¿Cuál es la mejor eficiencia de los paneles fotovoltaicos?
La eficiencia de los paneles solares fotovoltaicos es una medida de la cantidad de luz solar (irradiancia) que cae sobre la superficie de un panel solar y se convierte en electricidad. Debido a los numerosos avances en la tecnología fotovoltaica en los últimos años, la eficiencia de conversión promedio de los paneles ha aumentado del 15% a más del 20%. Este gran salto en eficiencia ha hecho que la potencia nominal de un panel de tamaño estándar aumente de 250W a 370W.
Actualmente, los paneles Serie M de SunPower ostentan el trono de los paneles solares más eficientes del mercado, con una eficiencia del 22,8%. Aunque se están desarrollando paneles solares más eficientes, pasará algún tiempo antes de que estén disponibles comercialmente.
La eficiencia total del panel se mide en condiciones de prueba estándar (STC), basadas en una temperatura de celda de 25°C, una irradiancia solar de 1000 W/m2 y una masa de aire de 1,5. La eficiencia (%) de un panel se calcula a partir de la potencia máxima (W) en STC, dividida por el área total del panel en metros cuadrados.
El término eficiencia es muy popular, pero un panel un poco más eficiente no siempre equivale a un panel de mejor calidad. Mucha gente considera que la eficiencia es el criterio más importante a la hora de elegir un panel solar, pero lo que más importa es la calidad de fabricación que está relacionada con el rendimiento, la confiabilidad, el soporte del fabricante y las condiciones de garantía en el mundo real.
En términos medioambientales, una mayor eficiencia generalmente significa que un panel solar amortizará la energía incorporada (energía utilizada para extraer las materias primas y producir el panel solar) en menos tiempo. Según un análisis detallado del ciclo de vida, la mayoría de los paneles solares basados en silicio ya amortizan la energía incorporada en dos años.
Sin embargo, a medida que la eficiencia de los paneles ha aumentado más del 20%, el tiempo de recuperación se ha reducido a menos de 1,5 años en muchos lugares. Una mayor eficiencia también significa que un sistema solar generará más electricidad durante la vida útil promedio de más de 20 años de un panel solar y amortizará el costo inicial antes, lo que significa que el retorno de la inversión (ROI) se reducirá aún más.
Los factores que determinan la eficiencia de una célula fotovoltaica
La eficiencia de los paneles solares está determinada por dos factores principales; eficiencia de la celda fotovoltaica (PV), basada en el diseño de la celda y el tipo de silicio, y eficiencia total del panel, basada en el diseño, la configuración y el tamaño del panel de la celda.
La eficiencia general del panel puede verse afectada por muchos factores, entre ellos; temperatura, nivel de irradiancia, tipo de célula e interconexión celular. Sorprendentemente, el color de la lámina protectora posterior también puede afectar la eficiencia.
Una lámina posterior negra puede parecer más agradable desde el punto de vista estético, pero absorbe más calor, lo que genera un aumento en la temperatura de la celda, lo que aumenta la resistencia, lo que a su vez reduce ligeramente la eficiencia de conversión general.
Los principales factores que influyen en la eficiencia de los paneles solares se enumeran a continuación:
- Irradiancia (W/m2)
- Sombreado
- Orientación del panel
- Temperatura
- Ubicación (latitud)
- Periodo del año
- Polvo y suciedad.
Los factores que tienen el impacto más significativo en la eficiencia del panel en uso real son la irradiación, el sombreado, la orientación y la temperatura.
La eficiencia de la celda está determinada por la estructura de la celda y el material de silicio base utilizado, que generalmente es de tipo P o tipo N. La eficiencia de la celda se calcula mediante el llamado factor de llenado (FF), que es la eficiencia de conversión máxima de un Célula fotovoltaica a tensión y corriente de funcionamiento óptimas.
El diseño de la celda juega un papel importante en la eficiencia del panel. Las características clave incluyen tipo de silicio, barra colectora múltiple (MBB) y tipo de pasivación (PERC).
Las celdas IBC de alto costo son actualmente las más eficientes (20-22%), debido a la alta pureza de la base de la celda de silicio tipo N y la ausencia de pérdidas debido al sombreado de la barra colectora o de los dedos. Sin embargo, las recientes células monoPERC con MBB y las últimas células de heterounión (HJT) han alcanzado niveles de eficiencia muy superiores al 20%.
Dependencia de la eficiencia de la temperatura.
La potencia nominal de un panel solar, medida en vatios (W), se calcula en condiciones de prueba estándar (STC) y se mide a una temperatura de celda de 25°C. Sin embargo, en el uso real, la temperatura de la celda generalmente excede los 25°C, dependiendo de la temperatura del aire ambiente, la velocidad del viento, la hora del día y la cantidad de radiación solar (energía solar – W/m2).
Durante el tiempo soleado, la temperatura interna de la celda suele ser entre 20 y 30 °C más alta que la temperatura del aire ambiente, lo que equivale a una reducción de aproximadamente entre un 8 y un 12 % en la potencia total, dependiendo del tipo de celda solar y su coeficiente de temperatura.
Por el contrario, las temperaturas extremadamente bajas pueden dar como resultado una mayor producción de energía a medida que el voltaje de la celda fotovoltaica aumenta a temperaturas más bajas por debajo del STC. Los paneles solares pueden generar energía por encima de la potencia nominal durante climas muy fríos y soleados.
Una temperatura de celda más alta o más baja reducirá o aumentará la producción de energía en una cantidad específica por cada grado por encima o por debajo de 25 °C (STC). Esto se conoce como coeficiente de temperatura de potencia y se mide en %/°C. Los paneles monocristalinos tienen un coeficiente de temperatura promedio de -0,38%/°C, mientras que los paneles policristalinos son ligeramente superiores, -0,40%/°C.
Las células IBC monocristalinas tienen un coeficiente de temperatura mucho mejor (más bajo), de alrededor de -0,30%/°C, mientras que las células con el mejor rendimiento a alta temperatura son las células HJT (heterounión) que llegan hasta -0,25%/°C.
¿Pueden los paneles solares ser 100% eficientes?
Para que un panel solar ordinario sea 100% eficiente, debe convertir toda la energía potencial que llega a su superficie en electricidad de CA. Esto significa que un panel solar no debe absorber calor, cubrir todos los espectros de luz, no reflejar luz y no perder ni un solo electrón durante décadas de complejos procesos químicos.
Sin embargo, se están realizando investigaciones sobre lo que se denomina “generación de excitones múltiples” (MEG). Los investigadores dicen que las células solares han superado el 100% de eficiencia utilizando MEG, un proceso mediante el cual “un solo fotón de alta energía puede producir más de un par electrón-hueco por fotón absorbido.
La eficiencia adicional proviene de los puntos cuánticos que “cosechan” energía que de otro modo se perdería en forma de calor”. Por lo tanto, se puede lograr una eficiencia del 100 % si pensamos de forma innovadora.