Tecnologías y tipologías de paneles fotovoltaicos

El crecimiento de la solar fotovoltaica ha provocado, entre otras cosas, un aumento del número de empresas que participan en la cadena de valor de la tecnología. Dentro de esta cadena, la fabricación de paneles solares fotovoltaicos cuenta con cada vez más protagonistas, que compiten en el mercado para ofrecer soluciones con mayor rendimiento y al menor precio posible, con el objetivo de abarcar una mayor cuota de negocio.

Durante ese crecimiento, la aparición de nuevas tecnologías ha acompañado la mejora en la eficiencia de conversión eléctrica de las células y, por consiguiente, ha conseguido reducir el precio de los paneles de una manera espectacular. Por ello, hoy en día podemos encontrar paneles solares de más tamaño, a precios un 80% más económicos que en toda la última década.

Uno de los conceptos por los que decantarse por adquirir un panel u otro suele ser la eficiencia energética, que es considerado uno de los criterios más importantes a la hora de establecer la calidad del módulo solar según muchos profesionales del sector. Las nuevas tecnologías están enfocadas en maximizar la eficiencia de las placas solares. Esta eficiencia energética describe el porcentaje de la luz solar que incide sobre el panel y que se convierte en electricidad. La potencia del panel será mayor cuanto mayor sea el porcentaje que, actualmente, se sitúa en torno al 20%.

Llegados a este punto, debemos entender el funcionamiento de una célula solar convencional. Las células solares, en general, se componen de tres capas. La primera se llama emisora y está en contacto directo con la radiación solar, es la capa exterior y suele ser de silicio. La segunda es la capa intermedia o capa base, también de silicio. La última es la capa inferior, con metalización de aluminio, que absorbe la radiación infrarroja que atraviesa las capas anteriores.

Además, es importante saber que el 90% de la tecnología fotovoltaica se basa en el uso de alguna variación del silicio. Según la fabricación, se distinguen dos tipologías comunes, los paneles con células monocristalinas o policristalinas, y una tercera tipología cada vez menos presente, la de capa fina o “amorfa”.

Monocristalino

Esta tipología comprende células monocristalinas que son las que, a simple vista, podemos distinguir por su color negro y su forma con las esquinas redondeadas. Algunas de las características de estas células son:

  1. Son las más eficientes, ya que se fabrican con silicio de alta pureza.
  2. Al tener un elevado rendimiento, son las más adecuadas para instalarse en zonas donde la radiación solar no es muy alta.
  3. Cuentan con una vida útil superior a 25 años.
  4. Su coste es más elevado, ya que requieren de más cantidad de silicio que las policristalinas.
  5. Suelen rendir más en altas temperaturas.

Las células monocristalinas se fabrican con bloques de silicio en forma de cilindro. Con la finalidad de reducir los costes de fabricación y de optimizar el rendimiento, se recortan los cuatro lados de los bloques de silicio para hacer láminas. La diferencia principal entre la tecnología monocristalina y la policristalina es la composición del cristal, ya que la primera está formada por un único tipo de cristal de silicio.

Policristalino

La principal ventaja de los paneles policristalinos hasta ahora era su menor coste, fruto de pasar por un proceso de producción más económico. En condiciones generales, además, tienen una eficiencia menor que los monocristalinos. Sin embargo, cuentan con una menor tolerancia al calor, por lo que su eficiencia a altas temperaturas es inferior. En condiciones generales, además, tienen una eficiencia de, cómo máximo, 16%, motivado por la menor cantidad de silicio que incorporan.

Las células policristalinas también utilizan obleas de silicio en su fabricación, sin embargo, éstas proceden del corte de un bloque de silicio formado por un elevado número de pequeños cristales de este mineral.

Capa fina

Los paneles de capa fina, por lo general, tienen una eficiencia que oscila entre el 7% y el 13%. Dependiendo de cuál sea el material empleado, se pueden clasificar en paneles de capa fina de silicio amorfo, de teluluro de cadmio, de cobre, galio, indio y selenio, o también células fotovoltaicas orgánicas. Estos paneles aparecieron para evitar que, en caso de escasez de silicio, se dejaran de fabricar módulos fotovoltaicos. Además, sus costes de producción son menores. Por lo tanto, esa es una de sus grandes ventajas, que pese a necesitarse más espacio para generar la misma cantidad de energía que con tecnología monocristalina o policristalina, su precio es mucho menor. No obstante, debido a la bajada de precios experimentado por los paneles cristalinos, han ido perdiendo cuota de mercado y actualmente su implantación es muy reducida. Otra de sus ventajas es que, a altas temperaturas, mantienen unas buenas condiciones de trabajo y, estéticamente, son atractivos principalmente para aplicaciones de la arquitectura.

Tipologías de paneles fotovoltaicos. 
La eficiencia energética describe el porcentaje de la luz solar que incide sobre el panel y que se convierte en electricidad 
Tipologías comunes: monocristalino, policristalino y capa fina.

Imagen 1: Ejemplos de paneles monocristalino, policristalino y de capa fina, respectivamente.

Fuente: Tiritec-Intervento.

Elección entre monocristalino y policristalino

Como hemos visto, si se trata de eficiencia, los paneles monocristalinos son los que registran los mayores valores de eficiencia, aunque esa ventaja suele ir asociada a un mayor coste económico.

Otro tema importante es el efecto de la temperatura sobre su rendimiento, ya que influye negativamente cuanto más alta es. Las fichas técnicas de los paneles incluyen el concepto de Coeficiente de Temperatura, que se expresa en %/ºC o %/K, e indica el % de potencia que se pierde en el panel por cada grado de temperatura que aumenta a partir de 25ºC, la temperatura en condiciones ideales.

Por lo general, los Coeficientes de Temperatura de los paneles Monocristalinos son menores que los Policristalinos, lo que refleja que, a mayores temperaturas, la tecnología monocristalina mantiene una mayor eficiencia.

Con el crecimiento de la industria, han aparecido diversas tecnologías cada vez más presentes fruto de la inversión en investigación, principalmente por parte de los grandes fabricantes, que ofrecen condiciones de eficiencia y de rendimiento más altas. Entre ellas, destacan las de células PERC, la Half-Cell, la Multi Bus Bar (MBB) y los módulos bifaciales, aparte de tecnologías concretas de algunos fabricantes.

Células PERC

La tecnología PERC (Passivated Emitter Rear Cell) aumenta la eficiencia de los paneles hasta un 17%-22%. Lo consigue al introducir una lámina adicional entre la capa intermedia y la capa inferior de las células. Esta nueva capa es reflectante, de modo que evita que los electrones de la luz infrarroja sean absorbidos por la capa inferior de aluminio. La capa PERC logra que estos electrones reboten hacia la capa superior, generando mayor cantidad de electricidad y, por tanto, una mayor potencia.

Tipologías de paneles fotovoltaicos. Células PERC, 
la tecnología PERC (Passivated Emitter Rear Cell) aumenta la eficiencia de los paneles solares hasta un 17%-22%.

Imagen 2: Esquema de una célula solar convencional y una PERC.

Fuente: REC.

Tecnología Half-Cell

También denominada tecnología de célula partida o de célula cortada, hace referencia al corte y conexión de múltiples células divididas que se distribuyen en el mismo espacio que ocupaban las células convencionales. De este modo, el panel solar queda cortado en 2 partes, con el 50% de capacidad cada una. Estas células cortadas dividen el flujo de la corriente en dos partes que se unen en serie. Esto consigue reducir la resistencia interna de los paneles con menores pérdidas de corriente al ser transportada por pistas conductoras. Además, asegura una producción continua a pesar de que la placa esté sombreada, ya que las sombras parciales en una mitad no afectan al rendimiento de todo el módulo.

Tipologías Half-Cell, asegura una producción de la instalación fotovoltaica continua a pesar de que la placa esté sombreada.

Imagen 3: Esquema de una célula con tecnología Half-Cut.

Fuente: Tecnosolab.

Multi Bus Bar (MBB)

Se trata de una de las tecnologías más efectivas para reducir costes y aumentar la eficiencia de las células fotovoltaicas. Las conexiones que atraviesan las células solares, conocidas como Bus Bars o BB, han evolucionado en los últimos años, aumentando de 2BB hasta 5 busbars. El aumento en el número de estas conexiones consigue reducir la distancia de conducción de la corriente en las conexiones, lo que reduce las pérdidas de resistencia y mejora, considerablemente, la eficiencia de la célula. De este modo, se mejora la potencia de salida de los paneles hasta 10 W. Esta tecnología consigue, además, celdas menos propensas a sufrir microgrietas y ruptura de conexiones, por lo que se garantiza una vida útil más segura.

Módulos bifaciales

Los paneles bifaciales son capaces de producir energía solar por ambas caras del panel. Estos módulos cuentan con células fotovoltaicas también en la parte trasera que aprovechan la radiación solar reflejada en otras superficies para generar más electricidad, lo que se traduce en un incremento de la producción energética que depende de factores como el albedo, cuanto más blanca es la superficie mayor porcentaje de producción energética en la parte trasera, el ángulo de inclinación o la altura de la instalación, entre otros. Para este tipo de módulos, es crucial el modo de instalarlos, ya que de ello dependerá la capacidad de producción de la parte trasera. Algunos fabricantes, debido a sus especiales características constructivas, que proporcionan mayor durabilidad, ofrecen garantía de potencia de 30 años, lo que supone un 20% más de vida útil garantizada.

Tipologías de paneles solares. 
Los paneles solares bifaciales son capaces de producir energía solar por ambas caras del panel.

Imagen 4: Panel solar bifacial.

Fuente: Soltec.

Tecnologías de marcas propias

Algunos fabricantes han desarrollado tecnologías propias que ofrecen un elevado rendimiento. En este artículo, vamos a destacar las de los fabricantes Panasonic, LG y SunPower.

  • Panasonic HIT

Panasonic es una de las marcas que más ha apostado por la tecnología HIT, heterounión en la fabricación de células solares, que pretende evitar pérdidas en la generación de energía debidas a zonas defectuosas en su estructura interna. La firma usa, en sus modelos N330 o N325K con más de 300W y eficiencia superior al 19%, una base de silicio monocristalino común con otras capas adicionales de silicio amorfo en las dos caras de la célula. Con ello, incrementa el rendimiento de los paneles y mejora el coeficiente de temperatura.

  • NeON de LG

El módulo NeON R de la compañía LG presenta placas solares sin electrodos en su parte frontal, lo que aumenta la superficie útil de cada panel y ofrece un rendimiento de hasta el 21,4% con 370 W.

  • Paneles SunPower sin contactos metálicos

La firma estadounidense ha apostado por un modelo que aumenta al máximo el área de captación, eliminando las conexiones metálicas entre células en la cara superior de los paneles. Se trata de un modo de plantear la estructura del módulo para evitar interconexiones que restan el espacio de generación del panel.

Perspectivas

Existen más tecnologías de paneles solares como los híbridos, las células baldosa y/o de doble cristal, sin embargo, a corto y medio plazo se espera que el mercado solar fotovoltaico explote al máximo tecnologías que están demostrando tener un gran nivel de eficiencia, como la bifacialidad, las células PERC, la MBB y Half-Cell.

Estas dos últimas soluciones son compatibles con otras tecnologías como la policristalina, la monocristalina, las PERC y los paneles de doble vidrio entre otras. Entre otras características, aumentan la competitividad de los paneles solares de alto rendimiento, permiten ahorrar en materiales y reducir el coste de fabricación, aumentan la potencia y mejoran la fiabilidad del panel. Todo ello se traduce en una incidencia muy positiva en el coste nivelado de energía o LCOE.

La búsqueda de otros componentes, alternos al silicio, llevará a la industria a invertir en tecnologías para construir paneles solares orgánicos. No obstante, a día de hoy todavía se encuentran lejos de las eficiencias de los paneles de silicio.

La fotovoltaica sigue siendo una industria joven y, por ende, se encuentra en un grado de madurez inicial. Esto hace que las perspectivas para la tecnología sean enormes, pues se consiguen nuevos logros cada mes y aparecen nuevas tecnologías con la misma frecuencia. Es difícil estimar qué tecnología copará la mayor cuota de mercado a largo plazo pero, sin duda, la bifacialidad, la tecnología PERC y la combinación de Multi Bus Bar y Half-Cell, debido a sus ventajas por mayor eficiencia y durabilidad, aumentando en algunos casos la garantía de potencia a 30 años (25 años viene siendo la garantía histórica desde hace décadas), serán cada vez más presentes en los paneles solares, tanto de los grandes proyectos fotovoltaicos como de las instalaciones de autoconsumo.

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