A la hora de introducirse en el ambiente de las energías renovables y especialmente de la generación de energía a partir de la fuente solar, muchas son las dudas que se tienen. Pero hay una que nos marca: ¿Cuáles son los paneles solares más eficientes que uno debería elegir a la hora de realizar una instalación fotovoltaica?
Si bien comprar los paneles solares más rendidores que existen en el mercado puede ser la solución a esa pregunta, muchas veces no es tan simple, ya que no siempre los rankings de performance son los más convenientes en términos económicos. En la ecuación final hay que incluir también otros elementos que son decisivos para evaluar los costos reales.
Por eso, para contestar bien la pregunta, primero hay que hablar de la eficiencia de un panel solar, qué significa eso y conocer un poco de la historia de la evolución de los paneles solares y su rendimiento energético.
La eficiencia de los paneles solares fotovoltaicos tiene que ver con la calidad de sus células fotovoltaicas (FV). La eficiencia de conversión de una célula fotovoltaica es el porcentaje de energía solar que incide en un panel solar y que es convertida en electricidad utilizable. Cuanto más eficiente sea un panel solar, más energía producirá por cantidad de luz que brille en la célula, y esto, a su vez, reducirá la superficie necesaria para satisfacer tus necesidades energéticas.
Así, los paneles solares están compuestos por células solares unidas entre sí, que son las que realmente convierten la luz solar en electricidad. Cuando la luz del sol llega a los paneles, la energía de la luz se captura y se convierte en energía eléctrica que se puede utilizar para alimentar una vivienda, empresa o emprendimiento. Por tanto, la eficiencia de un panel solar es simplemente el porcentaje de luz solar que llega al panel solar y que se convierte en electricidad utilizable.
Para poner un ejemplo, podemos pensar en que el sol proyecta el equivalente a 1 kilovatio (kW) o 1000 vatios en un panel solar. Este convierte esa energía en 200 vatios de electricidad que se puede utilizar. En base a esto, diríamos que esta placa solar tendría una eficiencia del 20%.
Evolución de las células fotovoltaicas y de los paneles solares
El Sol siempre ha sido un elemento indispensable para la supervivencia de todas las especies en la Tierra. Además de ello, el astro ha significado una gran herramienta para la producción y el aprovechamiento de la energía.
Ya las primeras civilizaciones lo utilizaban como medio para la generación de energía térmica y en la Grecia Antigua se llegó a inventar un sistema de espejos cóncavos para direccionar los rayos solares y encender objetos a través de la luz solar, como es el caso de la antorcha olímpica.
Como consecuencia a una escasez de madera que vivió el Imperio romano durante sus inicios, los romanos fueron los primeros que utilizaron el vidrio en las ventanas de sus hogares para concentrar el calor proveniente de los rayos solares y así mantener una buena temperatura en los interiores de las casas.
Pero hay que remontarse hasta el año 1839 para el primer reconocimiento del efecto fotovoltaico. Sucedió cuando el físico francés Alexadre-Edmond Becquerel, mientras este realizaba experimentos con una pila electrolítica. Alexandre se dio cuenta, tras varias pruebas, de que al exponer la pila a la luz solar la corriente subía por uno de los electrodos.
En 1883 el neoyorquino Charles Fritts logró fabricar el primer panel solar compuesto por selenio y revestido de pan de oro. Este artefacto generó una corriente continua, a la exposición tanto de la luz directa solar como de la luz difusa. La eficiencia de este panel oscilaba entre el 1 y el 2%, niveles muy bajos si tenemos en cuenta la actual eficiencia energética de hasta un 22%
En 1954 nace la primera célula fotovoltaica funcional, con un 4% de eficiencia, realizada por los laboratorios Bell. Los inventores de la célula fueron Daryl Chapin, Calvin Souther Fullery y Gerald Pearson. En 1957 el científico Herman Leslie Hoffman, inspirado por esta tecnología, se interesó por la mejora de las células solares. Así pues, en 1957 sacó una célula fotovoltaica con una eficiencia del 8%. Al año siguiente, la mejoró al 9% y luego llegó al 14% en 1960.
Y en 1982 Arco Solar construyó el primer parque solar, en California, con una capacidad de 1MW en su máxima potencia. Luego, el equipo de investigación Energía Solar Fotovoltaica dentro del Centro Conjunto de Microelectrónica de la UNSW, Universidad de Nueva Gales del Sur, en Australia, dirigido por el profesor Martin Green, creó la primera célula solar de silicio del mundo. La aplicación de este material permitía una eficiencia superior al 20%.
Subhendu Guha, un científico especialista en energía fotovoltaica indio-estadounidense, inventa las tejas solares flexibles de silicio el año 1998. Estas se podrían instalar con facilidad a los tejados residenciales. Y en 2005 llegaron al mercado los paneles solares de bricolaje. Estos pueden crearse con una impresora industrial. Tienen una conversión del 20% y con una sola tira se puede producir hasta 20 vatios.
Aunque la evolución de la energía solar se ha mantenido desde hace décadas, el enfoque con el paso de los años se ha basado en hacer que la tecnología de la energía solar sea más rentable y aplicable para el mundo de hoy. Y en este sentido, se ha logrado un gran éxito de la mano de las principales potencias mundiales en cuanto a energía fotovoltaica se refiere: países como Estados Unidos, China o Alemania.
La segunda generación de células solares se conoce desde los años noventa. Se basan en un método de producción epitaxial para crear láminas mucho más flexibles y delgadas que sus predecesoras. La eficiencia, entre el 28% y el 30%, es otra de sus principales ventajas, pero su elevado costo las limita hoy en día a los sectores aeronáutico y espacial.
La tercera generación persigue mejorar aún más los paneles. Diversos investigadores y empresas de todo el mundo trabajan en varias tecnologías, como las denominadas de huecos cuánticos, nanotubos de carbono o nanoestructuras de óxido de titanio con colorante (DSSC). Con ellas se podría crear una pintura que cubriría las casas o las rutas para generar energía. La eficiencia de estos sistemas también podría ser superior (entre el 30% y el 60%).
Una cuarta generación de paneles solares uniría nanopartículas con polímeros para lograr células más eficientes y baratas. El panel se basaría en varias capas que no sólo aprovecharán los diferentes tipos de luz, sino también el espectro infrarrojo. La NASA ha utilizado esta tecnología multi-unión en sus misiones a Marte.
Actualidad
Actualmente para los paneles comerciales, la potencia varía también en base al tamaño y cantidad de celdas. Pero esta cuestión aplicada a la realidad trae complicaciones para la instalación de paneles que “puedan producir más” debido a que el transporte y manipulación generaría más dificultades que beneficios reales. Por esta cuestión, los expertos escogen los que poseen una medida estándar.
Los módulos fotovoltaicos han recorrido un largo camino desde la década de 1960, cuando los primeros paneles solares alcanzaron un rendimiento máximo del 14%. Actualmente:
- Paneles que poseen un % de eficiencia estándar. Incluyen la mayoría de los paneles solares actuales y tienen una eficiencia de entre el 17% y el 22%
Y ¿por qué los paneles solares no son 100% eficientes? La eficiencia de un panel solar está limitada por el tipo de energía que produce el sol. Esta energía se encuentra en un amplio espectro. Al igual que solo una pequeña fracción de esta energía es visible para los humanos, la tecnología actual permite que solo una parte del espectro de luz solar se convierta en electricidad mediante paneles solares. Los equipos de investigación y desarrollo de los fabricantes de placas solares están trabajando continuamente para aprovechar un mayor porcentaje de energía en ese espectro, lo que conduciría a una mayor eficiencia de tus paneles.
De hecho hay experimentos que en 2022 alcanzaron un 39,5% de eficiencia energética. Y la carrera por tener un panel solar más eficiente recién comienza y promete romper más récords.
Cuando hablamos de eficiencia, debemos tener en cuenta también otros elementos como la marca y la garantía de los paneles solares, ya que se trata de una inversión a largo plazo.
Datos a tener en cuenta:
Todo panel decae muy lentamente su eficiencia y consiguientemente su capacidad de generación (un 0,6% por año), por lo que habitualmente, el fabricante suele garantizar un rendimiento y funcionamiento por un plazo de 20 o 25 años.
Específicamente un panel debería mantener al menos 83% de su potencia nominal hasta los 25 años de funcionamiento.
La potencia nominal de un panel solar de tamaño estándar también se ha incrementado de 250 W a 370 W. La eficiencia del panel solar está determinada tanto por la eficiencia de la célula fotovoltaica (a saber, por el tipo y diseño de la célula) como por la eficiencia total del panel en función de consideraciones tales como el tipo, la disposición y el tamaño de la célula. Una forma sencilla de evaluar la eficiencia de los paneles solares es observando el índice de eficiencia del fabricante, el cual se basa en condiciones de prueba estándar y proporciona una indicación confiable del rendimiento.
La calificación de eficiencia del panel solar que se puede ver anunciada en el sitio web del fabricante o en la hoja de especificaciones del panel solar, no siempre será el nivel de eficiencia real de tus paneles solares, una vez que estén instalados. Y esto es porque el número anunciado por el fabricante es la eficiencia del panel en condiciones estándar de medida (irradiancia de 800 W/m2, distribución espectral AM 1,5 y temperatura de célula de 20 °C). Estas son condiciones controladas por laboratorio que se mantienen constantes en toda la industria para tener en cuenta cualquier posible variable. Las calificaciones y mediciones que se toman en condiciones de prueba estándar facilitan la comparación de productos, pero estas condiciones no siempre se replican en el mundo real.
Estos son los 4 factores que podrían hacer que los paneles solares produzcan menos electricidad de lo que predice la hoja de especificaciones:
1. Irradiación solar
Es la cantidad de energía solar que recibe un área. Cuando la luz solar se proyecta sobre las placas solares, parte de esa energía es absorbida y transformada en electricidad útil, y es reflejada por el panel. Cuanto menor sea la energía reflejada y, por tanto, mayor sea la absorbida, más electricidad producirán las placas solares. Las variaciones en la irradiación solar pueden ser debidas a: la inclinación de los paneles; las variaciones estacionales en la ubicación del sol en el cielo (más luz solar directa en verano que en invierno); patrones climáticos (nubes); la sombra de árboles, edificios, extractores de aire o incluso montañas o colinas cercanas, que pueden reducir la producción de tu sistema solar al impedir que la luz solar llegue a los paneles solares.
2. Temperatura
Aunque se pueda pensar que el verano es la época del año en que los paneles son más eficientes, el calor extremo puede afectar negativamente a las placas solares, haciendo que baje su rendimiento y, por tanto, produzcan menos electricidad. Esto es porque a medida que aumenta la temperatura, tus placas solares generan menos voltaje y son menos eficientes. De ahí que unas temperaturas más frías favorezcan la eficiencia del panel solar.
3. Polvo y otras suciedades
Cualquier cosa que bloquee la luz solar reducirá la producción de las placas solares. Una acumulación espesa de polvo y suciedad, especialmente en áreas polvorientas propensas a las sequías, puede causar un bloqueo suficiente como para afectar negativamente la producción de un sistema solar.
4. Tecnología utilizada
El tipo de tecnología solar que instalemos puede influir también sobre la eficiencia. Los paneles de silicio monocristalino tienen una eficiencia relativamente mayor que los paneles de silicio policristalino. Esto se debe a cómo fluyen los electrones a través de las células debido a su composición uniforme. A su vez, la asociación de cables en un panel solar que atrapan y transmiten electricidad, también influyen en la eficiencia. Y los paneles solares bifaciales que pueden absorber la luz en ambos lados, la parte posterior y el frente del panel, tienen tasas de generación de energía e índices de eficiencia más altos que los paneles solares convencionales. Esta diferencia estriba en que los paneles solares que tienen celdas de unión múltiple pueden absorber varias longitudes de onda de luz, elevando su eficiencia.
Ventajas de las placas solares de alta eficiencia
Las placas solares de alta eficiencia se destacan por la capacidad que tienen para generar más electricidad durante la vida útil de la instalación solar. Es decir, el proceso de degradación en la transformación de la luz solar en energía útil para el consumo, será menor que en los modelos convencionales. Por tanto, pueden generar más energía con el tiempo que los paneles de eficiencia estándar.
A su vez, los paneles solares de alta eficiencia permiten generar más energía por metro cuadrado. Esto es especialmente importante cuando tienes limitaciones de espacio. En términos ambientales, una mayor eficiencia generalmente significa que un panel solar recuperará la energía incorporada (energía utilizada para extraer las materias primas y fabricar el panel solar) en menos tiempo. La eficiencia del panel solar generalmente da una buena indicación del rendimiento, especialmente porque muchos paneles de alta eficiencia utilizan celdas de silicio de tipo N de mayor grado con coeficiente de temperatura mejorado y menor degradación con el tiempo. El gran inconveniente de la alta eficiencia son los altos costos que pueden tener.
