- El principio de funcionamiento de los paneles solares.
- Tipos de convertidores fotoeléctricos.
- Características de los paneles a base de silicona.
- Descripción del dispositivo sin silicona
- ¿Qué tipo de panel solar elegir?
- Conclusiones y video útil sobre el tema.
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La energía alternativa es la más desarrollada de Europa, mostrando los resultados de sus perspectivas. Existen nuevos tipos de células solares, aumentando su eficiencia.
Si desea garantizar el funcionamiento de un edificio industrial o vivienda a expensas de la energía solar, primero debe conocer las diferencias en los equipos, comprender qué paneles solares son adecuados para las condiciones climáticas de una región en particular.
Te ayudaremos a entender este problema. El artículo describe el principio de funcionamiento de los convertidores fotoeléctricos, proporciona una visión general de los diferentes tipos de células solares, indicando sus características, ventajas y desventajas. Después de revisar 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 físicamente convertidores fotoeléctricos. El efecto de electrogeneración ocurre en el sitio de la unión pn del semiconductor.
Son las obleas de silicio las que forman la base del costo de los paneles solares, pero al usarlos como una fuente de alimentación de 24 horas, también tendrá que comprar costosas baterías recargables.
El panel consta de dos obleas de silicona con diferentes propiedades. Bajo la acción de la luz en uno de ellos hay una falta de electrones, y en el otro, su exceso. Cada placa tiene tiras de plomo de cobre que están conectadas a los convertidores de voltaje.
Un panel solar industrial consiste en una pluralidad de 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. Estos parámetros intentan mejorar a los ingenieros de las últimas décadas. El principal problema 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, ya que 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 silicona, sino también de otros materiales: el principio de funcionamiento de la batería no cambia.
Tipos de convertidores fotoeléctricos.
Clasifican los paneles solares industriales según sus características de diseño y el tipo de capa fotoeléctrica de trabajo.
Estos tipos de baterías se distinguen por el tipo de dispositivo:
- paneles flexibles;
- módulos duros
Los paneles flexibles de película delgada ocupan gradualmente un nicho cada vez mayor en el mercado debido a su versatilidad de montaje, ya que puede instalarlos en la mayoría de las superficies con diversas formas arquitectónicas.
Las características reales de los paneles solares son generalmente más bajas que las indicadas en las instrucciones. Por lo tanto, antes de instalarlos en casa, es recomendable ver un proyecto implementado similar.
Según el tipo de capa fotoeléctrica de trabajo, las células solares se dividen en los siguientes tipos:
- Silicio: monocristalino, policristalino, amorfo.
- Teluro-cadmio.
- Basado en el seleniuro indio-cobre-galio.
- Polímero
- Orgánico
- Basado en arseniuro de galio.
- Combinado y multicapa.
De interés para el consumidor general no son todos los tipos de paneles solares, sino solo las dos primeras subespecies cristalinas.
Aunque algunos otros tipos de paneles tienen una alta eficiencia, no se usan ampliamente debido al alto costo.
Los paneles monocristalinos son fáciles de adivinar en los cuadrados blancos en las esquinas de los elementos individuales 
Se recomienda que los paneles policristalinos estén orientados hacia el este y el oeste, y para el lado sur es mejor comprar un solo módulo de cristal. 
Los paneles solares de película delgada son populares en la fabricación de paneles solares para turistas portátiles 
Los paneles solares con contenido de indio se utilizan activamente en los satélites espaciales 
El arsénico solar con arseniuro de galio se vuelve tóxico solo por contacto directo con el agua. 
Los paneles solares de metal raros se pueden hacer de cualquier tamaño y forma. 
Los paneles solares orgánicos aún no están disponibles para el consumidor masivo debido a pruebas de tecnología insuficientes. 
Las células solares de polímero tienen baja eficiencia, por lo que la propagación aún no ha recibido
Las células fotovoltaicas de silicio son bastante sensibles al calor. La temperatura base para medir la generación de energía es de 25 ° C. Con su aumento en un grado, la eficiencia de los paneles disminuye en un 0, 45-0, 5%.
A continuación se considerarán en detalle los paneles solares que son de mayor interés para el consumidor.
Características de los paneles a base de silicona.
El silicio para células solares está hecho de polvo de cuarzo - cristales de cuarzo molidos. Los depósitos más ricos de materias primas se encuentran en Siberia occidental y en los Urales medios, por lo que las perspectivas para esta dirección de la energía solar son casi infinitas.
Incluso ahora, los paneles de silicio cristalino y amorfo ocupan más del 80% del mercado. Por eso vale la pena considerarlos con más detalle.
Paneles de silicona monocristalinos.
Las obleas de silicio monocristalinas modernas (mono-Si) tienen un color azul oscuro uniforme en toda la superficie. Para su producción utiliza el silicio más puro. La energía fotovoltaica monocristalina entre todas las obleas de silicio tiene el precio más alto, pero proporciona la mejor eficiencia.
Los grandes paneles solares monocristalinos con mecanismos de rotación encajan perfectamente en los paisajes desérticos. Proporciona condiciones para el máximo rendimiento.
El alto costo de producción se debe a la complejidad de la orientación de todos los cristales de silicio en una dirección. Debido a estas propiedades físicas de la capa de trabajo, la máxima eficiencia se garantiza solo cuando los rayos solares son perpendiculares a la superficie de la placa.
Las baterías monocristalinas requieren equipo adicional que las gire automáticamente durante el día para que el plano de los paneles sea lo más perpendicular a los rayos del sol que sea posible.
Las capas de silicio con cristales orientados a un lado 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 monocristalino incluyen:
- Alta eficiencia con un valor de 17-25%.
- Compacto : un área más pequeña de colocación del equipo por unidad de potencia, en comparación con los paneles de silicio policristalino.
- Durabilidad : se proporciona una eficiencia suficiente de la generación de electricidad hasta 25 años.
Sólo hay dos inconvenientes para tales baterías:
- Alto costo y larga amortización.
- Sensibilidad a la contaminación . El polvo dispersa la luz, por lo que la eficiencia de los paneles solares cubiertos por ella se reduce drásticamente.
Debido a la necesidad de luz solar directa, los paneles solares monocristalinos se instalan principalmente en áreas abiertas o en altura. Cuanto más cerca esté el terreno del ecuador y más días soleados haya, más preferible será la instalación de este tipo de células fotovoltaicas.
Paneles solares policristalinos
Los paneles de silicio policristalino (multi-Si) tienen un color azul desigual debido a la orientación diversificada de los cristales. La pureza del silicio utilizado en su producción es ligeramente inferior a la de los análogos de un solo cristal.
Los cristales multidireccionales proporcionan una alta eficiencia con luz difusa: 12-18%. Es más bajo que en los cristales unidireccionales, pero en condiciones de clima nublado, tales paneles resultan ser más eficientes.
La heterogeneidad del material conduce a una disminución en el costo de producción de silicio. El metal purificado para paneles solares policristalinos sin ningún truco especial se vierte en los moldes.
La producción utiliza técnicas especiales para la formación de cristales, pero su dirección no está controlada. Después del enfriamiento, 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, para su colocación, los techos de las casas y los edificios industriales se utilizan activamente.
Durante el día, con una nubosidad ligera, las ventajas de los paneles solares de silicio amorfo no se notarán, sus méritos se revelan solo con nubes densas o en la sombra (+)
Las ventajas de las células solares con cristales multidireccionales incluyen:
- Alta eficiencia en condiciones de luz ambiental.
- Posibilidad de instalación estacionaria en los tejados de edificios.
- Menor coste en comparación con los paneles monocristalinos.
- Duración de la operación : la caída en la eficiencia después de 20 años de operación es solo del 15-20%.
Desventajas de los paneles policristalinos también están disponibles:
- Reducida la eficiencia con un valor de 12-18%.
- Volumen relativo : se requiere más espacio para la instalación por unidad de energía en comparación con los análogos de un solo cristal.
Los paneles solares policristalinos están ganando una cuota de mercado cada vez mayor entre otras baterías de silicio. Esto está garantizado por un amplio potencial para reducir el costo de su producción. La eficiencia de dichos paneles también aumenta cada año, acercándose rápidamente al 20% de los productos en masa.
Paneles solares de silicio amorfo.
El mecanismo de producción de los paneles solares de silicio amorfo es fundamentalmente diferente de la fabricación de células fotovoltaicas cristalinas. No utiliza puros no metálicos, sino su hidruro, cuyos vapores calientes se depositan sobre el sustrato.
Como resultado de esta tecnología, los cristales clásicos no se forman y el costo de producción se reduce considerablemente.
Las células fotovoltaicas de silicio amorfo precipitado se pueden fijar tanto en un sustrato de polímero flexible como en una lámina de vidrio rígido
En este momento ya hay tres generaciones de paneles hechos de silicio amorfo, en cada uno de los cuales la eficiencia se incrementa notablemente. Si los primeros módulos fotovoltaicos tenían una eficiencia del 4-5%, ahora los modelos de segunda generación con una eficiencia del 8-9% están en el mercado.
Los paneles amorfos del último diseño tienen una eficiencia de hasta el 12% y ya están empezando a aparecer en venta, pero aún son bastante caros.
Debido a las características de esta tecnología de producción, es posible crear una capa de silicona tanto en un sustrato rígido como flexible. Debido a esto, los módulos de silicio amorfo se utilizan activamente en módulos solares flexibles de película delgada. Pero las opciones con un respaldo elástico son mucho más caras.
La estructura físico-química del silicio amorfo permite la máxima absorción de fotones de luz dispersa débil para generar electricidad. Por lo tanto, tales paneles son convenientes para el uso en áreas del norte con grandes áreas libres.
La eficiencia de las baterías basadas en silicio amorfo no disminuye a altas temperaturas, aunque son inferiores en este parámetro a los paneles de arseniuro de galio.
Con el mismo costo de equipo, los paneles solares de hidruro de silicio muestran un mayor rendimiento que sus contrapartes de cristal único y policristalino (+)
En resumen, puede especificar las siguientes ventajas de los paneles solares amorfos:
- Versatilidad : la capacidad de fabricar paneles flexibles y delgados, la instalación de baterías en cualquier forma arquitectónica.
- Alta eficiencia con luz difusa.
- Operación estable a altas temperaturas.
- Simplicidad y fiabilidad del diseño . Tales paneles prácticamente no se rompen.
- Preservación del rendimiento en condiciones difíciles : una disminución menor en el rendimiento cuando la superficie es polvorienta que la de 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 se pueden atribuir solo a la necesidad de grandes áreas para acomodar equipos de la potencia requerida.
Descripción del dispositivo sin silicona
Algunos paneles solares fabricados con metales raros y caros tienen una eficiencia de más del 30%. Son muchas veces más caras que sus contrapartes de silicio, pero aún ocupan un nicho comercial de alta tecnología, gracias a sus características especiales.
Paneles solares de metales raros
Hay varios tipos de paneles solares de metales raros, y no todos tienen una mayor eficiencia que los módulos de silicio de cristal único.
Sin embargo, la capacidad de trabajar en condiciones extremas permite a los fabricantes de dichos paneles solares producir productos competitivos y realizar investigaciones adicionales.
Los paneles de telururo de cadmio se usan ampliamente para revestir edificios en países ecuatoriales y árabes, donde su superficie se calienta hasta 70-80 grados durante el día
Las principales aleaciones utilizadas para fabricar células fotovoltaicas son el teluro de cadmio (CdTe), el seleniuro de indio-cobre-galio (CIGS) y el selenuro de indio-cobre (CIS).
El cadmio es un metal tóxico, y el indio, el galio y el telurio 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 dichos 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 y ahora ha aparecido una nueva dirección prometedora.
Debido al funcionamiento estable de las células fotovoltaicas de metales raros a temperaturas de 130-150 ° C, se utilizan en plantas de energía solar térmica. Al mismo tiempo, 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 a un intercambiador de calor de agua.
Como resultado del calentamiento del agua, se genera vapor, lo que hace que la turbina gire y genere electricidad. De este modo, la energía solar se convierte en energía eléctrica simultáneamente de dos maneras con la máxima eficiencia.
Análogos poliméricos y 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 éxito significativo. El mayor progreso lo demuestra la compañía europea Heliatek, que ya ha equipado varios edificios de gran altura con paneles solares orgánicos.
El grosor de su construcción de película en rollo del tipo HeliaFilm es de solo 1 mm.
En la producción de paneles de polímero se utilizan sustancias tales como los fullerenos de carbono, la ftalocianina de cobre, el polifenileno y otros. La eficiencia de tales células solares ya alcanza el 14-15%, y el costo de producción es varias veces menor que el de los paneles solares cristalinos.
Existe una pregunta aguda sobre el momento de la degradación de la capa de trabajo orgánica. Hasta ahora, no es posible confirmar de manera confiable el nivel de su eficiencia después de varios años de operación.
Las ventajas de los paneles solares orgánicos son:
- la posibilidad de eliminación ambientalmente segura;
- bajo costo de producción;
- diseño flexible
Las desventajas de tales células fotovoltaicas 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 desaparezcan todas las desventajas de las células solares orgánicas, y se conviertan en competidores serios para las obleas de silicio.
¿Qué tipo de 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 policristalino y monocristalino.
Con una escasez de espacio, es mejor dar preferencia a modelos más eficientes con una orientación de los cristales de una cara, con un área ilimitada, se recomienda comprar baterías policristalinas.
Centrarse en las previsiones de las empresas analíticas sobre el desarrollo del mercado de paneles solares no vale la pena, ya que es posible que sus mejores muestras aún no se hayan inventado.
Es mejor elegir un fabricante en particular, la potencia requerida y el equipo adicional con la participación de los gerentes de las compañías que participan en la venta e instalación de dicho equipo. Debe saber que la calidad y el precio de los módulos fotovoltaicos de los fabricantes más grandes difieren poco.
Debe tenerse 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 monto total. El período de recuperación de dichos proyectos es de 5 a 10 años y depende del nivel de consumo de energía y la posibilidad de vender el excedente de electricidad a la red de la ciudad.
Algunos maestros prefieren recoger células 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.
Te aconsejamos que leas:
- Cómo hacer que una batería solar hágalo usted mismo: instrucciones para autoensamblaje
- Sistemas de calefacción solar: análisis de tecnologías para la disposición de la calefacción a partir de sistemas solares.
- Diagrama de conexión de las baterías solares: al controlador, a la batería y a los sistemas atendidos.
Conclusiones y video útil sobre el tema.
Los videos presentados muestran el trabajo de varios paneles solares en condiciones reales. También ayudarán a comprender la elección del equipo relacionado.
Reglas para la selección de paneles solares y equipos relacionados:
Tipos de paneles solares:
Pruebas 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 células solares nos permite esperar que la energía del sol pronto se convertirá en la principal fuente de electricidad en muchas casas de campo.
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