¿Qué son los paneles solares fotovoltaicos flexibles?
Los paneles fotovoltaicos flexibles o plegables son una forma extremadamente rentable de producir electricidad solar. La mayoría de los paneles solares flexibles pesan menos de 2-3 kg y tienen menos de 2-3 cm de espesor. Los paneles solares flexibles de alta eficiencia generalmente se pueden doblar hasta unos 30 grados, lo que les permite adaptarse a cualquier superficie curva de un barco, caravana, furgoneta o remolque.
La instalación de paneles solares flexibles es extremadamente sencilla, ya que la mayoría de los sistemas simplemente se fijan o pegan a una superficie mediante el adhesivo incluido. Sin embargo, la practicidad de este sistema tiene un inconveniente, ya que la falta de espacio entre un panel flexible y un techo puede provocar una disipación de calor que dañará el panel y limitará su vida útil.
Cómo se fabrica un panel fotovoltaico flexible
A pesar de las diferencias bastante obvias, los paneles solares flexibles (puedes encontrar algunos excelentes aquí ) funcionan de manera muy similar a los paneles solares convencionales (planos), ya que se basan en la misma tecnología fotovoltaica: la capacidad de generar energía solar a partir de la luz solar directa absorbida por el material . De hecho, todas las formas de paneles fotovoltaicos se fabrican estratégicamente en tonos azul oscuro/negro, para absorber la máxima cantidad de luz solar (durante el día). Esto conduce a una mayor cantidad de generación de energía.
Mientras que los paneles solares convencionales utilizados para alimentar residencias y complejos comerciales son más grandes en tamaño y potencia (normalmente múltiples paneles de energía de 340 vatios) y, por lo tanto, sus dimensiones voluminosas, los paneles solares flexibles están hechos para satisfacer las necesidades de energía de alto voltaje. ), y normalmente están disponibles en capacidades de 50 a 300 vatios.
Un panel solar monocristalino o policristalino estándar común está hecho de obleas de silicio. Normalmente, estos paneles tienen un grosor de hasta 200 micrómetros, un poco más grueso que un cabello humano. Para fabricar un panel solar "flexible", esas obleas de silicio deben cortarse a un espesor de sólo unos pocos micrómetros. El uso de estas obleas de silicio ultrafinas confiere a los paneles solares muchas propiedades únicas, incluida la flexibilidad para algunos diseños.
Las células solares flexibles de este tipo se fabrican colocando capas de material fotovoltaico sobre una “base”, que es un sustrato de plástico o vidrio de alta calidad. Estas células son mucho más delgadas y mucho más flexibles que un panel solar mono o policristalino convencional. La configuración en capas de estas células solares ultrafinas permite un diseño más compacto para minimizar la pérdida de energía cuando las nubes oscurecen las células.
Los materiales utilizados para los paneles fotovoltaicos flexibles.
Telururo de cadmio : este es el material más utilizado en la fabricación de paneles de película delgada y representa casi la mitad de los materiales utilizados en total. Recientemente, la eficiencia solar de estas células ha aumentado y es casi igual a la del silicio policristalino. También tiene la capacidad de reducir el período de recuperación, lo que la convierte en la mejor de todas las tecnologías solares, con un promedio en áreas buenas de alrededor de ocho meses.
Seleniuro de Cobre, Indio y Galio : la principal diferencia entre este y los anteriores materiales es la ausencia de metales pesados. También se están desarrollando células fabricadas con este material para crear un nivel de eficiencia similar al del silicio, con precios mucho más bajos debido a la menor cantidad de materiales utilizados.
Silicio amorfo : Esta es una versión no cristalina del silicio que es una excelente alternativa al material de oblea tradicional. Los dispositivos construidos con silicio amorfo han mostrado menos problemas que otras tecnologías de película delgada, principalmente porque no se ven afectados por la humedad y no contienen materiales tóxicos. También son la opción más ecológica porque su producción no causa problemas al medio ambiente.
Actualmente, las dos tecnologías más comunes utilizadas en la producción de paneles solares flexibles son el seleniuro de cobre, indio y galio (CIGS) y el silicio amorfo (a-Si). Sin embargo, investigadores de la Universidad de Stanford han desarrollado una tecnología para imprimir células solares: aplicando el material activo de la célula solar a la superficie de objetos comunes como una hoja de papel o plástico y el techo de un automóvil. Esperan que esto abra nuevas posibilidades para aprovechar la energía solar.
Los paneles flexibles del futuro: células orgánicas y grafeno
Los paneles solares flexibles fabricados con células de silicio ultrafinas existen desde hace algún tiempo. Más recientemente, la investigación del Instituto Tecnológico de Massachusetts ha dado paso a avances en células solares orgánicas. En lugar de utilizar silicio como base para las células solares, los investigadores han encontrado una manera de utilizar materiales orgánicos con electrodos de grafeno.
Hasta ahora, un factor limitante en la flexibilidad de los paneles ha sido la fragilidad de los electrodos típicos, pero debido a la naturaleza transparente y flexible del grafeno, este método podría conducir en el futuro a paneles solares más delgados, más flexibles y más estables que los que podemos lograr actualmente. producir. Por lo tanto, estamos cerca de una verdadera revolución en este sector, con células solares que estarán a nuestro alrededor: en ventanas y paredes, teléfonos móviles, portátiles y más.
El dispositivo del MIT combina materiales orgánicos (que contienen carbono) de bajo costo con electrodos hechos de grafeno, un material flexible y transparente elaborado a partir de fuentes de carbono abundantes y económicas. Este avance en la tecnología solar fue posible gracias a un nuevo método para depositar una capa de grafeno de un átomo de espesor en la célula solar, sin dañar los materiales orgánicos sensibles cercanos.
Hasta ahora, los desarrolladores de células solares transparentes se han basado generalmente en electrodos caros y frágiles que tienden a romperse cuando se flexiona el dispositivo. La posibilidad de utilizar grafeno en su lugar está haciendo posibles células solares transparentes, de bajo costo y verdaderamente flexibles que pueden convertir prácticamente cualquier superficie en una fuente de energía eléctrica.
Las células solares fotovoltaicas fabricadas a partir de compuestos orgánicos ofrecerían una serie de ventajas sobre las actuales células solares de silicio inorgánico. Serían más baratos y más fáciles de producir. Serían livianos y flexibles en lugar de pesados, rígidos y frágiles y, por lo tanto, serían más fáciles de transportar, incluso a regiones remotas sin una red eléctrica central.
Y además, como se ha mencionado, podrían ser transparentes. Muchos materiales orgánicos absorben los componentes ultravioleta e infrarrojos de la luz solar pero transmiten la parte visible que nuestros ojos pueden detectar. Luego se podrían montar células solares orgánicas en superficies que nos rodean y recolectar energía sin que nos demos cuenta.
Los investigadores han logrado avances significativos durante la última década hacia el desarrollo de células solares orgánicas transparentes. Pero encontraron un obstáculo persistente: encontrar materiales adecuados para los electrodos que transportan la corriente fuera de la celda. La opción más utilizada actualmente es el óxido de indio y estaño (ITO), que es conductor y transparente, pero también rígido y quebradizo. Entonces, cuando la célula solar orgánica se dobla, el electrodo ITO tiende a romperse y levantarse.
Además, el indio es caro y relativamente raro. Una alternativa prometedora al ITO es el grafeno, una forma de carbono que se presenta en láminas de un átomo de espesor y tiene características notables. Es altamente conductor, flexible, robusto y transparente; y está fabricado con carbono ubicuo y económico. Además, un electrodo de grafeno puede ser tan delgado como 1 nanómetro, una fracción del grosor de un electrodo de ITO y una combinación mucho mejor con la delgada célula solar orgánica.
Dos cuestiones clave han frenado la adopción generalizada de electrodos de grafeno. El primer problema es depositar los electrodos de grafeno sobre la célula solar. La mayoría de las células solares están construidas sobre sustratos como vidrio o plástico. El electrodo de grafeno inferior se deposita directamente sobre ese sustrato, una tarea que se puede lograr mediante procesos que involucran agua, solventes y calor. Pero colocar el electrodo superior sobre la superficie del sustrato es complicado.
El segundo problema es que los dos electrodos deben desempeñar funciones diferentes. La facilidad con la que un material determinado suelta electrones es una propiedad determinada llamada función de trabajo. Pero en la célula solar, sólo uno de los electrodos debería permitir que los electrones fluyan fácilmente. Como resultado, tener ambos electrodos hechos de grafeno requeriría cambiar la función de trabajo de uno de ellos para que los electrones sepan a dónde ir, y cambiar la función de trabajo de un material no es sencillo.
Así, los investigadores incorporaron electrodos de grafeno en células solares orgánicas en funcionamiento. Una célula solar orgánica se puede depositar sobre cualquier tipo de superficie, rígida o flexible, transparente o no. Las mediciones muestran que el rendimiento de los dispositivos es aproximadamente el mismo en sustratos flexibles como plástico y papel y sólo ligeramente inferior que en vidrio, probablemente porque las superficies son más rugosas, por lo que existe un mayor potencial de mal contacto.
La capacidad de depositar la célula solar en cualquier superficie la hace prometedora para su uso en electrónica de consumo, un campo en rápido crecimiento en todo el mundo. Por ejemplo, las células solares podrían fabricarse directamente en teléfonos móviles y portátiles en lugar de fabricarse por separado y luego instalarse, un cambio que reduciría significativamente los costes de fabricación.
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