Células solares: ¿Qué módulos solares ofrecen actualmente la mejor tecnología y el mayor rendimiento?

El desarrollo tecnológico en células solares continúa avanzando rápidamente. Lo que ayer era vanguardista e innovador suele quedar obsoleto mañana. Los avances tecnológicos hacen que los sistemas sean cada vez más robustos y eficientes, lo que genera una creciente demanda de electricidad fotovoltaica. Es probable que esta demanda se vea impulsada aún más por la Ley de Protección del Clima y el objetivo de Alemania de alcanzar la neutralidad climática para 2045, por lo que se espera un aumento significativo de las energías renovables en los próximos años.

La eficiencia de la tecnología fotovoltaica depende fundamentalmente de los diferentes tipos de módulos solares utilizados. En Alemania, cuatro tipos de módulos predominan en los sistemas fotovoltaicos. Presentamos sus ventajas y desventajas, así como sus perspectivas de futuro.

Módulos solares: ¿Qué tipos hay?

Los distintos tipos de módulos fotovoltaicos se caracterizan por sus, a veces, significativas diferencias en su diseño técnico. Esto se traduce en una gran variedad de rendimiento, vida útil y costes. Los analizaremos con más detalle a continuación:

• Módulos de vidrio-vidrio/doble acristalamiento
• Módulos policristalinos
• Módulos monocristalinos
• módulos de película delgada
• Módulos CIS/CIGS

En el módulo de vidrio con tecnología de celdas bifaciales, la luz se capta tanto en la parte frontal como en la posterior. Aumentar la cantidad de luz captada aumenta la eficiencia del módulo.

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Los módulos fotovoltaicos policristalinos, al igual que sus homólogos monocristalinos, están hechos de silicio. Tras fundir el silicio, se vierte en moldes rectangulares alargados y se enfría lentamente. Las estructuras cristalinas resultantes se separan en etapas posteriores de producción y se cortan en obleas, que forman las células solares policristalinas. Visualmente, se distinguen por su llamativo color azul.

Este proceso tiene la ventaja de ser relativamente económico, razón por la cual los módulos fotovoltaicos policristalinos se encontraban entre las células solares más utilizadas durante mucho tiempo. La tecnología ha demostrado su eficacia durante muchos años y, por lo tanto, es extremadamente fiable. Además de su baja susceptibilidad a fallos, su larga vida útil es otra ventaja de este sistema. Sin embargo, el proceso de fabricación presenta la desventaja de crear imperfecciones en las interfaces entre los cristales individuales. Esto da como resultado una eficiencia de estas células solares solo promedio, del 12 al 16 %. En consecuencia, el espacio requerido aumenta y la eficiencia disminuye.

Otras dos desventajas que tienen en común los módulos policristalinos y monocristalinos son su peso relativamente elevado y las pérdidas de rendimiento en condiciones de luz difusa y altas temperaturas.

Los módulos monocristalinos también están hechos de silicio. A diferencia de los módulos policristalinos, el silicio se funde una segunda vez, lo que da lugar a monocristales columnares (de ahí el nombre "mono"). No sufren las pérdidas por fricción que se observan en los módulos policristalinos. Esto se traduce en una mayor eficiencia de hasta un 20 % en estas células solares de color azul oscuro a negro brillante.

Además de su baja susceptibilidad a fallos y su probada implementación durante décadas, los módulos monocristalinos se caracterizan por su menor tamaño. Sin embargo, su fabricación es comparativamente costosa. Además, son relativamente pesados ​​y su eficiencia se reduce en condiciones de poca luz y altas temperaturas.

En resumen, ambos tipos de módulos cristalinos ofrecen un rendimiento eficaz. Sin embargo, son relativamente pesados, siendo los módulos solares monocristalinos la mejor opción en espacios reducidos debido a su mayor eficiencia. Esta mayor eficiencia ha propiciado su adopción generalizada frente a las células solares policristalinas, a pesar de su mayor precio.

Sin embargo, el hecho de que los módulos policristalinos sean hasta un tercio más baratos (por kWp) garantiza que sigan siendo muy populares, especialmente para sistemas fotovoltaicos más grandes sin limitaciones de espacio.

Como su nombre indica, los módulos de película delgada se caracterizan por su espesor extremadamente bajo. Tradicionalmente, estos módulos se fabrican con semiconductores de silicio amorfo. En este sistema, un sustrato, generalmente de vidrio, se recubre con una fina capa. Este método de construcción da como resultado células solares de película delgada aproximadamente 100 veces más delgadas que dos módulos solares fabricados con obleas de silicio.

En microelectrónica, fotovoltaica y tecnología de microsistemas, las obleas son discos circulares o cuadrados de aproximadamente un milímetro de grosor. Se fabrican a partir de lingotes (semiconductores) monocristalinos o policristalinos, y suelen servir como sustratos (placas base) para componentes electrónicos, como circuitos integrados (CI), componentes micromecánicos y recubrimientos fotoeléctricos. En la producción de componentes microelectrónicos, se suelen combinar varias obleas en un lote y procesarlas secuencialmente o en paralelo.

Esta es también una de las mayores ventajas de los módulos de película delgada, ya que su bajo peso los hace muy flexibles y versátiles. Por lo tanto, estos módulos ya no se utilizan solo en grandes sistemas fotovoltaicos, sino también para la generación de energía en relojes y otros pequeños dispositivos electrónicos. Además, los módulos de película delgada son fáciles de fabricar y económicos de producir gracias a su bajo consumo de materia prima, lo que ha impulsado aún más su uso generalizado. Además, su curva de rendimiento no se aplana tanto en condiciones de iluminación desfavorables como la de los dos módulos cristalinos mencionados anteriormente.

Sin embargo, estos módulos estrechos presentan la desventaja de una eficiencia significativamente menor que la de otras células solares. Esta puede ser de tan solo un 7%, lo que significa que su uso en sistemas fotovoltaicos requiere un espacio considerable. Para lograr una mayor eficiencia, los fabricantes han optado por producir módulos de película delgada con telururo de cadmio (CdTe). Este principio de diseño ofrece la ventaja de una eficiencia ligeramente superior, de hasta un 8%. Es especialmente adecuado para su uso en zonas con altos niveles de neblina y niebla, así como con luz difusa. Sin embargo, los usuarios deben asumir precios más altos y costes adicionales por el reciclaje, más costoso, del cadmio contenido en los módulos durante el desmantelamiento. A pesar del aumento de los costes, el uso de este diseño de módulo más eficiente está en auge.

Además, muchas empresas investigan actualmente módulos de película delgada fabricados con sulfuro de cobre, zinc y estaño (CZTS). Este material semiconductor tiene la ventaja, frente a las células solares de película delgada convencionales, de que su construcción no requiere el uso de elementos raros y tóxicos. Sin embargo, es probable que pase algún tiempo antes de que esta tecnología esté lista para la producción en masa.

Estos módulos son un tipo especial de célula solar de película delgada y actualmente el segundo diseño más común en este campo, después de la variante de CdTe. Se basan en los compuestos diseleniuro de cobre-indio (CIS) o diseleniuro de cobre-indio-galio (CIGS) y conducen la electricidad significativamente mejor que los módulos de película delgada basados ​​en silicio. Su eficiencia oscila entre el 12% y el 15%, equivalente a la mayor eficiencia entre las células solares de película delgada. Además, sufren pérdidas mínimas en luz difusa y altas temperaturas, y son ligeros y resistentes a los defectos.

Estas ventajas se ven contrarrestadas por el costoso proceso de fabricación y el complejo reciclaje del selenio contenido en los módulos. Además, debido al desarrollo relativamente reciente de estos módulos, se carece de datos a largo plazo sobre la durabilidad del sistema. Sin embargo, es principalmente el alto precio lo que ha provocado el estancamiento de la producción de estas células solares durante años.

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