Las instalaciones de paneles solares han crecido de forma explosiva en todo el mundo en los últimos diez años.

La mejor parte es que sus costos se han desplomado drásticamente en un 99% en las últimas cuatro décadas, por lo que no hay mejor momento que ahora para aprovechar la energía solar limpia para su hogar o negocio para reducir la factura de electricidad.

De acuerdo con los datos de 2018 de la Alianza Internacional de Energía Renovable (IRENA), Estados Unidos es el tercer mayor usuario de energía solar del mundo, detrás de China y Japón. El Reino Unido está en el 7º lugar seguido por Australia en el 8º lugar.

A medida que la década llega a su fin, el pronóstico de energía solar nunca ha sido más brillante.

De hecho, los expertos de la industria predicen que Estados Unidos duplicará sus instalaciones solares de dos a cuatro millones para 2023.

Gran parte de ese crecimiento ocurrirá de manera predecible en la soleada California, pero varios otros estados también están encabezando proyectos solares. Observe en el gráfico a continuación que tres de los cinco estados principales que lideran en instalaciones de paneles solares en 2019 se encontraban en el no muy soleado noreste de Estados Unidos.

Incluso el Reino Unido, con menos sol que muchas partes de los Estados Unidos, tuvo más de un millón de instalaciones de paneles solares en 2018, un aumento de casi un 2% (en términos de energía generada) con respecto al año anterior.

Australia alcanzó la marca de 2 millones de instalaciones solares en 2018.

A la luz de esta tendencia de energía solar donde quiera que vaya, acelerada por la urgencia de dejar de quemar combustibles fósiles y cambiar el 100% a energía renovable lo más rápido posible, tal vez esté pensando que es hora de embarcarse.

Si es así, ¡bienvenido a la revolución de la energía solar!

Una de las principales preocupaciones cuando está considerando inicialmente una instalación de paneles solares para su hogar o negocio es elegir el mejor tipo de panel solar para usted.

En este artículo, profundizarás en las tres opciones principales para paneles solares disponibles en la actualidad. Estos son:

• Mono
• Policristalino
• de película Delgada

Las tecnologías que sustentan estos tres tipos de paneles solares han realizado mejoras significativas con el tiempo para satisfacer mejor sus necesidades de energía.

También estudiaremos lo que está por venir en el mundo de la energía solar. Esto incluye tecnologías como:

• Bifacial solar
• Concentrated PV (photovoltaic) cell
• Solar tiles
• Transparent solar panels

Todas estas innovaciones en energía solar son de vanguardia y muchas, especialmente bifaciales y CPV, están disponibles comercialmente en algunas regiones y a precios competitivos. Son muy prometedores para impulsar el segmento de energía verde de la combinación de consumo de energía global.

Por ejemplo, se espera que los módulos solares bifaciales aumenten diez veces su capacidad en 2024 a 28,000 megavatios (MW). Como referencia, el promedio nacional actual de hogares estadounidenses alimentados por solo un MW de energía solar es de aproximadamente 190.

En este artículo, primero consideraremos lo que todos los paneles solares, tanto los de producción comercial como los emergentes, tienen en común: las células solares enredadas en un sistema de paneles solares.

¿Qué es un sistema de panel solar?

Un sistema de paneles solares es un conjunto interconectado (a menudo llamado conjunto) de células solares fotovoltaicas que (1) capturan la energía que emana del sol en forma de fotones; y (2) transforman esa energía solar directamente en electricidad. La cantidad de electricidad producida, medida en voltios o vatios, varía según el sistema y el tipo de célula solar.

Cada panel solar individual (también llamado módulo) en el conjunto consiste en un grupo de células solares empaquetadas juntas en un marco de metal. Normalmente hay 60, 72 o 96 células solares en un solo panel solar.

Para convertir la electricidad de corriente continua (CC) producida en la corriente alterna (CA) utilizada en su hogar, cada sistema de células solares contiene un inversor. El inversor puede ser grande y centralizado.

Alternativamente, algunos módulos fotovoltaicos ya tienen un inversor incorporado. Estos se llaman módulos de CA. El cableado es mucho más sencillo con los módulos de CA.

¿De qué están hechas las células solares?

Hoy en día, las células solares están hechas en su mayoría de silicio, un elemento químico con propiedades semiconductoras. En la mayoría de los tipos de células solares, el silicio está en forma de cristal.

Debido a que el cristal de silicio 100% puro no transfiere corriente eléctrica, está «dopado» con cantidades muy pequeñas de «impurezas», generalmente fósforo y boro, que transportan fácilmente una corriente eléctrica dentro de la red de cristal de silicio.

El silicio dopado con fósforo se llama tipo N (para «negativo» porque tiene un excedente de electrones).

El silicio dopado con boro se conoce como tipo P (para «positivo» porque tiene un déficit de electrones).

Cuando se construye con una sección de tipo N junto a una de tipo P de esta manera, la célula solar se denomina unión única, lo que significa que solo tiene una unión p-n.

Cuando el silicio dopado absorbe parte de la energía del sol, desaloja algunos electrones libres en el proceso. En el campo eléctrico de un sistema de paneles solares, los electrones se encaminan para fluir en una dirección, estableciendo una corriente eléctrica.

El campo eléctrico de la célula solar causa tensión. El producto matemático de la corriente y el voltaje es la energía, la energía utilizada para hacer funcionar los electrodomésticos y calentar o enfriar su hogar.

Otros componentes de una célula solar incluyen un revestimiento antirreflectante, ya que el brillo natural del silicio haría que la luz solar se reflejara fuera de ella, que no es lo que debería suceder si desea crear energía eléctrica.

Los cristales de silicio de las células solares se agrupan dentro de un campo eléctrico y luego se cubren con vidrio para proteger todos los componentes de la intemperie.

¿Qué es la eficiencia de las células solares?

Una medida de qué tan bien los paneles solares absorben la luz solar y la convierten en energía eléctrica se denomina eficiencia. La luz viaja en diferentes longitudes de onda de diferentes niveles de energía a través de las bandas del espectro electromagnético, y no todo es absorbido por un panel solar. Medida en electrones voltios (eV), la energía típica de la brecha de banda que puede ser absorbida y transformada por un panel solar en electricidad es de aproximadamente 1,1 eV.

Los fotones que golpean el panel con más energía que eso (y hay muchos de ellos) representan una pérdida de energía.

El uso de diferentes materiales en paneles solares con una brecha de banda baja aumentaría el número de fotones absorbidos y, en consecuencia, la corriente. Pero, también reduciría el voltaje del panel. Dado que la potencia es igual a la corriente multiplicada por el voltaje, hay un equilibrio entre la selección de materiales y la intensidad del campo eléctrico en el desarrollo de paneles solares.

La investigación muestra que la brecha de banda óptima de un material está entre 1 y 1,6 eV.

Además del material de un panel solar que resulta en cierta pérdida de energía, existe el problema de la resistencia interna de un material (llamada resistencia en serie).

El silicio, como semiconductor, no conduce tanto la corriente eléctrica como los metales. Su resistencia en serie, de hecho, es bastante alta. Esto se traduce en otra fuente de alta pérdida de energía.

Para corregir esto, algunos paneles están cubiertos con una rejilla metálica para permitir que los electrones se muevan más fácilmente en el campo eléctrico, completen el circuito y creen energía eléctrica para su hogar.

Pero, la desventaja de esta cuadrícula superpuesta es que bloquea parte de la superficie de la célula fotovoltaica para que no absorba fotones. Una cubierta de rejilla más delgada minimizaría esta pérdida, pero la delgadez en sí misma contribuiría a una resistencia significativa y daría como resultado una mayor pérdida de energía.

Conclusión: Hay varias razones por las que las células solares no son altamente eficientes. La investigación en curso se basa en encontrar materiales que sean más eficientes, a un costo reducido y estéticamente agradables.

Curiosidades solares: La eficiencia más alta jamás registrada para un panel fotovoltaico hasta la fecha (desarrollado en 2006) fue de aproximadamente el 41%.

Este fue un esfuerzo financiado por Estados Unidos para poder en la exploración espacial. En ese momento, el Departamento de Energía creía que el sistema se escalaría comercialmente, alcanzando un costo de panel solar de solo 3 3/vatio, produciendo energía a 0 0.8–0.10 por kilovatio/hora (kWh).

Por cierto, en 2019, el precio solar por vatio (PPW) es de aproximadamente 3 3 a 4 4. En algunas áreas, puede ser tan bajo como $2.50!

El costo de un kilovatio-hora de energía solar derivada de un panel solar en la azotea es de aproximadamente 0 0.06-cents 0.08 centavos (frente a $0.09-0 0.13 para la energía derivada del carbón o el gas natural).

Mensaje para llevar a casa: Estas tarifas súper bajas para la energía solar renovable son extremadamente competitivas con la energía de combustibles fósiles en la actualidad.

Desafortunadamente, un grado de eficiencia energética del 41% todavía no es común para los sistemas solares residenciales o comerciales. Sin embargo, parte del trabajo realizado en los laboratorios parece prometedor.

Además de lograr mayores eficiencias, el trabajo experimental en paneles solares también se centra en costos más bajos y una apariencia más agradable.

3 tipos principales de paneles solares en el mercado hoy en día

Dependiendo de sus necesidades de energía, presupuesto, preferencia cosmética y asignación de espacio, es importante sopesar las ventajas y desventajas de sus tres opciones en paneles solares para su hogar o negocio.

Dos de estos tipos de paneles solares consisten en células solares de unión única. Teóricamente, su eficiencia máxima es de aproximadamente el 33%. La mayor eficiencia alcanzada hasta la fecha con células de unión única es de aproximadamente el 22%.

El panel solar de película delgada puede ser de una o varias uniones dependiendo de su(s) material (s). Las células solares de múltiples uniones están hechas de diferentes materiales, cada uno de los cuales captura mejor los fotones de longitudes de onda variables. De esta manera, se puede convertir más luz solar en energía eléctrica.

Paneles solares monocristalinos

Construidos a partir de un único cristal de silicio que ha sido cortado en obleas, los paneles solares monocristalinos contienen filas y columnas de estas obleas. Dado que el cristal de silicona (también llamado lingote) es cilíndrico, cortarlos en obleas hace que tengan bordes redondeados.

Paneles solares policristalinos

Policristalinos (también denominados multicristalinos) los paneles solares tienen células solares que contienen múltiples fragmentos cristalinos de silicio. Los fragmentos pueden ser las piezas sobrantes de la producción solar monocristalina. Están dispuestos de manera irregular. Luego se funden y se forman en bloques sólidos antes de cortarlos en obleas. Cada oblea es más rectangular que sus contrapartes monocristalinas.

VER TAMBIÉN: Paneles Solares Monocristalinos vs Policristalinos

Paneles solares de película delgada

Llamadas células solares de segunda generación, los paneles solares de película delgada se pueden fabricar con una variedad de materiales, incluidos:

• Silicio amorfo (sin celosía cristalina)
• Arseniuro de galio
• Seleniuro de galio de cobre, indio (CIGS)
• Telururo de cadmio (CdTe)

Cada oblea de una célula de película delgada es súper delgada en comparación con los otros tipos, lo que la hace flexible. Se pueden aplicar con un adhesivo directamente a una superficie (como su techo, barco o vehículo recreativo), o se pueden colocar en marcos duraderos (rack) al igual que los otros tipos comunes de paneles solares.VER TAMBIÉN: Paneles Solares Flexibles: Aplicación y Consejos útiles de compra

Aquí hay una tabla de resumen de los tres tipos de paneles solares más comunes:

(Si está utilizando un dispositivo móvil, deslice hacia la izquierda y la derecha para ver la tabla de tamaño completo.)

Solar Panel Type	Material	Efficiency	Cost	Appearance
Monocrystalline	Pure, single silicon crystal	High (18% or slightly higher)	Highest	Black or dark blue cells with rounded corners
Polycrystalline	Silicon fragments	Medium (15-17%)	High	Blue rectangular cells
Thin-Film	Various	Low (11%, pero puede alcanzar el 15%)	La superficie uniforme más baja	Superficie uniforme negra o azul

4 Innovaciones en paneles solares

Los objetivos generales de la investigación y el desarrollo de paneles solares son::

• Aumentar la eficiencia
• Reducir el costo de los materiales
• Aumentar la longevidad de los sistemas solares
• Aumentar la apariencia estética

Aunque algunas de las siguientes tecnologías solares están disponibles comercialmente solo en ciertas áreas en este momento, aquí hay un vistazo de lo que puede esperar en todas partes a medida que avanza la revolución de las energías renovables.

Consejo de compra de paneles solares: Cuando comience a obtener estimaciones para su panel solar en la azotea o en el patio trasero, siempre pregunte sobre la disponibilidad local de estas tecnologías más nuevas. ¡Puede que tengas suerte!

Tecnología solar bifacial

Los paneles solares»de dos caras» son capaces de generar corriente eléctrica a través del contacto de fotones con ambos lados de las células solares.

A medida que la luz solar llega a la parte superior de un panel solar, activando algunas células fotovoltaicas, continúa y pasa a través del panel. Luego, parte de ella se refleja en la superficie debajo del panel (como un techo). Esos rayos reflejados exponen las células solares inferiores a una mayor activación de fotones.

Los bifaciales pueden ser monocristalinos o policristalinos.VÉASE TAMBIÉN: Paneles Solares Bifaciales: Usos y tendencias residenciales

Tecnología fotovoltaica concentrada (CPV)

Una de las tecnologías de paneles solares más vanguardistas utiliza lentes o espejos curvos para dirigir la luz solar a un punto específico, concentrándola así en una pequeña célula solar de múltiples uniones.

Esencialmente, el CPV reduce la pérdida de energía por la difusión de la luz solar sobre una superficie grande. Como resultado, la eficiencia se mejora en gran medida, incluso más de lo que una célula solar monocristalina puede ofrecer.

En este momento, el CPV es caro debido a los componentes agregados, como los rastreadores solares y los mecanismos de enfriamiento.

Tecnología de tejas solares

En 2016, Elon Musk de Tesla anunció el concepto de un techo solar equipado con tejas solares (también llamadas pizarras solares o tejas solares). Las baldosas solares funcionan como los paneles solares tradicionales. Pueden ser de material de película fina o de silicio monocristalino.

En este momento, las baldosas solares son ligeramente menos eficientes que las células solares monocristalinas convencionales.

Sin embargo, este sistema de paneles solares no tiene un bastidor de soporte en el que se coloquen los paneles solares tradicionales, por lo que se considera más atractivo visualmente que la configuración común. Las tejas solares se instalan como tejas de asfalto convencionales y abarcan toda la superficie del techo.

Tesla estima que su techo solar cuesta alrededor de $22/sq. ft. mientras que otros calculan un precio de 3 35 / sq. ft. Para poner esto en contexto hoy, para cubrir una casa de tamaño promedio con tejas solares, puede costar más de 4 45K o más.

Paneles solares transparentes

Descubiertos por investigadores del MIT, los paneles solares transparentes capturan solo las longitudes de onda de la luz que nuestros ojos no pueden ver (infrarrojo cercano y ultravioleta) al tiempo que permiten que pase la luz visible.

Por lo tanto, todo en teoría, desde teléfonos móviles hasta computadoras portátiles y ventanas, podría tener un panel solar transparente en su superficie, produciendo electricidad, ¡pero nunca lo sabrías!

Aquí hay un diagrama esquemático de una célula solar transparente, de bajo costo de arranque, tomado de la fuente MIT vinculada en esta sección.

Actualmente, las eficiencias para paneles solares transparentes están en el extremo inferior, pero los investigadores ven un 11% o más de probabilidades en un futuro cercano. Tenga en cuenta, sin embargo, que si estas celdas cubren todas las ventanas de un gran rascacielos, por ejemplo, incluso una eficiencia del 5% podría sufragar fácilmente el 25% del costo total de las necesidades de energía del edificio.

Otra ventaja significativa de los paneles solares transparentes sobre los paneles solares convencionales es que no necesitan grandes extensiones de tierra o agua (como lo hacen las granjas solares tradicionales) para funcionar.

Las primeras aplicaciones comerciales (para teléfonos celulares) se esperan en unos pocos años.VER TAMBIÉN: Paneles Solares Transparentes: Reformar el Suministro de Energía del Futuro

¡Imagine cuán transformador será el uso generalizado de paneles solares transparentes para ventanas (ventanas solares) en ubicaciones urbanas! El logro de este hito en la innovación de la energía solar definitivamente inclinará el patrón de consumo de energía global a favor de la energía renovable del sol.

Conclusiones clave sobre tipos de paneles solares

Las instalaciones de paneles solares han crecido en popularidad y eficiencia, a la vez que han disminuido en precio debido a la revolución de la energía verde y limpia. Ahora es el momento perfecto para invertir en un sistema de paneles solares.

Los tipos más comunes de paneles solares para uso doméstico se componen de células solares monocristalinas, policristalinas o de película delgada. Varían en eficiencia y costo. Los paneles monocristalinos son los más caros y eficientes. Los menos costosos, pero típicamente menos eficientes, son los paneles solares de película delgada.

Las células solares policristalinas generalmente tienen una eficiencia moderada y costos razonables.