Paneles solares bifaciales: Funcionamiento, ventajas y rendimiento

Los paneles solares bifaciales son un tipo de panel fotovoltaico que capturan la luz solar por ambos lados, aprovechando tanto la luz directa en la parte frontal como la luz reflejada en la parte trasera. La tecnología bifacial incorpora células solares en ambas superficies, permitiendo generar más electricidad que un panel tradicional.

Los paneles bifaciales funcionan de manera similar a los paneles solares convencionales, pero con la ventaja de que captan la luz que se refleja desde el suelo, tejado u otras superficies. Esta capacidad adicional los hace ideales en entornos con superficies reflectantes, como nieve o tejados metálicos.

Las principales ventajas de los módulos fotovoltaicos bifaciales incluyen un mayor rendimiento y potencia en comparación con los paneles monofaciales y una mayor durabilidad debido a su diseño de alta calidad. Su rendimiento se ve influenciado por factores como el albedo del suelo, la inclinación y altura del panel, y las condiciones ambientales que afectan la reflexión de la luz hacia la parte trasera.

¿Qué es un panel solar bifacial?

Los paneles solares bifaciales generan electricidad por ambos lados, captando la luz solar por delante y la reflejada (albedo) por detrás. Los paneles bifaciales utilizan células con diseño de doble cara para aumentar la producción de energía entre un 5% y un 10% real, según el nivel de reflectividad del entorno.

Los paneles solares bifaciales se utilizan habitualmente en huertas solares a gran escala y en tejados con buen nivel de reflexión de la luz solar porque mejoran la eficiencia total de los paneles solares solares convencionales (monofaciales) aunque necesitan configuraciones de instalación específicas.

Las 8 capas que componen la estructura de una célula bifacial se describen a continuación.

1. Revestimiento antirreflectante (ARC): Compuesta por nitruro de silicio (SiNx) o dióxido de titanio (TiO2). La capa ARC se aplica a la superficie frontal de la célula para minimizar la reflexión, permitiendo que entre más luz en la célula. Esta capa maximiza la absorción de luz tanto en la cara frontal como en la posterior.
2. Rejilla de contacto frontal: Compuesta por plata (Ag) o aluminio (Al), recoge los electrones generados por la luz absorbida.
3. Capa emisora: Compuesta de silicio dopado con boro (tipo p para base tipo n), es la capa es donde los electrones generados por la luz se separan primero de sus correspondientes huecos. La capa emisora crea, junto a la capa base, el campo eléctrico que impulsa la separación de los portadores de carga.
4. Capa base: Compuesta por silicio dopado con fósforo (tipo n). Forma la mayor parte de la célula y es donde se absorbe la mayor parte de la luz solar. Desempeña un papel clave en el mantenimiento de la eficiencia global de la célula, garantizando una absorción eficaz de la luz y la captación de portadores de carga.
5. Emisor trasero o capa de pasivación: Compuesta por nitruro de silicio (SiNx) u óxido de aluminio (Al2O3). Esta capa sirve como capa de pasivación en la cara posterior de la célula, reduciendo las pérdidas por recombinación y permitiendo la recogida de la luz absorbida en la cara posterior. También proporciona un campo eléctrico que ayuda a la separación y recogida de cargas.
6. Rejilla de contacto posterior: Compuesta de plata (Ag) o aluminio (Al). La rejilla de contacto posterior recoge los electrones que se generan en la cara posterior de la célula. A diferencia de las células monofaciales, esta rejilla debe ser transparente o semitransparente para permitir que la luz la atraviese y llegue a las capas activas de la célula.
7. Lámina posterior: Compuesta de materiales transparentes como TPT (Tedlar-PET-Tedlar) o vidrio. Las células bifaciales utilizan una lámina posterior transparente o semitransparente para permitir que la luz llegue a la parte posterior de la célula para captar la luz reflejada de su entorno..
8. Capa encapsulante: Compuesto de elastómero de poliolefina (POE) o etilvinilacetato (EVA). La capa encapsulante protege la célula y sus componentes de factores ambientales como la humedad y las tensiones mecánicas.

¿Cómo funcionan los paneles solares bifaciales?

Los paneles solares bifaciales funcionan absorbiendo energía solar por la parte delantera y trasera de los paneles. Los paneles bifaciales captan la luz solar directa con las células de la cara frontal y la reflejada con las traseras.

Este diseño de doble cara permite aumentar la producción de energía, especialmente en entornos con un albedo elevado, como zonas cubiertas de nieve o superficies de color claro que reflejen mejor la luz.

La capa de vidrio transparente de la cara posterior del módulo bifacial permite que la luz pase y las células la conviertan en electricidad. La eficiencia global de una placa solar bifacial depende de factores como la inclinación del panel, la altura y las propiedades reflectantes del suelo.

La reflectividad del albedo de las superficies más frecuentes donde se instalan paneles solares bifaciales se resumen en la siguiente lista.

Los paneles bifaciales se instalan principalmente en centrales fotovoltaicas de gran tamaño, y también en segmentos emergentes como la fotovoltaica integrada en edificios sobre tejados planos o los sistemas fotovoltaicos flotantes así como los sistemas con seguidores solares.

Los paneles fotovoltaicos bifaciales se deben instalar siempre con la condición implícita que la estructura soporte del panel, tenga cierta inclinación por lo indicado a continuación.

• A mayor ángulo de inclinación, más exposición posterior a la luz y más incremento de producción.
• A mayor distancia entre el suelo y la cara posterior del panel, se captura más luz reflejada.

Esta configuración de captación por ambas caras de los paneles solares bifaciales puede aumentar la producción de energía entre un 5 y un 10% de media en comparación con los paneles monofaciales tradicionales.

El factor de bifacialidad, que representa la eficiencia de la cara posterior en relación con la cara anterior de las células solares bifaciales, varía en función de la tecnología utilizada en la célula que incorpora el panel solar. Cuanto mayor sea el factor de bifacialidad, más eficiente será la célula a la hora de convertir la luz reflejada en electricidad, lo que hace que tecnologías como la HJT sean especialmente destacadas para aplicaciones bifaciales.

El factor de bifacialidad de algunas de las tecnologías fotovoltaicas existentes se resume en la siguiente lista.

• PERC (Emisor pasivado y célula posterior): Esta tecnología tiene un factor de bifacialidad: 70% - 80%. Las células PERC tienen un factor de bifacialidad moderado, ya que están optimizadas principalmente para el rendimiento de la cara frontal, con mejoras en la cara posterior. La eficiencia de una célula PERC es del 19-21% y cuando se aprovecha su factor de bifacialidad puede llegar al 20-23%.
• TOPCon (contacto pasivado de óxido de túnel): La tecnología TOPCon tiene un factor de bifacialidad del 75% - 85%. Las células TOPCon tienen un mayor factor de bifacialidad debido a una mejor pasivación de la cara posterior y a la tecnología de contactos utilizada, lo que permite un uso más eficaz de la luz reflejada. Una célula TOPCon tiene una eficiencia de 21% - 23% y cuando se utiliza su bifacialidad puede alcanzar el 22% - 25%.
• HJT (Heterounión con capa fina intrínseca): La tecnología HJT tiene un factor de bifacialidad del 90% - 95%. Las células HJT presentan un factor de bifacialidad muy elevado, ya que ambos lados de la célula tienen una estructura casi idéntica, lo que las hace muy eficientes a la hora de captar la luz de ambos lados. Una célula HJT tiene una eficiencia del 22% - 24% y si se aprovecha su bifacialidad puede alcanzar eficiencias del 24% al 27%.
• IBC (Contacto dorsal interdigitado): La tecnología IBC tiene un factor de bifacialidad: 60% - 75%. Las células IBC suelen tener un factor de bifacialidad más bajo porque están optimizadas principalmente para la eficiencia del lado frontal, aunque algunos diseños incorporan capacidades bifaciales. Una célula IBC tiene una eficiencia del 22% - 24% y si se aprovecha su bifacialidad puede alcanzar el 23% al 26% de eficiencia.

¿Qué ventajas tienen los paneles solares bifaciales?

Las principales ventajas de los paneles solares bifaciales frente a los monofaciales son: Mejor rendimiento, mayor producción de energía con un coste de instalación similar, y mayor vida útil.

Las 6 ventajas más importantes de los módulos solares bifaciales se listan a continuación.

• Mayor producción de energía: Los paneles bifaciales al generar energía desde ambas caras, capturando la luz solar reflejada de superficies como el suelo, producen más energía.
• Mayor eficiencia: Cuando captan energía por ambas caras, los paneles bifaciales tienen una mayor eficiencia en comparación con los paneles monofaciales tradicionales.
• Opciones de instalación versátiles: Estos paneles pueden instalarse de varias formas, como en el suelo, tejados o incluso verticalmente, para maximizar la captura de energía de la luz reflejada.
• Mejor rendimiento con luz difusa: Los paneles bifaciales rinden mejor que los monofaciales en entornos con luz difusa o en localizaciones geográficas con nubosidad porque pueden aprovechar la luz desde múltiples ángulos.
• Durabilidad y longevidad: Al emplear vidrio por ambas caras, los paneles bifaciales suelen tener una vida útil más larga y soportar condiciones ambientales más adversas.
• Atractivo estético: Al utilizar vidrio en ambos lados, los paneles bifaciales tienen un aspecto más estético con mayores ventajas de integración (BIPV) que los convencionales, especialmente en aplicaciones arquitectónicas.

¿Cuáles son las desventajas de los paneles solares bifaciales?

Las 5 principales desventajas de los paneles solares bifaciales se listan a continuación.

• Mayor coste inicial: los paneles bifaciales son algo más caros que los paneles monofaciales tradicionales debido a la tecnología y a los materiales de fabricación.
• Mayor complejidad de instalación: La instalación de paneles bifaciales es más compleja, teniendo que elegir cuidadosamente la estructura de montaje y el análisis de las propiedades reflectantes del terreno.
• Dependencia de las superficies reflectantes: Para maximizar su eficiencia, los paneles bifaciales necesitan superficies reflectantes.
• Mayor peso: Los paneles bifaciales utilizan vidrio en ambas caras, lo que los hace más pesados.
• Problemas de sombreado: Aunque los paneles bifaciales están diseñados para captar la luz por ambos lados, el sombreado constante en zonas de su cara posterior (sombra dura) reduce el rendimiento.

Los factores que afectan al rendimiento de un panel bifacial son: la altura, el ángulo de inclinación, la distancia entre filas, el albedo y el sombreado que recibe el panel.

• La altura: La altura a la que se instalan los paneles bifaciales afecta a la cantidad de luz reflejada que pueden captar del suelo. Las instalaciones más altas captan más luz reflejada, aumentando la producción de energía, pero necesitan estructuras de montaje más robustas.
• Ángulo de inclinación: El ángulo de inclinación de los paneles bifaciales es muy importante (entre 10º y 30º) para maximizar la absorción directa de la luz solar en la parte frontal y capturar la luz reflejada en la parte posterior.
• Distancia entre filas: La distancia entre filas de placas fotovoltaicas bifaciales influye en el sombreado y en la cantidad de luz reflejada que llega a la parte posterior de los paneles. Un espaciado mayor puede reducir el sombreado y aumentar la exposición de la parte posterior a la luz reflejada, mejorando el rendimiento general.
• Albedo: El albedo se refiere a la reflectividad de la superficie bajo los paneles y la proyectada por los otros paneles cercanos. Las superficies con un albedo más alto, como la nieve, los tejados blancos o los materiales reflectantes, reflejan más luz en la parte posterior de los paneles, lo que aumenta su producción de energía.
• Sombreado: Las sombras a ambos lados de los paneles bifaciales reducen significativamente su rendimiento. Dado que los paneles bifaciales utilizan la luz de ambos lados, la sombra de objetos cercanos o incluso la sombra parcial de la parte trasera pueden provocar un descenso notable de la producción de energía y problemas de rendimiento o aparición de hot-spots.