¿Qué son los paneles solares?
Los paneles solares son módulos que captan la radicación electromagnética visible que proviene del sol y la transforman en energía eléctrica. Es aplicable el principio de conservación de energía que afirma que la energía no se crea ni se destruye solo se transforma.
¿Cómo se desarrollaron los paneles solares?
El desarrollo de los paneles solares o tecnología fotovoltaica comenzó durante la revolución industrial cuando el físico francés Alexandre Edmond Becequerellar demostró por primera vez el efecto fotovoltaico, o la capacidad de una célula solar para convertir la luz solar en electricidad. Cuatro décadas después, el inventor estadounidense Charles Fritts creó el primer panel solar de techo del mundo en Nueva York en 1883. Fritts recubrió los paneles solares con selenio para producir una corriente eléctrica muy débil. Sin embargo, el proceso de cómo la luz produce electricidad no se entendió hasta que Albert Einstein escribió un artículo explicando el efecto fotoeléctrico en 1905. La investigación de Becquerellar y Einstein formó la base de futuros desarrollos en tecnología solar.
¿Como funcionan los paneles solares?
El principal componente de los paneles solares es el silicio (Si), el cual es el elemento químico más abundante del planeta (28%) después del oxígeno y aunque no se encuentra en estado puro en la naturaleza, se puede encontrar como óxidos en algunos minerales como la arena, cuarzo y cristal de roca entre otros.
El silicio tiene propiedades semiconductoras y por tanto es muy usado para fabricar dispositivos electrónicos como transistores, diodos, microcontroladores, etc.
¿Cómo se transforma la luz solar en energía eléctrica?
La luz está compuesta por fotones, las cuales son partículas elementales portadoras de radiación electromagnética. Estos fotones, cuando inciden sobre las células solares, excitan el silicio el cual libera un electrón que es atraído hacia otra capa de silicio tipo P, que ha sido diseñada para recibir electrones. A este flujo de electrones se le conoce como corriente eléctrica, la cual es conducida a la caja de conexiones de los paneles solares para su aprovechamiento.
Cada célula de silicio genera una tensión alrededor de 0.7V DC, la cual al conectarse con otras puede alcanzar los 50V DC en circuito abierto. Tal es el caso de paneles solares de 72 celdas.
¿Qué partes componen un panel solar?
En la siguiente imagen se muestran las partes que constituyen un panel solar:
1. Marco: El marco del panel solar está hecho de aluminio anodizado, el cual es resistente a la corrosión y su función es proteger los componentes internos de las tensiones térmicas y mecánicas, además de proporcionar puntos de fijación para el montaje los módulos.
2. Vidrio Templado: Esta capa del panel solar que por lo general tiene un espesor de 3 a 4mm cumple varias funciones:
- Proporciona protección mecánica a las células fotovoltaicas frente a impactos durante la instalación o transporte.
- Garantiza una baja reflectancia y una alta transmitancia del módulo, lo que se traduce en mejor aprovechamiento de la luz.
- Protege a las células solares contra factores externos como el agua, vapor o suciedad.
Algunos fabricantes como ZNSHINE incorporan en sus módulos una doble capa de vidrio templado con el fin de brindar máxima seguridad ante impactos. En el siguiente video se muestran algunas pruebas de carga realizadas por ZHSHINE Solar.
Los módulos fotovoltaicos de ZNSHINE también incorporan una película de grafeno, el cual mejora la transmisión de la luz y gracias a las propiedades hidrofílicas pueden eliminar el polvo de la superficie del vidrio, de tal forma, aparte de mantener su limpieza durante largo tiempo, pueden generar un retorno más rápido de la inversión ya que reduce los costos operativos y aumenta la generación de energía de los módulos fotovoltaicos.
Si quieres saber más información sobre este tipo de tecnología, le invito a ver el siguiente video:
3. Encapsultante EVA
Por sus siglas en inglés Ethylene Vinyl Acetate (EVA) es un material que tiene buena transmisión de radiación y baja degrabilidad a la luz solar. Una de las funciones de esta película es adherir las células solares a la capa superior (vidrio templado) y a la superficie posterior del módulo. Al aplicar calor a este polímero termoplástico en conjunto con las células solares actúa como agente encapsulante, creando una película sellante y aislante alrededor de las células. Así, evita la entrada de aire y la formación de humedad, deja pasar la energía del sol y es resistente a la degradación de la luz solar con el tiempo.
4. Células Solares
Son la parte mas importante del módulo solar y como comentamos al principio su componente principal es el silicio. Su función es convertir la luz solar en energía eléctrica DC. Existen diferentes tipos de células solares, como son las monocristalinas, policristalinos y las tipo PERC. Actualmente son mas usadas las células monocristalinas por tener mayor eficiencia y mostrar mejor comportamiento frente a la temperatura.
En la anterior imagen podemos diferenciar fácilmente las células monocristalinas de las policristalinas por su color, ya que las monocristalinas por contener silicio de alta pureza son de color mas oscuro. Otra diferencia es la forma de sus esquinas, las policristalinas tienen sus bordes en angulo recto.
Actualmente las células más eficientes están diseñadas con 5 busbar o barras colectoras, de esa forma se reduce la resistencia interna y por tanto las pérdidas por efecto joule
Si quieres saber mas consulta la diferencia entre paneles solares monocristalinos y policristalinos y PERC
5. Cubierta posterior
Es la última capa del módulo fotovoltaico y no por eso menos importante. El propósito principal es proteger el módulo de las radiaciones UV ademas de proveer aislamiento eléctrico del sistema y ofrecer durabilidad. Por lo tanto, para proteger un módulo durante toda su vida útil, la capa posterior debe tener tres propiedades: resistencia a la intemperie, resistencia mecánica y adherencia.
La lámina posterior generalmente está hecha de un polímero o la combinación de polímeros. Pueden ser fluoropolímeros simples o dobles, las cuales consisten principalmente en capas exteriores de películas de fluoruro de polivinilo (PVF) de tedlar, o de películas de fluoruro de polivinilideno (PVDF) de kynar y una capa central de tereftalato de polietileno (PET).
6. Caja de conexión
Es una caja pequeña resistente a la intemperie ubicada en la parte posterior del panel. Esta caja es el punto central donde todos los conjuntos de celdas se interconectan, por tanto, deben estar protegidas contra la humedad y suciedad.
La caja de conexiones también alberga los diodos de derivación que se necesitan para evitar corrientes de flujo inversor que se produce cuando algunas celdas están sucias o sombreadas. Los diodos solo permiten que la corriente fluya en una dirección.
Después de analizar de que están hechos los paneles solares y cada elemento, comprendemos la importancia de cada uno de ellos. De ahí que sea fundamental seleccionar fabricantes de módulos fotovoltaicos, que entre otras cosas, ofrezcan garantía de producto cercana o igual a su vida útil. Hay fabricantes que ofrecen 25 años de garantía de potencia, pero solo 10 ó 12 años de garantía producto. Los paneles solares que comercializamos cuentan con garantía de producto de 20 años lo que garantiza rentabilidad a lo largo del proyecto, atenderemos con gusto su solicitud.
¿Cuál es la vida útil de los paneles solares?
Los paneles solares tienen una vida útil promedio de 25 a 30 años, dependiendo del fabricante. Es decir, que al final de ese periodo el panel solar habrá disminuido su capacidad de producir energía en un 20%.
¿Qué tipo de paneles solares hay?
Los paneles solares más comunes son de tipo policristalino y monocristalino, los cuales abarcan el 80% del mercado fotovoltaico. También están los paneles solares tipo PERC y de acuerdo a su tecnología se encuentran los paneles solares media celda y bifaciales.
¿Cuál es la diferencia entre paneles solares monocristalinos y policristalinos?
La principal diferencia entre los paneles solares monocristalinos y policristalinos radica en la pureza. En las células solares monocristalinas la pureza es mayor, razón por la que el color es más oscuro que los policristalinos.
Cómo se puede percibir en la imagen anterior, los paneles solares monocristalinos pueden distinguirse de manera visual. Sin embargo, desde el punto de vista técnico, podemos concluir que el panel solar monocristalino es más eficiente y puede trabajar mejor a temperaturas altas. Por lo tal razón las potencias y eficiencias más altas se han alcanzado con módulos monocristalinos.
Otra tecnología empleada en los módulos fotovoltaicos con el fin de aumentar su eficiencia es la conocida como media celda, la cual consiste en dividir el panel en dos secciones, de esta manera se reduce la corriente que circula por las células solares y por tanto las pérdidas. Otra ventaja radica en que la potencia generada no se verá afectada por sombras en alguna de las dos secciones, lo que si afectaría completamente a otros paneles sin esta tecnología.
Por último, encontramos los paneles solares bifaciales, los cuales producen energía por ambos lados del módulo, es decir por la parte delantera y trasera. Son usados cuando el sitio donde son instalados tienen una superficie altamente reflectante, lo cual puede incrementar hasta un 30% en la producción de energía. Este tipo de tecnología vienen en muchos diseños, algunos están enmarcados mientras que otros no tienen marco. Algunos son de doble vidrio y otros usan hojas traseras transparentes. Actualmente los paneles solares bifaciales son usados en proyectos de generación a gran escala.
¿Se pueden reciclar los paneles solares?
La respuesta es si. La creencia común de que los paneles solares no son reciclables es un mito. Sin embargo, es un proceso que necesita tiempo para ser ampliamente implementador y requiere más investigación para alcanzar todo su potencial de reciclaje. Si no se pusiera en marcha los procesos de reciclaje, habría 60 millones de toneladas de desechos de paneles fotovoltaicos en vertederos para el años 2050.
¿Cómo se reciclan los paneles solares?. El proceso de reciclaje comienza con el desmontaje del producto real para separar las piezas de aluminio y vidrio. Casi todos el (95%) del vidrio se puede reutilizar, mientras que todas las piezas metálicas externas se utilizan para volver a moldear marcos de celda. El resto de los materiales se tratan a 500°C en una unidad de procesamiento térmico con el fin de facilitar la unión entre los elementos celulares. Debido al calor, el plástico encapsulante se evapora, dejando las células de silicio listas para ser procesadas.
Debido al aumento de la demanda de los paneles solares, la Directiva sobre residuos de aparatos eléctrico y electrónicos (RAEE) de la unión Europea ayudó a fundar una organización basada en miembros llamada PV CYCLE para construir una sólida infraestructura de reciclaje. En el siguiente video se muestra una de sus instalaciones:
¿Qué mantenimiento requieren los paneles solares?
Es importante realizar un mantenimiento regular en la instalación fotovoltaica. Realizar un mantenimiento regular garantizará que el sistema de paneles solares funcione de manera segura, correcta y eficiente.
Con el tiempo, el polvo y la suciedad se acumularán en los módulos fotovoltaicos, lo que puede comprometer el rendimiento del sistema de generación. Además, la filtración de agua, humedad, viento y luz solar puede causar daños o deterioro al sistema.
De manera similar, que por ejemplo a un automóvil se le debe realizarse un mantenimiento regular, a una instalación fotovoltaica debe realizarse un mantenimiento regular, así se asegurará que la instalación es segura para todos los que viven o trabajan en las instalaciones. Además el buen mantenimiento, permitirá maximizar el ahorro de energía durante la vida útil del sistema.
¿Ahora bien, con qué frecuencia debe darse mantenimiento a la instalación?. Si sus paneles solares están inclinados, la lluvia limpiará la suciedad que se acumulan en ellos. Sin embargo, durante temporadas secas o verano es importante limpiarlos manualmente. En general se recomienda que realice tal limpieza entre dos y cuatro veces al año. Todo lo que necesitará es rociar su superficie con una manguera y sus paneles estarán limpios y en las mejores condiciones. Es importante no emplear jabón o detergente ya que sus componentes puede afectar la superficie del módulo.
Sin embargo, el mantenimiento implica más que simplemente limpiar los paneles. En el mantenimiento debe revisarse que los paneles estén sin defectos en su superficie, sus bordes no estén corroídos, el cableado no esté deteriorado y verificar que todos sus componentes funcionen según lo previsto. Además deberá revisarse el panel de visualización para mirar las fallas que se han detectado.
También es importante revisar las condiciones ambientales circundantes a la edificación con el impedir que sombras ocasionadas por el crecimiento de árboles afecten la producción de los paneles solares.
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