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Clasificación de los tipos de placas solares por su tecnología

El artículo de hoy va dirigido a aquellos que comienzan a introducirse en el mundo de energía fotovoltaica y necesitan información de cuáles son los tipos de paneles solares que más se comercializan en el mercado fotovoltaico actual.

En base a lo dicho, las cosas no han cambiado demasiado en los últimos 10-15 años, estamos en 2017 y sigue habiendo 3 tecnologías que destacan sobre el resto y que son las que se instalan en el 90% de los sistemas fotovoltaicos actuales. Hablamos de los módulos solares monocristalinas, policristalinas y amorfas.

#1 – Paneles monocristalinos:

Como su propio nombre dice, las placas solares monocristalinas están compuestas por células monocristalinas. Son ese tipo de célula que, a simple vista, podemos diferencia por su color “negro” y con las esquinas recortadas con un chaflán (resultado del corte de la célula).

El modo más común de fabricación de células de silicio monocristalino (sc-Si) consiste en partir de un lingote de un único cristal de silicio, obtenido por los métodos de Czochralski (Cz) o zona flotante (FZ), y cortarlo en obleas que constituyen el sustrato sobre el que tendrá lugar todo el proceso restante (unión “p-n”, metalización, etc.).

Célula solar monocristalina

La imagen anterior es un ejemplo de este tipo de célula que comentamos. Además de esto, señalar que los paneles solares monocristalinos son los que mayor eficiencia tienen de entre todos los disponibles en el sector.

#2 – Módulos policristalinos:

Al igual que comentamos con los modelos monocristalinos, los paneles solares policristalinos están compuestos, en este caso, por células policristalinas. Podemos diferencia por su color “azulado” y no poseen el chaflán en las esquinas como los monocristalinos.

Las células de silicio policristalino (mc-Si) también utilizan obleas de silicio como sustrato, pero a diferencia de las monocristalinas, éstas proceden del corte de un bloque de silicio que se ha dejado solidificar lentamente en un crisol y que está formado por muchos pequeños cristales de silicio.

Este tipo de elaboración es menos costoso que el anterior, pero reduce considerablemente la eficiencia de las células.

Célula solar policristalina

Vemos en la imagen la diferencia visual entre una célula policristalina y la anterior monocristalina del punto anterior.

Los avances más recientes, como cortadoras de obleas con diamante utilizadas por fabricantes como SolarWorld,  han supuesto una mejora en la eficiencia de utilización del silicio (se desperdicia menos cantidad de material) y permiten obtener obleas de menos 200 micras de espesor, aunque este espesor está cerca de su límite físico pues debemos tener en cuenta que la célula debe ser lo suficientemente resistente para no romperse en su posterior manipulación para la fabricación del panel.

Además de esto, se han logrado mejorar las pérdidas por reflexión y una mejor captación de la luz en el interior de la célula mediante técnicas de texturizado y tratados antireflectantes.

Podemos ver un ejemplo de texturizado en la imagen siguiente:

Texturizado superficie célula solar

Tal como se puede apreciar en la imagen, se han practicado sobre la célula una serie de micro-perforaciones en forma de pirámide invertida que lo que hacen es ayudar a mejorar la captación de la luz solar de la célula, y en consecuencia, del panel solar.

Como ya hemos comentado en artículos anteriores sobre el “Encintado y Conexión de Células” , la parrilla conductura que forma el contacto frontal de la célula suele consistir en una serie de “dedos” que están en contacto directo con el semiconductor y que se conectan entre sí mediante unas tiras metálicas (lo que suele llamarse Bus Bar).

El diseño de estos “dedos” y los Bus Bar que cubren la célula afecta a la eficiencia de dos maneras:

Por un lado, implica un sombreado que impide que parte de la radiación disponible alcance el interior de la célula y, por otro lado, introduce una resistencia, debida a la unión metal-semiconductor y a la propia resistencia del material empleado. En este sentido, se ha evolucionado desde la técnica convencional del serigrafiado hasta la de contacto enterrado mediante láser, consiguiendo mejorar en un 25% la eficiencia de la célula sin apenas elevar su coste de fabricación.

Tanto las células mono como policristalinas descritas tienen unas características eléctricas aproximadas de 0,5 voltios en circuito abierto (Voc) y unos 3 amperios en cortocircuito (la intensidad es directamente proporcional al área de la célula). 

Tipos de paneles solares monocristalinos y policristalinos

Como es lógico, una vez obtenidas las células, se ensamblan y pasan un proceso de producción hasta dar lugar a lo que acabamos viendo en nuestra instalación fotovoltaica, que son los paneles solares monocristalinos o policristalinos según el tipo de célula.

 

#3 – Paneles silicio amorfo (capa fina):

Aunque los tipos de paneles más habituales son los descritos, mono y policristalinos, no debemos olvidar también las placas solares de silicio amorfo, o llamadas también de “capa fina”.

El funcionamiento de una célula solar de capa fina de silicio amorfo es el mismo que las cristalinas pero su elaboración es muy diferente. Los aspectos característicos de esta tecnología son:

  • Proceso de fabricación sencillo y de fácil automatización.
  • Necesidad de poco material activo y reducción del gasto energético y del coste.
  • Facilidad para realizar módulos flexibles y con óptima eficiencia cuántica en un amplio rango del espectro.

Las células de silicio amorfo han sido las primeras células de capa fina que se comenzaron a comercializar, sin embargo, debido a la bajada de precios experimentado por los paneles solares cristalinos, han ido perdiendo posiciones en el mercado y actualmente su implantación es muy reducida.

La tecnología del silicio amorfo a-Si tiene una eficiencia considerablemente menor que las basadas en silicio cristalino, debido principalmente a la mala calidad del silicio utilizado, cuya estructura interna dificulta la recolección de los portadores fotogenerados. Sin embargo, son especialmente adecuadas para uso en interiores, en atmósferas con mucho polvo, etc. 

Panel solar silicio amorfo

Tal como se puede ver en la imagen, las placas solares de silicio amorfo no consisten en la unión de células individuales como en los paneles solares cristalinos, sino en una lámina cortada a medida en la que se observan unas tiras delgadas que separan las células, creadas y conectadas entre sí durante la elaboración del propio módulo, cuyo enmarcado facilita el manejo y el montaje del mismo. El rango de tensiones también es más amplio que en los de silicio cristalino, abarcando desde unos pocos voltios hasta decenas de voltios y que los hace interesantes también para sistemas de bombeo solar.

Comercialmente, las placas solares se clasifican por su potencia pico (Wp), que es la potencia que pueden generar en condiciones estándar de medida (STC), dicho de otro modo, es la potencia que viene indicada en la ficha técnica del producto. Otro de los datos que se suelen mirar la tensión nominal, que nos va indicar si el panel va a ser adecuado para sistemas aislados de 12V, de 24V o bien para conexión a red y autoconsumo.

Estos son, a grandes rasgos, los tipos de paneles solares que podemos encontrar actualmente en el mercado solar fotovoltaico. Hay más tipos de paneles, e incluso variaciones en las tecnologías descritas, como serían las Mono PERC o la HIT de Panasonic Sanyo, ambas de mayor eficiencia que el resto, sin embargo, hemos preferido dejarlas para futuros artículos.

Artículo elaborado por el departamento técnico de SunFields Europe