(1/4)Tendencias para el futuro solar fotovoltaico
La industria de tecnología solar fotovoltaica está cambiando rápidamente. Uno de los objetivos ha sido el aumento de la eficienca en los módulos solares. Un ejemplo ha sido la tecnología PERC, por sus siglas en inglés Passivated Emitter and Rear Cell/Contact, la cuál ha aumentndo la eficiencia de los módulos. Tener una eficiencia más alta ayuda a reducir el número de módulos necesarios y esto tiene impacto en los costos de instalación y transporte. Además, para efectos de mercadotecnía, las empresas que promueven los paneles solares con mayor eficiencia son percibidass con un mayor conocimiento tecnológico.
En este blog hablaremos de las 4 partes fundamentales de la cadena de valor de los paneles solares basado en los reportes de IRENA. Esta está compuesta por las siguientes partes:
- Manufactura de módulos y materiales
- Tipos de aplicaciones
- Operación y Mantenimiento
- Decomisionamiento/Desmantelamiento al fin de vida útil
1. Materiales y Manufactura
El esfuerzo en está área se enfoca en encontrar materiales más económicos, reducción en los costos de manufactura y aumento de eficiencia. A continuación presentaremos algunas de las tendencias. La siguiente imágen muestra algunos ejemplos de tecnologías llamadas de 1ra y 2da generación.
Además de estás, existe otra línea de investigación llamada 3ra generaión. Esta otra tecnología solar fotovoltaica utiliza compuestos de polymeros y son llamadas celdas orgánicas. Hablaremos de esta tecnología en otro blog.
Silicio y arquitectura convencional
Los paneles c-Si, Silicio Cristalino son considerados páneles de 1ra generación y comprenden el 95% de todos los paneles fotovoltaicos utilizados en el mundo. La tencología se ha desarrolando aceleradammente. Tan solo en 2013 la eficiencia de los páneles comerciales rondaba entre 13% y 14% para módulos policristalinos y monocristalinos respectivamente. En el año 2020 es común encontrar módulos que superan el 20% de eficiencia. Se espera que esta tendencia continúe hasta 2030.
Silicio Arquitectura Avanzada (PERC)
El progreso clave en esta tecnología es la integración de una capa adicional de “pasivación”. Esta capa protectora tiene varios beneficios al módulo como lo son:
- Reduce la recombinación de electrones. Esta recombinación en celdas solares se refiere a los electrones que no logran moverse de manera libre y terminan recombinándose con el material yno contribuyen a la corriente eléctrica de la celda.
- Aumenta la reflexión interna de luz. Muchas veces los fotones atraviesan todas las capas sin ser abosrbidos por al celda. Agregando esta capa boliga a reflejar esta luz y dar un segundo intento para su absorpción.
- Reduce el calentamiento de los módulos. Radiación en frecuencias que no son absorbidas por la celda termina impactando los componentnes metálicos del modulo aumentando su temperatura. La capa de pasivación refleja este espectro y reduce el calentamiento del módulo.
Tandem/Híbridos o multi capa
Las celdas solares tandem se construyen apilando varias capas de material semiconductor. Cada capa está diseñada para absorber radiación en diferentes segmentos del espectro electromagnético. Este método suele ser caro, ya que se utiliza mucho material pero pueden llegar a tener eficiencias mayores a 46%. Sus aplicciones suelen reservarse para la industria aeroespacial.
Thin Film
Esta tencología se refiere a las celdas de película delgada y son llamados de 2da generación y por lo general utilizan otros elementos de la tabla periódica en sustitución de el Silicio.
Perovskites
Uno de los materiales promotedores son los perovskitos, un minueral que absorbe muy bien la luz. Estos cristales formados por óxido de Calcio y Titanio y tienen una alta durabilidad. Estas celdas han llegador a tener más de 24% de eficiencia en laboratorios. Además tiene el potencial de te tener un proceso de manufactura mámenos costoso que los tradicionales al producirse a menores temperaturas.
Copper indium gallium selenide cells (CIGS)
Estos son materiales compuestos por Cobre Indio Galio y Selenio. Su eficiencia ha llegado a 23%. Desafortunadmente su procesos de manufactura puede ser complejo y uno de sus compuestos como el Indio no es tan abudante como el Silicio.
Cadmium telluride (CdTe)
Esos son compuestos de Cadmio y Telurio y han llegado a eficiencias de 21%. Tienen una buena abosropción de la luz y bjas pérdidas de energía. Su proceso de producción es muy flexible y poco costoso y es la tecnología de película delgada con mayor penetración en el mercado.
Tecnología de Módulos
Módulos Bifaciales
Los módulos bifaciales son capaces de recivir luz solar no solo de la parte delantera sino también de la parte trasera de la celda. La más común es la llamada glass-glass la cual tiene las capas de semiconductores en medio de dos capaz de cristal. Esta tecnología reduce la temperatura del módulo también.
Half Cells
Los módulos Half Cell incluyen celdas solares que literalmente son cortadas a la mitad usando un láser. De esta forma los módulos de 60 celdas se convierten en módulos de 120 y los de 72 celdas en módulos de 144. Cortar las celdas al mitad tiene varias ventajas:
- Reduce las pérdidas por resistividad. Al cortar las celdas a la mitad, la corriente que mueven también es cortada a la mitad obtniendo menores pérdidas.
- Menores pérdidas por sombras. El diagrama eléctrico consiste de 2 secciones de 60/72 mitades de celda. Esto crea 6 líneas de conexiones en vez de 3. De esta forma, cualquier sombra que solo insida en una mitad, afectará solo 1/6 de la producción en vez de 1/3.
Multi Bus Bar
Las celdas solares son conectadas por delgadas tiras metálicas llamadas “Busbars”. Estas conducen la corriente eléctria de las celdas. Módulos muy antiguos solo tenían 2 Busbars, y después se normaliaron los módulos de 3 busbars.Aumentar el número de busbars tiene como objetivo reducir la resistencia eléctrica total.
Solar “Shingles”
Se refiere a las soluciones de paneles solares dónde estos se se asemejan a materiales de techo concencional. Un ejemplo de estos son las tejas solares. Estas se pueden integran faácilmente en la arquitectrura de una casa o edificio.
Espera pronto la segunda parte de este blog.
