Tipos de paneles solares: una descripción comparativa de diseños y consejos para elegir paneles

La energía alternativa se está desarrollando lo más posible en Europa, mostrando los resultados de su promesa. Aparecen nuevos tipos de paneles solares, su eficiencia aumenta.

Si desea garantizar el funcionamiento de un edificio industrial o residencial debido a la energía del sol, primero debe conocer las diferencias en los equipos, comprender qué paneles solares son adecuados para las condiciones climáticas de una región en particular.

Le ayudaremos a comprender este problema. El artículo describe el principio de funcionamiento de los convertidores fotovoltaicos, proporciona una visión general de los diferentes tipos de paneles solares con una indicación de sus características, ventajas y desventajas. Después de leer el material, puede tomar la decisión correcta para organizar un sistema solar efectivo.

El principio de funcionamiento de los paneles solares.

La gran mayoría de los paneles solares son convertidores físicamente fotovoltaicos. El efecto generador de electricidad ocurre en el sitio de la unión pn de semiconductores.

Son las obleas de silicio las que forman la base del costo de los paneles solares, pero cuando se usan como fuente de electricidad las 24 horas del día, tendrá que comprar baterías costosas.

El panel consta de dos obleas de silicio con diferentes propiedades. Bajo la influencia de la luz en uno de ellos hay una falta de electrones, y en el otro, su exceso. Cada placa tiene tiras conductoras de cobre que se conectan a los convertidores de voltaje.

Un panel solar industrial consta de muchas células fotovoltaicas laminadas unidas entre sí y montadas sobre un sustrato flexible o rígido.

La eficiencia del equipo depende en gran medida de la pureza del silicio y la orientación de sus cristales. Son estos parámetros los que los ingenieros han intentado mejorar en las últimas décadas.El principal problema en este caso es el alto costo de los procesos que subyacen a la purificación del silicio y la ubicación de los cristales en una dirección en todo el panel.

Cada año, las eficiencias máximas de varios paneles solares cambian hacia arriba, porque se invierten miles de millones de dólares en la investigación de nuevos materiales fotovoltaicos (+)

Los semiconductores de los convertidores fotoeléctricos pueden estar hechos no solo de silicio, sino también de otros materiales: principio de batería No cambia.

Tipos de convertidores fotoeléctricos

Los paneles solares industriales se clasifican por sus características de diseño y el tipo de capa fotovoltaica en funcionamiento.

Existen estos tipos de baterías por tipo de dispositivo:

• paneles flexibles;
• Módulos rígidos.

Los paneles flexibles de película delgada están ocupando gradualmente un nicho cada vez más grande en el mercado debido a su versatilidad de montaje, ya que puede instalarlos en la mayoría de las superficies con una variedad de formas arquitectónicas.

Las características reales de los paneles solares suelen ser inferiores a las indicadas en las instrucciones. Por lo tanto, antes de instalarlos en casa, es recomendable ver un proyecto completo similar.

Según el tipo de capa fotovoltaica en funcionamiento, las células solares se dividen en tales variedades:

1. Silicio: monocristalino, policristalino, amorfo.
2. Telurio cadmio.
3. Basado en seleniuro de indio-cobre-galio.
4. Polímero
5. Orgánico
6. Basado en arseniuro de galio.
7. Combinado y multicapa.

No son de interés para el consumidor general todos los tipos de paneles solares, sino solo las dos primeras subespecies cristalinas.

Aunque algunos otros tipos de paneles tienen una alta eficiencia, pero debido al alto costo, no son ampliamente utilizados.

Las células fotovoltaicas de silicio son bastante sensibles al calor. La temperatura base para medir la generación de energía es de 25 ° C. Cuando se incrementa en un grado, la eficiencia de los paneles disminuye en un 0,45-0,5%.

A continuación, se examinarán en detalle los paneles solares que son de gran interés para el consumidor.

Características de los paneles a base de silicio.

El silicio para paneles solares está hecho de polvo de cuarzo, cristales de cuarzo triturados. Los depósitos más ricos de materias primas se encuentran en Siberia occidental y los Urales medios, por lo tanto, las perspectivas para esta área de energía solar son casi ilimitadas.

Incluso ahora, los paneles de silicio cristalino y amorfo ya ocupan más del 80% del mercado. Por lo tanto, vale la pena considerarlos con más detalle.

Paneles de silicio monocristalinos

Las obleas modernas de silicio monocristalino (mono-Si) tienen un color azul oscuro uniforme en toda la superficie. Para su producción, se utiliza el silicio más puro. Las fotocélulas monocristalinas entre todas las obleas de silicio tienen el precio más alto, pero también proporcionan la mejor eficiencia.

Grandes paneles solares monocristalinos con mecanismos rotativos encajan perfectamente en paisajes desérticos. Proporciona las condiciones para la máxima productividad.

El alto costo de producción se debe a la dificultad de orientar todos los cristales de silicio en una dirección. Debido a tales propiedades físicas de la capa de trabajo, la máxima eficiencia se garantiza solo cuando la luz solar es perpendicular a la superficie de la placa.

Las baterías monocristalinas requieren un equipo adicional que las hace girar automáticamente durante el día para que el plano de los paneles sea tan perpendicular a los rayos solares como sea posible.

Las capas de silicio con cristales orientados a una cara se cortan de una barra de metal cilíndrica, por lo que los bloques fotovoltaicos terminados tienen la forma de un cuadrado redondeado en las esquinas.

Las ventajas de las baterías de silicio de cristal único incluyen:

1. Alta eficiencia con un valor del 17-25%.
2. Compacidad - un área más pequeña de colocación de equipos por unidad de potencia, en comparación con los paneles de silicio policristalino.
3. Longevidad - Se proporciona suficiente eficiencia de generación de energía hasta 25 años.

Solo hay dos inconvenientes para tales baterías:

1. Alto costo y larga recuperación de la inversión.
2. Sensibilidad a la contaminación. El polvo dispersa la luz, por lo tanto, la eficiencia de los paneles solares recubiertos con ella disminuye drásticamente.

Debido a la necesidad de luz solar directa, cristales individuales se instalan paneles solares principalmente en áreas abiertas o en altura. Cuanto más cerca esté el área del ecuador y más días soleados estén, más preferible es la instalación de este tipo particular de células fotovoltaicas.

Paneles solares policristalinos

Los paneles de silicio policristalino (multi-Si) tienen un color azul desigual debido a la orientación versátil de los cristales. La pureza del silicio utilizado en su producción es ligeramente inferior a la de los análogos de un solo cristal.

La multidireccionalidad de los cristales proporciona una alta eficiencia con luz dispersa: 12-18%. Es más bajo que en cristales unidireccionales, pero en condiciones turbias, tales paneles son más efectivos.

La heterogeneidad del material también conduce a una disminución en el costo de producción de silicio. El metal purificado para paneles solares policristalinos se vierte en moldes sin trucos especiales.

En la producción, se utilizan técnicas especiales para formar cristales, pero su orientación no está controlada. Después de enfriar, el silicio se corta en capas y se procesa de acuerdo con un algoritmo especial.

Los paneles policristalinos no requieren una orientación constante hacia el sol, por lo tanto, los techos de casas y edificios industriales se utilizan activamente para su colocación.

Durante el día, con luz nublada, las ventajas de los paneles solares de silicio amorfo no serán notables, sus ventajas se revelan solo con nubes densas o en la sombra (+)

Las ventajas de los paneles solares con cristales multidireccionales incluyen:

1. Alto rendimiento a la luz ambiental.
2. Posibilidad de instalación estacionaria en los techos de los edificios.
3. Menor costo en comparación con paneles monocristalinos.
4. Duración de la operación - la caída en la eficiencia después de 20 años de operación es solo del 15-20%.

Las desventajas de los paneles policristalinos también están disponibles:

1. Baja eficiencia con un valor del 12-18%.
2. Volumen relativo - Requiere más espacio para la instalación por unidad de potencia en comparación con las contrapartes de cristal único.

Los paneles solares policristalinos están ganando una cuota de mercado cada vez mayor entre otras baterías de silicio. Esto está garantizado por amplias oportunidades potenciales para reducir el costo de su producción. La eficiencia de tales paneles también aumenta anualmente, acercándose rápidamente al 20% para productos en masa.

Paneles solares de silicio amorfo

El mecanismo para la producción de paneles solares de silicio amorfo es fundamentalmente diferente de la fabricación de células fotovoltaicas cristalinas. Aquí no se usa no metal puro, sino su hidruro, cuyos vapores calientes se depositan en el sustrato.

Como resultado de esta tecnología, los cristales clásicos no se forman y los costos de producción se reducen drásticamente.

Las fotocélulas de silicio amorfo precipitadas se pueden montar tanto en un sustrato de polímero flexible como en una lámina de vidrio rígida

Por el momento, ya hay tres generaciones de paneles de silicio amorfo, en cada uno de los cuales la eficiencia aumenta notablemente. Si los primeros módulos fotovoltaicos tenían una eficiencia del 4-5%, ahora los modelos de segunda generación con una eficiencia del 8-9% se venden masivamente en el mercado.

Los paneles amorfos del último desarrollo tienen una eficiencia de hasta el 12% y ya están empezando a aparecer a la venta, pero siguen siendo bastante caros.

Debido a las características de esta tecnología de producción, es posible crear una capa de silicio en un sustrato rígido y flexible. Debido a esto, los módulos de silicio amorfo se usan activamente en módulos solares flexibles de película delgada. Pero las opciones con respaldo elástico son mucho más caras.

La estructura fisicoquímica del silicio amorfo permite la máxima absorción de fotones de luz dispersa débil para generar electricidad. Por lo tanto, estos paneles son convenientes para usar en áreas del norte con grandes áreas libres.

La eficiencia de las baterías de silicio amorfo no disminuye incluso a altas temperaturas, aunque son inferiores en este parámetro a los paneles de arseniuro de galio.

Al mismo costo del equipo, los paneles solares de hidruro de silicio muestran un mayor rendimiento que sus análogos monocristalinos (+)

Para resumir, podemos indicar las siguientes ventajas de los paneles solares amorfos:

1. Versatilidad - la capacidad de fabricar paneles flexibles y delgados, montando baterías en cualquier forma arquitectónica.
2. Alta eficiencia a la luz ambiental.
3. Trabajo estable a altas temperaturas
4. Simplicidad y fiabilidad del diseño.. Dichos paneles prácticamente no se rompen.
5. Preservación del rendimiento en condiciones difíciles. - Menos caída de rendimiento en superficies polvorientas que los análogos cristalinos

La vida útil de dichas células fotovoltaicas, a partir de la segunda generación, es de 20-25 años con una caída de potencia del 15-20%. Las desventajas de los paneles de silicio amorfo incluyen solo la necesidad de áreas más grandes para acomodar equipos de la potencia requerida.

Descripción general de dispositivos libres de silicio

Algunos paneles solares hechos con metales raros y caros tienen una eficiencia de más del 30%. Son muchas veces más caros que sus homólogos de silicio, pero, sin embargo, han ocupado un nicho comercial de alta tecnología, gracias a sus características especiales.

Paneles solares de metal raros

Existen varios tipos de paneles solares hechos de metales raros, y no todos tienen una eficiencia superior a la de los módulos de silicio de cristal único.

Sin embargo, la capacidad de trabajar en condiciones extremas permite a los fabricantes de tales paneles solares producir productos competitivos y realizar más investigaciones.

Los paneles de telururo de cadmio se usan activamente para revestir edificios en países ecuatoriales y árabes, donde su superficie se calienta hasta 70-80 grados por la tarde

Las principales aleaciones utilizadas para la fabricación de células fotovoltaicas son teluro de cadmio (CdTe), selenio de cobre indio y galio (CIGS) y seleniuro de cobre indio (CIS).

El cadmio es un metal tóxico, y el indio, el galio y el teluro son bastante raros y caros, por lo que la producción en masa de paneles solares basados ​​en ellos es incluso teóricamente imposible.

La eficiencia de tales paneles está en el nivel del 25-35%, aunque en casos excepcionales puede alcanzar hasta el 40%. Anteriormente, se usaban principalmente en la industria espacial, pero ahora ha aparecido una nueva dirección prometedora.

Debido al funcionamiento estable de las células solares de metales raros a temperaturas de 130-150 ° C, se utilizan en plantas de energía solar térmica. En este caso, los rayos del sol de decenas o cientos de espejos se concentran en un pequeño panel, que genera electricidad simultáneamente y asegura la transferencia de energía térmica al intercambiador de calor de agua.

Como resultado del calentamiento del agua, se forma vapor, lo que hace que la turbina gire y genere electricidad. Así, la energía solar se convierte en energía eléctrica simultáneamente de dos maneras con la máxima eficiencia.

Polímeros y análogos orgánicos.

Los módulos fotovoltaicos basados ​​en compuestos orgánicos y polímeros comenzaron a desarrollarse solo en la última década, pero los investigadores ya han logrado un progreso significativo. Empresa europea muestra el mayor progreso Heliatek, que ya ha equipado varios edificios de gran altura con paneles solares orgánicos.

El grosor de su construcción de película tipo rollo. Heliafilm es solo 1 mm.

En la fabricación de paneles de polímeros, se utilizan sustancias como fullerenos de carbono, ftalocianina de cobre, polifenileno y otros. La eficiencia de tales células solares ya alcanza el 14-15%, y el costo de producción es varias veces menor que los paneles solares cristalinos.

La cuestión del período de degradación de la capa orgánica de trabajo es aguda. Hasta ahora, no es posible confirmar de manera confiable el nivel de su eficiencia después de varios años de operación.

Los beneficios de los paneles solares orgánicos son:

• la posibilidad de eliminación ecológica;
• bajo costo de producción;
• Diseño flexible.

Las desventajas de tales fotocélulas incluyen la eficiencia relativamente baja y la falta de información confiable sobre los períodos de funcionamiento estable de los paneles. Es posible que en 5-10 años todas las desventajas de las células solares orgánicas desaparezcan y se conviertan en competidores serios para las obleas de silicio.

¿Qué panel solar elegir?

La elección de paneles solares para casas de campo a una latitud de 45-60 ° no es difícil. Aquí, vale la pena considerar solo dos opciones: paneles de silicio policristalinos y monocristalinos.

Si hay escasez de espacio, es mejor dar preferencia a modelos más eficientes con orientación unilateral de cristales, con un área ilimitada se recomienda comprar baterías policristalinas.

No debe confiar en las previsiones de las empresas analíticas para el desarrollo del mercado de paneles solares, porque sus mejores muestras pueden no haberse inventado todavía

Al elegir un fabricante específico, la capacidad requerida y el equipo adicional es mejor con la participación de gerentes de compañías involucradas en la venta e instalación de dicho equipo. Debe tener en cuenta que la calidad y el precio de los módulos fotovoltaicos en los fabricantes más grandes difieren poco.

Tenga en cuenta que al ordenar un conjunto de equipos llave en mano, el costo de los paneles solares en sí será solo del 30-40% del total. Los períodos de recuperación de dichos proyectos son de 5 a 10 años, y dependen del nivel de consumo de energía y la posibilidad de vender el excedente de electricidad a la red de la ciudad.

Algunos artesanos prefieren ensamblar paneles solares con sus propias manos. En nuestro sitio hay artículos con una descripción detallada de la tecnología de fabricación de dichos paneles, su conexión y disposición de los sistemas solares de calefacción.

Le recomendamos que se familiarice con:

1. Cómo hacer una batería solar con tus propias manos: instrucciones de autoensamblaje
2. Sistemas de calefacción solar: análisis de la tecnología de calefacción basada en sistemas solares.
3. Diagrama de conexión para paneles solares: al controlador, a la batería y a los sistemas de servicio

Conclusiones y video útil sobre el tema.

Los videos presentados muestran la operación de varios paneles solares en condiciones reales. También ayudarán a comprender los problemas de elegir equipos relacionados.

Reglas para elegir paneles solares y equipos relacionados:

Tipos de paneles solares:

Prueba de paneles monocristalinos y policristalinos:

Para la población y las pequeñas instalaciones industriales, no existe una alternativa real a los paneles de silicio cristalino. Pero el ritmo de desarrollo de nuevos tipos de paneles solares nos permite esperar que pronto la energía del sol se convierta en la principal fuente de electricidad en muchas casas de campo.

Ofrecemos a todos los interesados ​​en el tema de elegir y usar paneles solares para dejar comentarios, hacer preguntas y participar en debates. El formulario de contacto se encuentra en el bloque inferior.