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

El desarrollo técnico de las células solares continúa avanzando rápidamente. Lo que ayer era ultramoderno e innovador mañana suele quedar obsoleto. El progreso técnico hace que los sistemas sean cada vez más estables y eficientes, lo que conduce a una creciente demanda de electricidad fotovoltaica. Es probable que esto se vea estimulado aún más por la Ley de Protección del Clima y la neutralidad climática a la que aspira Alemania para 2045, por lo que se puede esperar un crecimiento significativo de las energías renovables en los próximos años.

Los diferentes tipos de módulos solares juegan un papel crucial en la eficiencia de la tecnología fotovoltaica. En este país hay cuatro tipos de módulos en particular que dominan el uso en sistemas fotovoltaicos. Le presentaremos sus ventajas y desventajas, así como sus perspectivas.

Módulos solares: ¿Qué tipos hay?

Los tipos de módulos fotovoltaicos se caracterizan por diferencias a veces significativas en su diseño técnico. Esto significa que ofrecen resultados muy diferentes en términos de rendimiento, duración de uso y costes. A continuación queremos echarles un vistazo más de cerca:

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

Con el módulo de vidrio con tecnología de células bifaciales, la luz se capta tanto en la parte frontal como en la trasera del módulo. Aumentar el uso de la luz aumenta la eficiencia del módulo.

Adecuado para:

• Células solares de dos superficies, bifaciales o bifaciales: información interesante sobre los módulos solares
• BSC – Células Solares Bifaciales: Historia de la célula solar bifacial o de dos superficies
• Módulos solares: módulos bifaciales/bifaciales para una mayor eficiencia y una mayor eficacia luminosa – asesoramiento, planificación y soluciones

Los módulos fotovoltaicos policristalinos, al igual que los módulos monocristalinos relacionados, están hechos de silicio. Una vez derretido, se vierte en moldes cuadrados y alargados y se enfría lentamente. Las estructuras cristalinas resultantes se dividen en otros pasos de producción y se descomponen en discos que forman las células solares policristalinas. Visualmente se caracterizan por su llamativo color azul.

Este proceso tiene la ventaja de ser relativamente económico, razón por la cual los módulos fotovoltaicos policristalinos estuvieron durante mucho tiempo entre las células solares más utilizadas. La tecnología ha sido probada durante mucho tiempo y, por lo tanto, es extremadamente fiable. Además de la baja susceptibilidad a fallos, este sistema también tiene una larga vida útil. Sin embargo, el proceso de fabricación tiene el inconveniente de que se produce un desdibujamiento en las capas límite de los cristales individuales. Esto significa que la eficiencia de estas células solares está sólo en el rango medio, entre el 12 y el 16%. Esto aumenta la necesidad de espacio y reduce la eficiencia.

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

Los módulos monocristalinos también están hechos de silicio. A diferencia de la estructura policristalina, el silicio se funde por segunda vez, creando monocristales columnares (de ahí “mono”). No sufren las pérdidas por fricción observadas con los módulos policristalinos. Esto conduce a una mayor eficiencia de hasta un 20% para las brillantes células solares de color azul oscuro a negro.

Además de su baja susceptibilidad a fallos y su implementación probada desde hace décadas, los módulos monocristalinos se caracterizan por su menor necesidad de espacio. Sin embargo, estos módulos son comparativamente caros de producir. A esto se suma su peso relativamente elevado y su reducida eficiencia en condiciones de poca iluminación y altas temperaturas.

En resumen, ambas formas de módulos cristalinos funcionan eficazmente. Sin embargo, son relativamente pesados, aunque los módulos solares monocristalinos son la mejor opción cuando el espacio es limitado debido a su mayor eficiencia. Su mayor eficiencia ha hecho que a menudo prevalezcan sobre las células solares policristalinas a pesar de su mayor precio.

Sin embargo, el precio hasta un tercio más bajo (por kWp) de los módulos policristalinos garantiza que sigan gozando de una gran popularidad, especialmente en sistemas fotovoltaicos más grandes sin restricciones de espacio.

Como su nombre indica, los módulos de película fina se caracterizan por su escasa profundidad. Los módulos de película fina se fabrican tradicionalmente con semiconductores de silicio amorfo. En este sistema se vaporiza en una capa fina un material soporte, normalmente de vidrio. Gracias a este método de construcción, las células solares de película fina son unas 100 veces más delgadas que los 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 espesor. Están fabricados a partir de piezas en bruto monocristalinas o policristalinas (semiconductoras), los llamados lingotes, y normalmente sirven como sustrato (placa base) para componentes electrónicos, incluidos circuitos integrados (IC, "chip"), componentes micromecánicos o revestimientos fotoeléctricos. En la fabricación de componentes microelectrónicos, normalmente se combinan varias obleas en un lote y se procesan directamente una detrás de otra o en paralelo.

Esta es también una de las mayores ventajas de los módulos de película fina, ya que su bajo peso permite un uso muy flexible y versátil. Por este motivo, estos módulos se utilizan desde hace mucho tiempo no sólo en grandes instalaciones fotovoltaicas, sino también para generar electricidad en relojes y otros pequeños aparatos eléctricos. Además, los módulos de capa fina son fáciles de fabricar y económicos debido a la baja necesidad de materia prima, lo que dio un impulso adicional a su difusión. Su curva de rendimiento tampoco se aplana tanto en condiciones de iluminación desfavorables como ocurre con los dos módulos cristalinos mencionados anteriormente.

Sin embargo, los módulos estrechos tienen la desventaja de que tienen una eficiencia mucho menor que otras células solares. Esto supone hasta un 7%, por lo que su uso en sistemas fotovoltaicos requiere una cantidad importante de espacio. Para lograr una mayor eficiencia, los fabricantes han pasado a producir módulos de película delgada con telururo de cadmio (CdTe). El principio de diseño tiene la ventaja de una eficiencia ligeramente mayor, de hasta el 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 tienen que aceptar precios más elevados y, en el caso del desmontaje, costes adicionales por el costoso reciclaje del cadmio contenido en los módulos. A pesar del aumento de los costos, el uso de este diseño modular más eficaz está aumentando.

Además, muchas empresas están investigando actualmente módulos de película delgada fabricados con sulfuro de cobre, zinc y estaño y azufre (CZTS). Este material semiconductor tiene la ventaja sobre las células solares de película fina convencionales de que no necesita utilizar elementos raros y tóxicos en su construcción. Sin embargo, probablemente pasará algún tiempo antes de que esta tecnología esté lista para su producción en masa.

Estos módulos son una forma especial de células solares de película fina y actualmente son el segundo tipo más común en este ámbito, detrás de la variante CdTe. Se basan en los compuestos diseleniuro de cobre, indio y galio (CIGS) y conducen la electricidad significativamente mejor que los módulos de película delgada basados ​​en silicio. Su eficiencia está entre el 12 y el 15%, lo que equivale a la eficiencia más alta entre las células solares de película delgada. También sufren pocas pérdidas en luz difusa y altas temperaturas y también son de bajo peso y baja susceptibilidad a fallar.

Estas ventajas se ven compensadas por la costosa producción y el complejo reciclaje del selenio contenido en los módulos. Además, debido a la existencia relativamente nueva de estos módulos, no existe experiencia a largo plazo sobre la durabilidad del sistema. Sin embargo, es principalmente el alto precio lo que ha provocado que la producción de estas células solares se haya estancado durante años.

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