¿Cómo evaluar el rendimiento solar fotovoltaico?

• ¿Qué es el rendimiento de las placas solares fotovoltaicas?
• Avances tecnológicos: placas solares y sector fotovoltaico
• Optimización en la producción de placas solares
• Rendimiento en el montaje de las placas solares
• Renovación y potenciación del sector fotovoltaico

El rendimiento de las placas solares fotovoltaicas mide la eficiencia que tiene un panel en particular. Es decir, la cantidad de electricidad que es capaz de producir. No obstante, esa cantidad de electricidad puede variar si hacemos diferentes pruebas con el mismo panel fotovoltaico. Simplemente por su ubicación geográfica, ya que en cada lugar disponemos de una cantidad de radiación solar diferente, que ayuda a producir la electricidad.

Gracias a un estudio realizado por la empresa italiana SunReport, en el que se evaluaron más de 12.000 instalaciones fotovoltaicas, se elaboró una lista con los mejores paneles solares fotovoltaicos. En esta lista se clasificaron los paneles solares por el fabricante y por su rendimiento. También quedó patente en este informe la diferencia de rendimiento entre varias placas solares.

Además, se comprobó que la situación geográfica afecta al rendimiento solar fotovoltaico, al comparar la eficiencia energética de un mismo panel en diferentes países europeos. Así se verificó que España dispone de una situación privilegiada al recibir una mayor cantidad de radiación solar que en el resto de países europeos. Es decir, en España se puede producir más electricidad que en cualquier otro país de Europa, con el mismo panel fotovoltaico.

Para calcular el rendimiento de las placas solares fotovoltaicas se debe analizar el panel en un laboratorio, donde se controlan y conocen los diferentes factores que afectan a la medición. Las condiciones óptimas de medición del rendimiento solar fotovoltaico también son denominadas condiciones estándar de medida. Estas mediciones se deben realizar a una temperatura del panel de 25ºC y una distribución espectral AM de 1,5 G (1). En estas condiciones, se considera que el panel solar recibe una irradiación de 1000 W/m2.

(1) Distribución espectral: es la cantidad de aire atmosférico que los rayos solares tienen que atravesar para incidir, de forma oblicua, sobre las placas solares.

Si las placas solares no tuvieran pérdidas, o sea, sí el rendimiento de las placas solares o eficiencia fuera del 100%, podría generar 1.000 W/m2 de potencia. Esto es, obviamente, solo de forma teórica, ya que las placas solares reales no consiguen ese rendimiento.

Es por esto que surge el término de coeficiente de rendimiento solar fotovoltaico, que expresa la relación entre el rendimiento real y el rendimiento nominal de las placas solares. Al ser un cociente entre dos rendimientos se expresa en porcentaje.

El coeficiente de rendimiento de las placas solares es una magnitud que mide la calidad de una instalación fotovoltaica. Además es independiente del lugar de ubicación de las placas solares. De esta forma, este coeficiente indica qué proporción de la energía está realmente disponible para el consumo tras haber descontado las pérdidas energéticas, y el consumo propio para la operación.

El valor del coeficiente de rendimiento calculado para una instalación fotovoltaica ideal es el 100%. Cuanto más cercano al 100% sea el valor del rendimiento de las placas solares fotovoltaicas, estas trabajarán de modo más efectivo. A pesar de lo dicho, no es posible alcanzar un valor real del 100%, ya que durante la transformación de la energía solar en electricidad se producen siempre pérdidas inevitables. Algunas de estas mermas en el rendimiento de las placas solares fotovoltaicas se deben al calentamiento de los módulos fotovoltaicos, o por problemas de conductividad de los cables.

El rendimiento de las placas solares fotovoltaicas es tan importante que, la Unión Europea desarrolló un Sistema de Información Geográfica Fotovoltaica. Esta herramienta sirve para el cálculo de la radiación y energía eléctrica que se puede generar con los paneles fotovoltaicos, en función de nuestra ubicación.

Volver al menú de contenidos

Como en todos los equipos y máquinas desarrolladas por el ser humano, los paneles fotovoltaicos han ido evolucionando conforme la técnica y la investigación han avanzado. Unas veces con pequeños avances sobre el mismo equipo, y otras con un cambio radical, para buscar nuevas formas de aprovechar la energía solar.

Las últimas novedades que están entrando en el mercado, o que aún se están desarrollando son las que os comentamos a continuación:

Las investigaciones europeas en placas solares para aumentar el rendimiento fotovoltaico han llevado a desarrollar la tecnología TOPCon. Esta se basa en la formación de dos capas delgadas de amortiguamiento intercaladas entre obleas de silicio y contactos metálicos. Esta configuración aumenta la eficiencia de las células solares convencionales y establecen mayores cuotas del coeficiente de rendimiento fotovoltaico.

Los módulos fotovoltaicos bifaciales están diseñados de manera que puedan producir energía solar por ambas caras de cada panel. Esto se consigue colocando células fotovoltaicas en ambas caras del panel, de manera que aprovechan la radiación solar directa y también a la reflejada o difusa. El objetivo del diseño bifacial no es incrementar el rendimiento de las placas solares fotovoltaicas por metro cuadrado, sino aumentando la superficie generadora.

Una célula fotovoltaica tradicional se compone de tres capas con propiedades eléctricas distintas: una capa exterior de silicio en contacto directo con la radiación solar, una capa intermedia también de silicio, y una última capa inferior de aluminio BSF. Las células con tecnología PERC tienen una lámina adicional entre la capa intermedia y la capa inferior, que es reflectante. Sobre esta capa PERC rebotan los electrones que no han sido absorbidos hacia las capas superiores, generando mayor cantidad de electricidad.

El Solar Paint o pintura solar es un tipo de pintura que, además de dar color y protección a las superficies, como paredes, puertas, pavimentos, carreteras, etc., tiene la capacidad de reaccionar a la luz del sol para producir energía limpia y sostenible. Existen dos versiones de esta pintura,una de ellas produce electricidad y la otra es capaz de generar hidrógeno.

La tecnología de heterounión es un proceso que consiste en una base de silicio monocristalino común a la que añade otras capas adicionales de silicio amorfo en ambas caras de la célula. Esta técnica logra incrementar el rendimiento fotovoltaico de los paneles al conseguir un excelente coeficiente de temperatura en ellos. Además, reduce las zonas defectuosas de las celdas solares. En las placas solares mantener la temperatura es importante, ya que el rendimiento de estas disminuye al aumentar su temperatura.

Los paneles híbridos no son más que la combinación del uso de las principales tecnologías de aprovechamiento solar, la solar térmica y la solar fotovoltaica. Esta consiste en incorporar a una placa solar fotovoltaica un circuito posterior, perteneciente a una placa solar térmica. De esta forma se aprovecha la luz del sol para generar electricidad, y el calor que se produce dentro de la carcasa aislada para calentar el fluido de la parte térmica.

Además, la parte térmica roba calor a las células fotovoltaicas, bajando la temperatura de estas últimas, y con ello manteniendo su rendimiento. Recordemos que las placas solares fotovoltaicas pierden rendimiento con el aumento de la temperatura.

El fabricante de paneles solares SunPower ha desarrollado dos técnicas con el fin de aumentar la producción de electricidad por metro cuadrado. Por un lado, ha eliminado las conexiones metálicas entre las células en la cara superior. Y las ha incorporado en la cara posterior. De manera que no quitan superficie “útil” para el rendimiento de las placas solares fotovoltaicas. Por otro lado, ha desarrollado el nuevo tipo de células fotovoltaicas Maexon. En las que incorpora un fondo de aluminio y superficie plana que mejoran notablemente el coeficiente de rendimiento fotovoltaico.

Volver al menú de contenidos

Las empresas y centros de investigación no solo enfocan sus esfuerzos en la propia cadena de montaje o en nuevas tecnologías de las células o placas solares para aumentar el rendimiento fotovoltaico, sino también en la configuración de las propias placas, para adecuarlas al lugar de la instalación.

Se ha desarrollado un método basado en técnicas estadísticas y de inteligencia artificial. Este sistema analiza entre otros factores las variaciones atmosféricas de cada ubicación, para introducirlas en el diseño de los paneles solares, con el objetivo que produzcan más energía. Así se establece como debe fabricarse un panel fotovoltaico en función de la ubicación de la instalación solar.

Un grupo de investigadores ha diseñado unas placas solares utilizando perovskitas de halogenuro metálico. Este material consigue un 25,6% de eficiencia de conversión, con lo que se aumenta significativamente rendimiento de las placas solares fotovoltaicas. La ventaja de la perovskita es que puede usarse como sustituto o como complemento del silicio. Durante las pruebas realizadas combinando ambos materiales se registró una eficiencia de conversión de hasta el 30%.

Además, para la fabricación de placas solares con este material son suficientes grosores de media micra., mientras que con el silicio se necesitan 150 micras. Esto hace de la perovskita un material ideal para aplicaciones flexibles.

Volver al menú de contenidos

Para aumentar el rendimiento solar fotovoltaico se desarrollan proyectos singulares que intentan aprovechar cualquier superficie que reciba los rayos del sol. Las instalaciones fotovoltaicas más impactantes que aprovechar lugares especiales corresponden a grandes huertas solares. No obstante, cualquiera de nosotros podemos ayudar a mejorar el rendimiento de la fotovoltaica sumándonos al autoconsumo. Y aprovechar cualquier tejado o fachada de nuestras casas.

El número de instalaciones solares fotovoltaicas flotantes sigue aumentando con el objetivo de mejorar el rendimiento fotovoltaico. Para ello se desarrollan sistemas de flotación donde se anclan las placas solares. Hasta la fecha se han utilizado lagos o embalses, no obstante, se estudia la instalación de huertas fotovoltaicas en los mares y océanos.

Este tipo de montaje de las placas solares tiene ciertas ventajas. Una de ellas es que se gana en rendimiento fotovoltaico al estar instalados sobre el agua, ya que, la temperatura de las placas se disipa en parte y el rendimiento no baja. Sin embargo, tienen dos grandes desventajas. Por un lado, el viento y las olas pueden afectar a la estructura incluso romperla. Por otro, la humedad y el salitre deterioran con mayor rapidez toda la instalación.

Otro ejemplo es el aprovechamiento de paredes, verticales o con una pendiente pronunciada, pero que están orientadas al sur. Como en cualquier fachada de nuestras viviendas y edificios, también se aprovechan las paredes de las presas hidráulicas. De esta forma se utiliza una infraestructura pensada para el suministro de agua y para la generación eléctrica hidráulica, también para la instalación de placas solares. Consiguiendo tres funciones en una sola edificación.

Ejemplo de ello es la instalación fotovoltaica que se ha desarrollado en la presa hidráulica del cantón suizo de Glarus, a 2.500 metros de altitud. En la que se ha aprovechado su muro de contención para la instalación de aproximadamente 6.000 paneles fotovoltaicos. El proyecto se ha calculado para la generación eléctrica con una producción anual estimada de 2,7 GWh. Lo que equivale al consumo de unos 600 hogares de 4 personas, durante un año.

Volver al menú de contenidos

Aspectos que potencian el rendimiento solar fotovoltaico