Módulos solares: tecnología de células solares PERC vs. TOPCon

Aunque la primera célula solar, desarrollada en EE. UU. en 1954, fue una célula de tipo N, la célula de tipo P se impuso en los años posteriores. Esto se debió a que, en sus inicios, los módulos se utilizaban principalmente en la industria aeroespacial, donde demostraron ser más robustos. Solo en los últimos años, los fabricantes de células solares han comenzado a replantearse su enfoque, debido a la mayor potencia de salida de las células de tipo N. Esto se debe principalmente a su mayor vida útil, ya que, a diferencia de las de tipo P, no son susceptibles al "defecto de boro-oxígeno". Este defecto conlleva una disminución de la eficiencia con el tiempo. Además, las células solares de tipo N son menos propensas a las impurezas metálicas en el silicio.

En la tecnología fotovoltaica (FV), incluso las más mínimas discrepancias en la composición química pueden generar diferencias significativas en la eficiencia y la viabilidad económica. Un buen ejemplo es la comparación entre las células solares de tipo P y tipo N. Estas difieren en su estructura celular: las células solares de tipo P se basan en un sustrato de silicio con carga positiva, mientras que las células solares de tipo N tienen un diseño opuesto, con el lado dopado negativamente como base de la célula.

Sin embargo, la producción de células solares de tipo N es actualmente más cara debido a décadas de enfoque en las células de tipo P. Su producción generó economías de escala en la cadena de valor, que aún deben establecerse para la fabricación de células de tipo N. Además, la producción de módulos solares de tipo N implica pasos adicionales, lo que incrementa aún más los costos. No obstante, debido a su mayor eficiencia, la cuota de mercado de las células de tipo N está en constante crecimiento, y es probable que solo sea cuestión de tiempo antes de que desplacen a las células de tipo P como la tecnología de células solares dominante.

Una rivalidad similar entre dos tipos de células se puede ver cuando se comparan las tecnologías de células solares PERC (emisor pasivo y célula trasera) y TOPCon (contacto pasivo de óxido de túnel), que recientemente han causado revuelo.

Los módulos PERC aumentan la eficiencia de los módulos fotovoltaicos porque convierten la luz entrante en energía de forma más eficaz. Esto se consigue reflejando la parte de la luz que llega a la parte posterior de la celda hacia el interior de la misma. Esto es posible gracias a una capa aplicada en la parte posterior del módulo, conocida como pasivación posterior. El aumento de eficiencia de las celdas PERC en comparación con los módulos convencionales es del 1%, lo que a su vez contribuye a reducir los costes de producción por kWp generado.

Para lograr la máxima eficiencia, las células PERC utilizan principalmente monoobleas. Este tipo de célula solar ha experimentado un desarrollo significativo en los últimos años. El aumento de la eficiencia ha permitido que sustituyan casi por completo a las células BSF de Al convencionales en los sistemas fotovoltaicos profesionales. Sin embargo, las células PERC no son nada nuevo; su principio fue descrito por primera vez en 1983 por la Universidad de Nueva Gales del Sur (Australia). Solo mediante la mejora continua de los procesos de producción se pudo alcanzar el máximo potencial de la tecnología para la producción en masa.

Sin embargo, la tecnología PERC no está exenta de problemas. Estas células son más susceptibles a la degradación inducida por la luz (DIL) que las células convencionales. Este efecto de la DIL provoca una disminución del rendimiento de las células solares tras su primera exposición a la luz. El riesgo de degradación inducida por el potencial (DIP) también es mayor. Los defectos de la DIP pueden tener consecuencias de gran alcance, ya que pueden reducir significativamente la producción de sistemas fotovoltaicos completos. Por lo tanto, los inversores deben prestar especial atención a garantizar que las células PERC cuenten con la certificación de resistencia a la DIP según la norma IEC TS 62804.

TOPCon, una estrella emergente en la tecnología de células solares, se desarrolla en el Fraunhofer ISE de Friburgo. Estas células pueden ser monofaciales y bifaciales y, a diferencia de las PERC, utilizan principalmente obleas de tipo N. Presentan un mayor potencial de eficiencia en comparación con las PERC. El fabricante chino Jinko Solar demostró el año pasado el alto potencial de este potencial al presentar un módulo solar TOPCon monocristalino y bifacial de tipo N con una eficiencia de hasta el 23,53 %. El módulo TOPCon de Longi Solar, presentado en 2021, alcanzó un rendimiento aún mayor. Utilizando una célula TOPCon de tipo P, estableció un nuevo récord mundial de eficiencia para esta tecnología, alcanzando el 25,19 %. Dado el rápido progreso, es probable que este récord se supere en poco tiempo. La investigación intensiva en estos módulos garantizará que su desarrollo continúe durante mucho tiempo.

Aunque el rendimiento de las células solares TOPCon es difícil de superar, la tecnología PERC aún domina el mercado. Es probable que esto se mantenga así durante un tiempo debido al continuo aumento de la eficiencia de las células y a la reducción simultánea de los costos de producción.

Sin embargo, las células TOPCon están ganando terreno gracias a su excepcionalmente alta eficiencia. Actualmente, los altos costos de producción son un inconveniente para este tipo de sistema fotovoltaico. No obstante, se esperan importantes economías de escala a medida que aumenta la producción en masa, lo que permitiría a los módulos TOPCon convertirse en serios competidores de la tecnología PERC en Alemania. Investigadores del Instituto Fraunhofer de Sistemas de Energía Solar (ISE) lo confirman. Según ellos, además de reducir los costos de fabricación, es necesario aumentar la producción al nivel de las células PERC para establecer la viabilidad económica de los módulos TOPCon.

Según los hallazgos científicos, la tecnología TOPCon resulta en un aumento del coste total de las células solares entre un 13,5 % y un 18,6 % en el coste total de los módulos, y entre un 3,6 % y un 5,5 % en el coste total de los módulos, en comparación con el PERC en sistemas fotovoltaicos terrestres con una capacidad de 5 megavatios. No obstante, los investigadores del Fraunhofer ISE observaron que la eficiencia celular de las células solares TOPCon, entre un 0,4 % y un 0,55 % mayor, en comparación con el p-PERC bifacial, permite una producción en masa rentable.

Independientemente de si se utilizan células solares de tipo N o tipo P, existe una manera de aumentar significativamente la eficiencia de los módulos solares: la tecnología bifacial. A diferencia de las células solares monofaciales, que solo generan energía fotovoltaica cuando su superficie superior está iluminada, las células solares bifaciales están diseñadas para generar energía tanto desde su superficie superior como desde la inferior. Esta mayor absorción de luz mejora considerablemente la eficiencia del módulo.

Naturalmente, la eficiencia en la parte inferior no es tan alta como en la superior, orientada al sol. Sin embargo, dependiendo de la ubicación, la distancia al suelo y las condiciones externas, la eficiencia puede aumentar en más de un 19 % debido al aumento de la irradiancia en la parte inferior. Esto puede resultar en un aumento de la capacidad total del sistema de entre 10 y 30 Wp. Por ejemplo, la potencia de un módulo que antes suministraba 290 Wp aumenta a entre 320 y 360 Wp.

Al instalar sistemas bifaciales, es importante asegurarse de que se instalen a una distancia suficiente de la superficie inferior para permitir la transmisión de luz adicional. Para superficies con reflectividad baja o media, como un techo de tejas o césped, la distancia mínima debe ser de al menos 40 centímetros. Para superficies altamente reflectantes (por ejemplo, nieve), la distancia al suelo debe ser superior a 1,5 metros.

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