Módulos solares: tecnología de células solares PERC versus TOPCon

Aunque la primera célula solar desarrollada en Estados Unidos en 1954 fue de tipo N, la célula de tipo P se hizo popular en los años siguientes. La razón fue que al principio los módulos se utilizaban principalmente en viajes espaciales, donde demostraron ser más resistentes. Sólo en los últimos años los fabricantes de células solares han comenzado a repensar su enfoque, lo que se debe al mayor rendimiento de las células de tipo N. La razón principal de esto es la mayor vida útil de estas células porque, a diferencia del tipo P, no están amenazadas por el "defecto de boro-oxígeno". Esto conduce a una reducción de la eficiencia a medida que aumenta el tiempo de funcionamiento. Además, las células solares de tipo N son menos susceptibles a la contaminación metálica del silicio.

En la tecnología fotovoltaica, incluso las discrepancias más pequeñas en la composición química son responsables de grandes diferencias en eficiencia y distribución económica. Esto se puede comprobar, por ejemplo, al comparar las células solares de tipo P y N. Ambos se diferencian en cuanto a su estructura celular, basándose las células solares de tipo P en que están construidas sobre una base de silicio cargada positivamente. Por el contrario, las células solares del tipo N están diseñadas al revés, porque el lado dopado negativamente sirve como base de la célula solar.

Sin embargo, las células solares de tipo N son actualmente más caras de producir, debido a que durante décadas se ha centrado la atención en las células de tipo P. Su producción generó economías de escala en la cadena de valor, que primero deben desarrollarse en la producción de tipo N. Además, en la producción de módulos solares de tipo N se requieren pasos adicionales, lo que aumenta aún más los costes. Sin embargo, debido a su mayor eficiencia, la proporción del tipo N aumenta continuamente y sólo será cuestión de tiempo antes de que reemplace al tipo P como la tecnología de células solares dominante.

Una rivalidad comparable entre dos tipos de células se puede observar al comparar las tecnologías de células solares PERC (Passivated Emitter and Rear Cell) y TOPCon (Tunnel Oxide Passivated Contact), que recientemente han causado revuelo.

Los módulos PERC aumentan la eficiencia de los módulos fotovoltaicos porque convierten mejor la luz incidente en energía. Lo hacen reflejando la parte de la luz que llega a la parte posterior de la célula hacia el interior de la célula. Esto es posible gracias a una capa aplicada en la parte posterior del módulo, la llamada pasivación trasera. La mayor eficiencia de las células PERC en comparación con los módulos convencionales es del 1%, lo que a su vez ayuda a reducir los costes de producción por kWp ganado.

Para lograr la mayor eficiencia posible, las mono obleas se utilizan principalmente en células PERC. El tipo de célula solar ha experimentado un enorme desarrollo en los últimos años. El aumento de la eficiencia les ha llevado a sustituir casi por completo las células Al BSF convencionales en el ámbito de las instalaciones fotovoltaicas profesionales. Las células PERC no son nada nuevas, ya que su principio fue mencionado por primera vez en 1983 por la Universidad Australiana de Nueva Gales del Sur. Sin embargo, sólo los procesos de producción constantemente mejorados permitieron aprovechar plenamente el valor de la tecnología para la producción en masa.

Sin embargo, la tecnología PERC no está exenta de problemas. Esto las hace más sensibles a la degradación inducida por la luz que las células convencionales. Este efecto LID hace que las células solares pierdan energía después de su primer contacto con la luz. El riesgo de degradación potencial inducida también es mayor. El defecto PID puede tener consecuencias de gran alcance, ya que puede reducir significativamente el rendimiento de sistemas fotovoltaicos completos. Por lo tanto, los inversores deben prestar especial atención al hecho de que las células PERC han sido certificadas para resistencia PID de acuerdo con IEC TS 62804.

Una estrella en ascenso en el campo de las células solares es la tecnología TOPCon desarrollada en el Fraunhofer ISE de Friburgo. Estas células pueden ser tanto monofaciales como bifaciales y, a diferencia de PERC, dependen principalmente de obleas de tipo N. Tienen un mayor potencial de eficiencia en comparación con el PERC. El año pasado, el fabricante chino Jinko Solar demostró lo alto que puede ser esto cuando presentó un módulo solar monocristalino bifacial TOPCon de tipo N con una eficiencia de hasta el 23,53%. El módulo TOPCon presentado por Longi Solar en 2021 logró un rendimiento aún mayor. Con una celda TOPCon tipo P, se logró una eficiencia del 25,19%, estableciendo un nuevo récord mundial de eficiencia para esta tecnología. Dado el rápido progreso, será sólo cuestión de tiempo antes de que se supere este récord. La intensa investigación sobre los módulos debería garantizar que el desarrollo todavía no tenga un final a la vista.

Aunque el rendimiento de las células solares TOPCon es difícil de superar, la tecnología PERC todavía domina el mercado. Es probable que esto siga siendo así durante un tiempo debido a la creciente eficiencia de las células y, al mismo tiempo, a la reducción de los costes de producción.

Sin embargo, las células TOPCon están en auge debido a su altísima eficiencia. Los elevados costes de producción todavía hablan en contra de este tipo de energía fotovoltaica. Sin embargo, a medida que comience la producción en masa, también aquí se esperan importantes economías de escala, lo que garantizaría que los módulos TOPCon en Alemania se conviertan en una competencia seria para la tecnología PERC. Los investigadores del Fraunhofer-ISE también lo confirman. Sin embargo, según ellos, además de una reducción de los costes de fabricación, es necesario un aumento de la producción hasta el nivel de las células PERC para apuntalar la viabilidad económica de los módulos TOPCon.

Según los hallazgos de los científicos, la tecnología TOPCon genera entre un 13,5 y un 18,6% más costes totales de células solares y entre un 3,6 y un 5,5% más costes totales de módulos en comparación con el PERC para sistemas fotovoltaicos montados en suelo con una potencia de 5 megavatios. Sin embargo, los investigadores del Fraunhofer ISE afirmaron que una eficiencia celular entre un 0,4 y un 0,55 % mayor de las células solares TOPCon en comparación con el p-PERC bifacial hace posible una producción rentable a gran escala.

Independientemente de si se utilizan células solares de tipo N o de tipo P, existe una manera de aumentar enormemente la eficiencia de los módulos solares. Esta es la tecnología bifacial. A diferencia de la célula solar monofacial, que sólo genera electricidad fotovoltaica iluminando la parte superior, la célula solar bifacial está diseñada de modo que pueda generar electricidad desde arriba y desde abajo. El aumento del aprovechamiento de la luz conseguido de esta manera aumenta significativamente la eficiencia del módulo.

Por supuesto, la eficiencia en la parte inferior no es tan grande como en la parte superior, que está orientada hacia la luz del sol. Sin embargo, la eficiencia puede aumentar en más de un 19% debido a la radiación en la parte inferior, dependiendo de la ubicación, la distancia al suelo y las condiciones externas. Esto significa que la capacidad de todo el sistema se puede aumentar entre 10 y 30. Por ejemplo, el rendimiento de un módulo que antes entregaba 290 Wp aumenta a 320 o 360 Wp.

Al instalar sistemas bifaciales, se debe tener cuidado para garantizar que se instalen a una distancia suficiente de la superficie inferior para permitir la radiación adicional. La distancia mínima debe ser de al menos 40 centímetros para superficies con una reflexión débil o media, como un tejado de tejas o césped. Sin embargo, para superficies altamente reflectantes (por ejemplo, nieve), la distancia al suelo debe ser superior a 1,5 metros.

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