¿Qué es una placa solar fotovoltaica?
Expertos en la instalación de placas solares, nos explica que una placa solar fotovoltaica es un dispositivo electrónico formado por varias decenas de células semiconductoras que utilizan la luz solar para generar electricidad.
Cuando la luz solar incide en las células de la placa, sus fotones son absorbidos por el material semiconductor de la célula y se genera una corriente eléctrica.
Como las células individuales producen muy poca energía, se conectan en serie y en paralelo para formar una placa. Las conexiones en serie aumentan la tensión para la misma corriente, mientras que las conexiones en paralelo aumentan la corriente para la misma tensión.
Como la potencia es el producto de la corriente y la tensión, la potencia de una placa es proporcional al número de células que contiene. Cuanto más potente es una placa solar, más energía puede producir.
En general, las placas solares tienen entre 60 y 72 células, aunque algunos paneles tienen hasta 144 células.
¿Cuáles son los distintos tipos de células solares fotovoltaicas?
Los expertos en instalación de placas solares, explican que existen tres tipos de células fotovoltaicas: células amorfas, células monocristalinas y células policristalinas.
Las células amorfas están formadas por una capa muy fina de silicio sobre un material amorfo (normalmente vidrio, acero o plástico). Son de color gris oscuro y forma rectangular.
Su rendimiento oscila entre el 5 y el 10% y su vida útil es de unos 10 años. Son las células más baratas de producir.
Las células monocristalinas están hechas de un solo cristal de silicio. Tienen forma octogonal y son de color negro. Su eficiencia varía entre el 15 y el 24% y tienen una vida útil de 30 años. Son las células más caras de producir.
Las células policristalinas se componen de varias piezas de silicio fundidas entre sí. Tienen forma cuadrada y son de color azul. Su rendimiento oscila entre el 14 y el 20% y su vida útil es de 30 años.
Su coste de fabricación es inferior al de las células monocristalinas, pero superior al de las policristalinas. Son las células más populares por su buena relación calidad-precio.
Las diferencias de eficiencia se deben principalmente al nivel de pureza cristalina de las células. Cuanto mayor sea la pureza de una célula, mejor será su interacción con la radiación solar y, por tanto, su eficiencia.
El grosor de la célula también influye en la eficiencia, que es proporcional al grosor de la célula.
¿Qué materiales se necesitan para fabricar las placas solares?
La gran mayoría de las células fotovoltaicas se fabrican con silicio. El silicio se utiliza por su bajo coste de extracción y sus propiedades semiconductoras.
El silicio no existe en estado libre, sino en diversas formas de minerales como la arena o el cuarzo. Es muy abundante, por no decir casi ilimitado.
La extracción del silicio del cuarzo se realiza por carboración, que es la extracción de metales de sus óxidos en presencia de coque a temperaturas muy elevadas en un horno de arco eléctrico.
Las altísimas temperaturas (hasta 2000°C) permiten que se produzcan ciertas reacciones químicas, entre ellas la reducción de la sílice (SiO2 + C ⟶ Si + CO2) y la eliminación del oxígeno.
El silicio obtenido mediante este proceso es de grado metalúrgico, es decir, tiene una pureza del 99,99%. Una vez alcanzada esta pureza, se utilizará para la producción de células fotovoltaicas.
Elemento – Cantidad necesaria (kg)
- Cuarzo – 2900
- Coque de petróleo – 740
- Carbón bituminoso – 590
- Astillas de madera – 1580
- Energía eléctrica (kWh) – 12.000
País Producción anual (miles de toneladas)
- Estados Unidos – 700
- República Checa – 450
- 440 – China
- China – 420
- Argentina – 200
- Perú – 120
- Japón – 100
- 90 Corea del Sur
- Corea del Sur – 70
- Rusia – 70
¿Cuáles son las diferentes etapas de producción de las placas solares?
- El primer paso en la fabricación de una placa solar es producir lingotes de silicio con una pureza del 99,99%.
Para ello, el silicio se cuece en un horno de arco eléctrico a una temperatura de varias horas.
- Aserrado del lingote: Una vez enfriados, los lingotes se cortan en rodajas del grosor de una hoja de papel.
Estas láminas se denominan comúnmente obleas. A continuación, las obleas reciben un tratamiento antirreflectante para limitar la cantidad de luz que reflejan (y, por tanto, la cantidad de luz que absorben).
- Difusión de fósforo: Para que la oblea se convierta en una célula fotovoltaica, hay que añadirle impurezas.
Estas impurezas se llaman así porque aceptan o donan un electrón para unirse al semiconductor de la célula (el silicio) y generar así corriente.
En la capa superior de la célula, la impureza añadida es un elemento que tiene más electrones que el silicio (normalmente fósforo). Esta capa es de tipo N y está cargada negativamente.
En la capa inferior de la célula, la impureza añadida es un elemento que tiene menos electrones que el silicio (normalmente boro). Esta capa es de tipo P y está cargada positivamente.
Para que se produzca la conducción, debe crearse una unión PN. Una vez creada la unión, la oblea es una célula fotovoltaica, con un lado negativo y otro positivo.
- Metalización por serigrafía: Se imprime una pasta a base de plata antes de ser recocida a alta temperatura sobre la superficie de las células fotovoltaicas, con el objetivo de poder recoger la corriente eléctrica que producen.
- Interconexiones en cadena: Todas las células del panel solar se sueldan entre sí, ya sea en serie o en paralelo.
- Encapsulado: Las células del panel solar se encapsulan entre una lámina de vidrio y un polímero para protegerlas de los rayos UV y la humedad y aislarlas eléctricamente.
- Enmarcado: Esta etapa consiste en enmarcar el panel solar en un marco de aluminio para darle rigidez mecánica.
La elección del aluminio se justifica por su bajo peso, su precio económico y su robustez.
Finalmente, el módulo se somete a pruebas mecánicas, ópticas y eléctricas antes de salir al mercado.
¿Cuál es el mejor tipo de placa solar fotovoltaica?
Los profesionales del sector de placas solares, nos ofrecen un resumen sobre las placas solares monocristalinas tienen células solares fabricadas a partir de un único cristal de silicio, mientras que las placas solares policristalinas tienen células solares fabricadas a partir de varias piezas de cristales de silicio fusionadas.
En cambio, las placas solares amorfas están formadas por una fina capa de silicio sobre un material amorfo.
Esta diferencia de fabricación hace que las placas solares monocristalinas tengan la mayor respuesta espectral, lo que les confiere una mayor eficiencia.
Aunque son más caros, el hecho de que puedan producir más energía compensa el sobrecoste, sobre todo porque su vida útil es de al menos 25 años.
Además, su color negro es más discreto y combina mejor con un tejado de tejas convencional. En resumen, los paneles solares monocristalinos son definitivamente el mejor tipo de panel solar.
Sin embargo, para aquellos con un presupuesto más limitado, los paneles solares policristalinos siguen siendo una buena opción.
