendo silicio de grado solar y vertiéndolo en un molde y dejando que se solidifique. A continuación, el silicio moldeado se corta en obleas para ser utilizado en un panel solar.
Las células solares policristalinas son menos caras de producir que las monocristalinas porque no requieren el tiempo y la energía necesarios para crear y cortar un solo cristal. Y aunque los límites creados por los granos de los cristales de silicio suponen una barrera para el flujo eficiente de electrones, en realidad son más eficientes en condiciones de poca luz que las células monocristalinas y pueden mantener la producción cuando no están directamente orientadas al sol. Acaban teniendo más o menos la misma producción total de energía debido a esta capacidad de mantener la producción de electricidad en condiciones adversas.
Las células de un panel solar policristalino son más grandes que sus homólogos monocristalinos, por lo que los paneles pueden ocupar más espacio para producir la misma cantidad de electricidad. Tampoco son tan duraderos ni duran tanto como otros tipos de paneles, aunque las diferencias de longevidad son pequeñas.
Paneles solares de capa fina
El elevado coste de producción del silicio de grado solar ha llevado a la creación de varios tipos de células solares de segunda y tercera generación, conocidas como semiconductores de capa fina. Las células solares de capa fina necesitan un menor volumen de materiales, a menudo utilizando una capa de silicio de tan sólo una micra de grosor, que es aproximadamente una 1/300ª parte de la anchura de las células solares monocristalinas y policristalinas. El silicio también es de menor calidad que el utilizado en las obleas monocristalinas.
Muchas células solares se fabrican con silicio amorfo no cristalino. Como el silicio amorfo no tiene las propiedades semiconductoras del silicio cristalino, debe combinarse con hidrógeno para conducir la electricidad. Las células solares de silicio amorfo son el tipo más común de célula de película fina, y suelen encontrarse en aparatos electrónicos como calculadoras y relojes.
Otros materiales semiconductores de capa fina comercialmente viables son el teluro de cadmio (CdTe), el diselenuro de cobre, indio y galio (CIGS) y el arseniuro de galio (GaAs). Se deposita una capa de material semiconductor sobre un sustrato barato como el vidrio, el metal o el plástico, lo que lo hace más barato y adaptable que otras células solares. Los índices de absorción de los materiales semiconductores son elevados, lo cual es una de las razones por las que utilizan menos material que otras células.
La producción de células de capa fina es mucho más sencilla y rápida que la de las células solares de primera generación, y existen diversas técnicas que pueden utilizarse para fabricarlas, dependiendo de la capacidad del fabricante. Las células solares de capa fina, como las CIGS, pueden depositarse sobre plástico, lo que reduce considerablemente su peso y aumenta su flexibilidad. El CdTe se distingue por ser la única película fina que tiene un coste menor, un mayor tiempo de amortización, una menor huella de carbono y un menor uso de agua a lo largo de su vida útil que todas las demás tecnologías solares.
Sin embargo, los inconvenientes de las células solares de capa fina en su forma actual son numerosos. El cadmio de las células de CdTe es muy tóxico si se inhala o se ingiere, y puede filtrarse en el suelo o en el suministro de agua si no se manipula adecuadamente durante su eliminación. Esto podría evitarse si los paneles se reciclaran, pero esta tecnología no está actualmente tan extendida como debería. El uso de metales raros como los que se encuentran en CIGS, CdTe y GaAs también puede ser un factor caro y potencialmente limitante para producir grandes cantidades de células solares de capa fina.
Otros tipos
La variedad de paneles solares es mucho mayor que la que existe actualmente en el mercado comercial. Se están desarrollando muchos tipos nuevos de tecnología solar, y se están estudiando los tipos más antiguos para conseguir un posible aumento de la eficiencia y una disminución del coste. Varias de estas tecnologías emergentes están en la fase piloto de pruebas, mientras que otras siguen siendo probadas sólo en entornos de laboratorio. He aquí algunos de los otros tipos de paneles solares que se han desarrollado.
Paneles solares bifaciales
Los paneles solares tradicionales sólo tienen células solares en un lado del panel. Los paneles solares bifaciales tienen células solares en ambos lados para permitirles recoger no sólo la luz solar entrante, sino también el albedo, o la luz reflejada por el suelo bajo ellos. También se mueven con el sol para maximizar la cantidad de tiempo que se puede recoger la luz solar en cada lado del panel. Un estudio del Laboratorio Nacional de Energías Renovables demostró un aumento del 9% en la eficiencia respecto a los paneles de una sola cara.
Tecnología fotovoltaica de concentración
La tecnología fotovoltaica de concentración (CPV) utiliza equipos y técnicas ópticas, como espejos curvados, para concentrar la energía solar de forma rentable. Como estos paneles concentran la luz solar, no necesitan tantas células solares para producir la misma cantidad de electricidad. Esto significa que estos paneles solares pueden utilizar células solares de mayor calidad a un coste total menor.
Fotovoltaica orgánica
Las células fotovoltaicas orgánicas utilizan pequeñas moléculas orgánicas o capas de polímeros orgánicos para conducir la electricidad. Estas células son ligeras, flexibles y tienen un coste global y un impacto medioambiental menores que muchos otros tipos de células solares.
Células de perovskita
La estructura cristalina de perovskita del material que recoge la luz da nombre a estas células. Son de bajo coste, fáciles de fabricar y tienen una gran absorbencia. Actualmente son demasiado inestables para su uso a gran escala.
Células solares sensibilizadas por colorantes (DSSC)
Estas células de película fina de cinco capas utilizan un tinte sensibilizador especial para ayudar al flujo de electrones que crea la corriente para producir electricidad. Las DSSC tienen la ventaja de funcionar en condiciones de poca luz y de aumentar su eficiencia a medida que aumentan las temperaturas, pero algunos de los productos químicos que contienen se congelan a bajas temperaturas, lo que hace que la unidad no funcione en esas situaciones.
Puntos cuánticos
Esta tecnología sólo se ha probado en laboratorios, pero ha mostrado varios atributos positivos. Las células de puntos cuánticos están hechas de diferentes metales y funcionan a escala nanométrica, por lo que su relación entre producción de energía y peso es muy buena. Por desgracia, también pueden ser muy tóxicas para las personas y el medio ambiente si no se manipulan y eliminan adecuadamente.