Los paneles solares son dispositivos que se nutren de energía solar para generar calor o electricidad.
Dependiendo de estas dos finalidades, hay que distinguir entre colectores solares, que producen agua caliente (generalmente de uso doméstico) utilizando la energía solar térmica, y paneles fotovoltaicos, que generan electricidad a partir de la radiación solar que incide sobre las células fotovoltaicas del panel.
El colector o captador solar contiene un líquido que absorbe la radiación solar en forma de calor. Este líquido pasa automáticamente a un compartimento de almacenado de calor. Los paneles constan de una placa receptora y unos conductos por los que circula dicho líquido. El líquido caliente se hace pasar a un intercambiador de calor, donde cede su calor para calentar el agua que posteriormente tendrá un uso doméstico. Cuando sale del intercambiador de calor el líquido está frío y se recircula de nuevo al colector solar.
Por su parte, los paneles solares fotovoltaicos constan de multitud de celdas, llamadas células fotovoltaicas, que convierten la radiación solar en electricidad. Esta electricidad se genera debido al efecto fotovoltaico que provoca la energía solar (fotones), generando cargas positivas y negativas en dos semiconductores próximos de distinto tipo, lo que genera un campo eléctrico que produce corriente eléctrica.
Tipos de células fotovoltaicas en paneles solares
Al margen de la clasificación que indicamos a continuación, cabe decir que las células de silicio son las más comunes y más utilizadas. El rendimiento de las células fotovoltaicas depende de la estructura tridimensional interna que tengan estas láminas de silicio.
Por el tipo de materiales utilizados, hay que destacar 3 tipos:
- De material simple: el material más utilizado es el silicio (Si), aunque también se utilizan el germanio (Ge) y selenio (Se).
- De compuestos binarios: los compuestos binarios que se han investigado han sido muchos, aunque lo más habituales han sido: CdTe, AsGa, InP, CdS,…
- De compuestos ternarios: entre otros cabe destacar algunos compuestos como AlGaAs, y los compuestos de estructura calcopirita basados en el Cu, como CuInSe2, …
Por la estructura interna del material, se puede realizar la siguiente clasificación:
- Monocristalinos: la célula es procesada como un único cristal. Las más típicas son Si, AsGa, CdTe… Estas células se componen de un único cristal de silicio de alta pureza y solidificado a temperatura homogénea. Esto deriva en una mayor eficiencia y rendimiento del panel, ya que permite a los electrones moverse con mayor libertad. La estructura interna de una célula solar fotovoltaica monocristalina sería como la mostrada en la figura.
- Multicristalinos: estas células sacrifican parcialmente el rendimiento final de la célula a cambio de una disminución de su coste. La estructura interna está formada por multitud de granos o monocristales de gran tamaño. La orientación cristalina de estos granos es totalmente aleatoria.
- Policristalinos: aunque con una estructura basada también en pequeños cristales o granos, el tamaño de grano en estos materiales es muy inferior al de los materiales multicristalinos. Se distinguen por su tono azulado. La estructura interna de una célula solar fotovoltaica policristalina sería como la mostrada en la figura.
- Dispositivos híbridos: muchas células modernas se fabrican a partir de capas o sustratos monocristalinos sobre las que se deposita un segundo material con estructura policristalina por medio de técnicas de lámina delgada.
- Amorfos: el único material empleado en la actualidad en esta forma es el Silicio, normalmente con incorporación de hidrógeno en el proceso de fabricación. Este tipo de células son las más económicas pero también las que menores rendimientos ofrecen. Uno de los problemas presentados es la degradación que se produce en su rendimiento tras los primeros meses de operación. La estructura interna de una célula solar fotovoltaica amorfa sería como la mostrada en esta figura.
Cómo calcular la potencia de una placa solar
Para entender cómo funcionan los paneles solares, es muy importante saber cómo se calcula la potencia de un módulo. A la hora de medir o poder calcular el rendimiento de los paneles, la medida utilizada en los módulos solares es vatios pico (Wp). Esta medida es utilizada como una referencia con la que poder medir el rendimiento de los paneles solares y así poder establecer comparaciones entre ellos.
Teniendo en cuenta que la cantidad de luz solar incidiendo sobre los paneles varía según la hora del día y época del año, la corriente generada oscila considerablemente y esto dificulta en gran medida su medición. Como solución a este problema, se utiliza la medida de vatios pico (Wp), que representa el rendimiento proporcionado por los paneles dada una radiación y temperatura solar estándar.
Todo esto hace que a la hora de dimensionar y analizar la rentabilidad de una instalación fotovoltaica, sea muy importante analizar cuántos Wp se deben instalar para obtener la máxima capacidad de autoconsumo posible.