La producción de células fotovoltaicas requiere energía, y se estima que una célula fotovoltaica debe funcionar durante unos 2 a 3 años dependiendo de su tecnología para producir la energía necesaria para su fabricación.
Principio de funcionamiento
Una celda individual, la unidad básica de un sistema fotovoltaico, produce muy poca energía eléctrica, típicamente de 1 a 3 W con un voltaje de menos de un voltio. Para producir más energía, las celdas se juntan para formar un módulo (o panel).
La conexión de varias celdas en serie aumenta el voltaje para la misma corriente, mientras que la conexión en paralelo aumenta la corriente mientras se mantiene el voltaje. La corriente de salida, y por tanto la potencia, será proporcional al área del módulo.
- Ventajas :
- Alta confiabilidad, sin partes móviles
- Mantenimiento reducido, coste de funcionamiento reducido o nulo
- Desventajas:
- Alto costo de fabricación
- Funcionamiento intermitente, dependiendo de la luz solar
- Bajo rendimiento
Los principales tipos de células fotovoltaicas.
Celda de unión múltiple
Las células multiunión están formadas por diferentes capas que convierten diferentes partes del espectro solar y así obtienen los mejores rendimientos de conversión.
- Ventajas :
- Rendimiento incomparable
- Desventajas:
- Sin aplicación comercial
Rendimiento récord en el laboratorio: alrededor del 40% (a una concentración de 240 soles)
Desarrollado para aplicaciones espaciales, este tipo de celda aún no es comercializable
Celda de silicio monocristalino
Al enfriarse, el silicio fundido se solidifica formando un solo cristal grande. Luego, el cristal se corta en rodajas finas que darán las células. Estas células suelen ser de un azul uniforme.
- Ventajas :
- Muy buen rendimiento (alrededor de 150 Wp / m²)
- Larga vida útil (+/- 30 años)
- Desventajas:
- Alto costo
- Baja eficiencia con poca luz
Eficiencia del módulo comercial: 12 a 20%
Eficiencia récord de laboratorio: alrededor del 25%
Alto costo
Celda de silicio policristalino
A medida que el silicio se enfría, se forman varios cristales. Este tipo de celda también es azul, pero no uniforme, podemos distinguir patrones creados por los diferentes cristales.
- Ventajas :
- Buena eficiencia (alrededor de 100 Wp / m²)
- Larga vida útil (+/- 30 años)
- Más barato que el monocristalino
- Desventajas:
- Baja eficiencia con poca luz.
Eficiencia del módulo comercial: 11 a 15%
Eficiencia récord de laboratorio: alrededor del 20%
Este tipo de celdas tienen actualmente la mejor relación calidad / precio
Celda solar de película delgada Cis
Las células CIS representan la nueva generación de células solares en forma de películas delgadas, del tipo cobre-indio-selenio (CIS). Las materias primas necesarias para fabricar las células CIS son más fáciles de obtener que el silicio utilizado en las células fotovoltaicas convencionales. Además, su eficiencia de conversión de energía es la más alta hasta la fecha para las células fotovoltaicas de película delgada.
- Ventajas :
- Proporciona el mejor rendimiento en comparación con otras células fotovoltaicas de película delgada
- Te permite acabar con el silicio
- Los materiales utilizados no provocan ningún problema de toxicidad.
- La celda se puede construir sobre un sustrato flexible
- Desventajas:
- Las células de capa delgada requieren más área de superficie para lograr los mismos rendimientos que las células gruesas
Eficiencia del módulo comercial: 9 a 11%
Eficiencia récord de laboratorio: alrededor del 19,3%
–
Celda de silicio amorfo o película delgada
El silicio durante su transformación produce un gas que se proyecta sobre una hoja de vidrio. La celda es de color gris oscuro o marrón. Es la celda de calculadoras y relojes llamada “solar”.
- Ventajas :
- Operar con poca iluminación
- Económico en comparación con otros tipos de células
- Menos sensible a las altas temperaturas
- Desventajas:
- Bajo rendimiento a pleno sol (alrededor de 60 Wp / m²), las células de película delgada requieren una superficie más grande para lograr los mismos rendimientos que las células gruesas
- Vida útil corta (+/- 10 años), rendimiento que disminuye significativamente con el tiempo.
Eficiencia del módulo comercial: 5 a 9%
Eficiencia récord de laboratorio: aproximadamente 13,4%
–
Celula CZTS (COBRE, ZINC, ESTAÑO, AZUFRE): Innovación (2020)
Aún en fase de desarrollo y, por lo tanto, aún no comercializadas, las células CZTS, hechas de minerales no tóxicos, a diferencia del silicio, tienen la ventaja de ser delgadas y, por lo tanto, pueden aplicarse sobre soportes flexibles.
as células CZTS forman parte de la categoría de células solares de “película fina”, que es la próxima generación de tecnología solar. Estas células solares delgadas como una tira de película se fabrican fijando una fina capa de material absorbente de energía solar a un medio como el vidrio o el plástico, que tiene la ventaja de ser flexible.
El equipo del Dr. Xiaojing Hao del Centro Australiano de Energía Fotovoltaica Avanzada logró en abril de 2016 un rendimiento récord del 7,6% para células de 1 cm2. Estos resultados mejoran constantemente. El equipo obtuvo una rentabilidad del 5,5% en 2013 y del 6,6% en 2015. El objetivo es llegar al 20%, lo que permitiría llevar esta tecnología al mercado.
CZTS tiene muchas ventajas. Son delgadas y apenas tienen entre 1 y 5 µm de espesor, mientras que las células de silicio tienen entre 200 y 350 µm. Actualmente, casi el 90% de los paneles instalados están compuestos por celdas de silicio, con una eficiencia media del 21%. Las celdas delgadas CZTS se pueden utilizar en todo tipo de soportes, a diferencia de las celdas de silicio, que permiten diseñar superficies curvas, transparentes o superpuestas de otros materiales.
- Ventajas :
- Uso de materias primas comunes y no tóxicas.
- Aplicable sobre soportes flexibles
- Desventajas:
- Fiabilidad desconocida
- Rendimiento medio
Los retos de las células fotovoltaicas siguen siendo los siguientes: seguir reduciendo el coste de la energía solar, encontrar cómo hacer que las células solares sean más sostenibles, utilizar materiales abundantes y no tóxicos; elementos que darán a la energía solar todo su potencial.
