Panel solar

Para paneles solares térmicos, consulte energía solar térmica .

Módulos solares fotovoltaicos montados en una azotea

Un panel solar, o módulo fotovoltaico (PV) , es un conjunto de células fotovoltaicas montadas en un marco para su instalación. Los paneles solares utilizan la luz solar como fuente de energía y generan electricidad de corriente continua . Una colección de módulos fotovoltaicos se denomina panel fotovoltaico y un sistema de paneles es una matriz. Las matrices de un sistema fotovoltaico suministran electricidad solar a los equipos eléctricos.

Historia

Ver también: Célula solar § Historia y Cronología de las células solares

En 1839, Alexandre-Edmond Becquerel observó por primera vez la capacidad de algunos materiales para crear una carga eléctrica a partir de la exposición a la luz . ^[1] Aunque los primeros paneles solares eran demasiado ineficientes incluso para dispositivos eléctricos simples, se utilizaron como instrumento para medir la luz. ^[2] La observación de Becquerel no se repitió de nuevo hasta 1873, cuando Willoughby Smith descubrió que la carga podría ser causada por la luz que golpea el selenio. Después de este descubrimiento, William Grylls Adams y Richard Evans Day publicaron "La acción de la luz sobre el selenio" en 1876, describiendo el experimento que utilizaron para replicar los resultados de Smith. ^{[1] [3]}

En 1881, Charles Fritts creó el primer panel solar comercial, que Fritts informó como "continuo, constante y de una fuerza considerable, no solo por la exposición a la luz solar, sino también a la luz del día difusa y tenue". ^[4] Sin embargo, estos paneles solares eran muy ineficientes, especialmente en comparación con las centrales eléctricas de carbón. En 1939, Russell Ohl creó el diseño de célula solar que se utiliza en muchos paneles solares modernos. Él patentó su diseño en 1941. ^[5] En 1954, Bell Labs utilizó por primera vez este diseño para crear la primera celda solar de silicio comercialmente viable . ^[1] En 1957, Mohamed M. Atalla desarrolló el proceso de siliciopasivación superficial por oxidación térmica en Bell Labs. ^{[6] [7]} Desde entonces, el proceso de pasivación de la superficie ha sido fundamental para la eficiencia de las células solares . ^[8]

Teoría y construcción

Ver también: Celda solar

De una célula solar a un sistema fotovoltaico

Los módulos fotovoltaicos utilizan energía luminosa ( fotones ) del Sol para generar electricidad a través del efecto fotovoltaico . La mayoría de los módulos utilizan celdas de silicio cristalino a base de obleas o celdas de película delgada . El estructural ( transporte de carga) miembro de un módulo puede ser la capa superior o la capa posterior. Las celdas deben protegerse de daños mecánicos y humedad. La mayoría de los módulos son rígidos, pero también se encuentran disponibles semiflexibles basados ​​en celdas de película delgada. Las celdas se conectan eléctricamente en serie, entre sí al voltaje deseado, y luego en paralelo para aumentar el amperaje. El vataje del módulo es el producto matemático del voltaje y el amperaje del módulo. Las especificaciones de fabricación de los paneles solares se obtienen en condiciones estándar que no son las condiciones reales de funcionamiento a las que están expuestos los paneles solares en el lugar de instalación. ^[9]

Una caja de conexiones fotovoltaicas se adjunta a la parte posterior del panel solar y funciona como su interfaz de salida. Las conexiones externas para la mayoría de los módulos fotovoltaicos utilizan conectores MC4 para facilitar las conexiones resistentes a la intemperie con el resto del sistema. También se puede utilizar una interfaz de alimentación USB. ^{[ cita requerida ]}

Orden de conexión del módulo

Las conexiones eléctricas del módulo se realizan en serie para lograr un voltaje de salida deseado o en paralelo para proporcionar una capacidad de corriente deseada (amperios) del panel solar o del sistema fotovoltaico. Los cables conductores que toman la corriente de los módulos tienen un tamaño de acuerdo con la ampacidad y pueden contener plata, cobre u otros metales de transición conductores no magnéticos. Los diodos de derivación pueden incorporarse o usarse externamente, en caso de sombreado parcial del módulo, para maximizar la salida de las secciones del módulo aún iluminadas. ^{[ cita requerida ]}

Algunos módulos solares fotovoltaicos especiales incluyen concentradores en los que la luz se enfoca mediante lentes o espejos en células más pequeñas. Esto permite el uso de celdas con un alto costo por unidad de área (como el arseniuro de galio ) de manera rentable. ^{[ cita requerida ]}

Los paneles solares también utilizan marcos de metal que consisten en componentes de estanterías, soportes, formas de reflectores y canales para soportar mejor la estructura del panel.

Eficiencia

Ver también: Eficiencia de la célula solar

Cronología informada de las eficiencias de conversión de energía de los módulos solares campeones desde 1988 ( Laboratorio Nacional de Energía Renovable )

Cada módulo está clasificado por su potencia de salida de CC en condiciones de prueba estándar (STC) y, por lo tanto, la potencia de salida en campo puede variar. La potencia suele oscilar entre 100 y 365 vatios (W). La eficiencia de un módulo determina el área de un módulo con la misma potencia nominal: un módulo de 230 W con una eficiencia del 8% tendrá el doble de área que un módulo de 230 W con una eficiencia del 16%. Algunos módulos solares disponibles comercialmente superan el 24% de eficiencia. ^{[10] [11]} Actualmente, la tasa de conversión de luz solar mejor lograda (eficiencia del módulo solar) es de alrededor del 21,5% en los nuevos productos comerciales ^[12], generalmente más baja que la eficiencia de sus células de forma aislada. Los módulos solares de producción masiva más eficientes ^{[ disputados - discutir ]}tienen valores de densidad de potencia de hasta 175 W / m²(16,22 W / pie²). ^[13]

Los científicos de Spectrolab, una subsidiaria de Boeing , han informado del desarrollo de células solares de unión múltiple con una eficiencia de más del 40%, un nuevo récord mundial para las células solares fotovoltaicas. ^[14] Los científicos de Spectrolab también predicen que las células solares concentradoras podrían alcanzar eficiencias de más del 45% o incluso del 50% en el futuro, con eficiencias teóricas de alrededor del 58% en células con más de tres uniones.

Eficiencia dependiente de la radiación

Dependiendo de la construcción, los módulos fotovoltaicos pueden producir electricidad a partir de un rango de frecuencias de luz , pero generalmente no pueden cubrir todo el rango de radiación solar (específicamente, luz ultravioleta , infrarroja y luz baja o difusa). Por lo tanto, los módulos solares desperdician gran parte de la energía de la luz solar incidente , que pueden proporcionar una eficiencia mucho mayor si se iluminan con luz monocromática . Por lo tanto, otro concepto de diseño es dividir la luz en seis a ocho rangos de longitud de onda diferentes que producirán un color de luz diferente y dirigir los rayos hacia diferentes celdas sintonizadas con esos rangos. ^[15] Se ha proyectado que esto será capaz de aumentar la eficiencia en un 50%.

Matrices de módulos fotovoltaicos

Un solo módulo solar puede producir solo una cantidad limitada de energía; la mayoría de las instalaciones contienen varios módulos que agregan voltajes o corriente al cableado y al sistema fotovoltaico. Un sistema fotovoltaico generalmente incluye una matriz de módulos fotovoltaicos, un inversor , un paquete de baterías para almacenamiento de energía, controlador de carga, cableado de interconexión, disyuntores, fusibles, interruptores de desconexión, medidores de voltaje y, opcionalmente, un mecanismo de seguimiento solar . El equipo se selecciona cuidadosamente para optimizar la salida, el almacenamiento de energía, reducir la pérdida de energía durante la transmisión de energía y la conversión de corriente continua a corriente alterna.

Nanocilindros de aluminio

La investigación realizada por el Imperial College de Londres ha demostrado que la eficiencia del panel solar mejora al tachonar la superficie del semiconductor receptor de luz con nanocilindros de aluminio , similares a las crestas de los bloques de Lego . La luz dispersa luego viaja a lo largo de un camino más largo en el semiconductor, absorbiendo más fotones para convertirlos en corriente. Aunque estos nanocilindros se han utilizado anteriormente (el aluminio fue precedido por oro y plata), la dispersión de la luz se produjo en la región del infrarrojo cercano y la luz visible se absorbió fuertemente. Se descubrió que el aluminio había absorbido la parte ultravioleta del espectro, mientras que las partes visible e infrarroja cercana del espectro estaban dispersas por la superficie del aluminio. Esto, argumentó la investigación, podría reducir significativamente el costo y mejorar la eficiencia, ya que el aluminio es más abundante y menos costoso que el oro y la plata. La investigación también señaló que el aumento en la corriente hace que los paneles solares de película más delgada sean técnicamente factibles sin "comprometer la eficiencia de conversión de energía, reduciendo así el consumo de material". ^[dieciséis]

• La eficiencia del panel solar se puede calcular mediante el valor MPP (punto de máxima potencia) de los paneles solares.
• Los inversores solares convierten la energía de CC en energía de CA realizando el proceso de seguimiento del punto de máxima potencia (MPPT): el inversor solar toma una muestra de la potencia de salida (curva IV) de la celda solar y aplica la resistencia adecuada (carga) a las celdas solares para obtener el máximo energía.
• MPP (Punto de máxima potencia) del panel solar consta de voltaje MPP (V mpp) y corriente MPP (I mpp): es una capacidad del panel solar y el valor más alto puede generar un MPP más alto.

Los paneles solares microinvertidos están conectados en paralelo , lo que produce más salida que los paneles normales conectados en serie , con la salida de la serie determinada por el panel de menor rendimiento. Esto se conoce como el "efecto de luz navideña". Los microinversores funcionan de forma independiente para permitir que cada panel contribuya con su máximo rendimiento posible para una determinada cantidad de luz solar. ^[17]

Tecnología

Artículos principales: Silicio cristalino y célula solar de película fina.

Cuota de mercado de las tecnologías fotovoltaicas desde 1990

La mayoría de los módulos solares se producen actualmente a partir de células solares de silicio cristalino (c-Si) hechas de silicio multicristalino y monocristalino . En 2013, el silicio cristalino representó más del 90 por ciento de la producción fotovoltaica mundial, mientras que el resto del mercado en general está compuesto por tecnologías de película delgada que utilizan telururo de cadmio , CIGS y silicio amorfo ^[18].

Las tecnologías solares emergentes de tercera generación utilizan células avanzadas de película delgada. Producen una conversión de eficiencia relativamente alta por un bajo costo en comparación con otras tecnologías solares. Además, las celdas rectangulares de múltiples uniones (MJ) compactas, de alto costo y alta eficiencia se utilizan preferiblemente en paneles solares en naves espaciales , ya que ofrecen la relación más alta de energía generada por kilogramo elevado al espacio. Las células MJ son semiconductores compuestos y están hechos de arseniuro de galio (GaAs) y otros materiales semiconductores. Otra tecnología fotovoltaica emergente que utiliza células MJ es la energía fotovoltaica de concentración (CPV).

Película fina

En los módulos rígidos de película fina , la celda y el módulo se fabrican en la misma línea de producción. La celda se crea sobre un sustrato o superestrato de vidrio y las conexiones eléctricas se crean in situ , lo que se denomina "integración monolítica". El sustrato o superestrato se lamina con un encapsulante a una hoja delantera o trasera , normalmente otra hoja de vidrio. Las principales tecnologías de células en esta categoría son CdTe , o a-Si , o a-Si + uc-Si tándem , o CIGS (o variante). El silicio amorfo tiene una tasa de conversión de la luz solar del 6 al 12%. ^{[ cita requerida ]}

Las células y los módulos de película delgada flexible se crean en la misma línea de producción depositando la capa fotoactiva y otras capas necesarias sobre un sustrato flexible . Si el sustrato es un aislante (por ejemplo, poliéster o película de poliimida ), se puede utilizar la integración monolítica . Si es un conductor, se debe utilizar otra técnica para la conexión eléctrica. Las células se ensamblan en módulos laminándolos a un fluoropolímero transparente e incoloro en el lado frontal (típicamente ETFE o FEP ) y un polímero adecuado para adherirse al sustrato final en el otro lado.

Módulos solares inteligentes

Artículos principales: Módulo inteligente y microinversor solar.

Varias empresas han comenzado a incorporar productos electrónicos en módulos fotovoltaicos. Esto permite realizar MPPT para cada módulo individualmente y la medición de datos de rendimiento para el monitoreo y detección de fallas a nivel de módulo. Algunas de estas soluciones utilizan optimizadores de energía , una tecnología de conversión de CC a CC desarrollada para maximizar la recolección de energía de los sistemas solares fotovoltaicos. A partir de 2010, dicha electrónica también puede compensar los efectos de sombreado, en los que una sombra que atraviesa una sección de un módulo hace que la salida eléctrica de una o más cadenas de celdas en el módulo caiga a cero, pero sin tener la salida del todo el módulo cae a cero.

Rendimiento y degradación

Es posible que esta sección contenga investigaciones originales . Por favor, mejorarlo mediante la verificación de las afirmaciones hechas y la adición de citas en línea . Deben eliminarse las declaraciones que solo contengan investigaciones originales. ( Agosto de 2013 ) ( Obtenga información sobre cómo y cuándo eliminar este mensaje de plantilla )

Este gráfico ilustra el efecto de las nubes en la producción de energía solar.

El rendimiento del módulo se califica generalmente en condiciones de prueba estándar (STC): irradiancia de 1000 W / m 2 , espectro solar de AM 1,5 y temperatura del módulo a 25 ° C. ^[19] El voltaje real y la salida de corriente del módulo cambia a medida que cambian las condiciones de iluminación, temperatura y carga, por lo que nunca hay un voltaje, corriente o vataje específico con el que opera el módulo. El rendimiento varía según la ubicación geográfica, la hora del día, el día del año, la cantidad de irradiancia solar , la dirección y la inclinación de los módulos, la nubosidad, las sombras, la suciedad , el estado de carga y la temperatura. Las fluctuaciones en irradiancia, voltaje y corriente se pueden registrar con unmultímetro o registrador de datos y trazados o graficados en una curva IV, curva de potencia de irradiancia solar diaria y gráfico solar de producción de energía anual.

Para un rendimiento óptimo, un panel solar debe estar hecho de módulos similares orientados en la misma dirección perpendicular a la luz solar directa. La trayectoria del sol varía según la latitud y el día del año y se puede estudiar con un reloj de sol o una carta solar y seguir con un rastreador solar. Las diferencias de voltaje o corriente de los módulos pueden afectar el rendimiento general de un panel. Los diodos de derivación se utilizan para sortear paneles rotos o sombreados para optimizar la salida.

Las características eléctricas incluyen potencia nominal (P _MAX , medida en W ), tensión de circuito abierto (V _OC ), corriente de cortocircuito (I _SC , medida en amperios ), tensión de potencia máxima (V _MPP ), corriente de potencia máxima (I _MPP ), potencia máxima ( vatios-pico , W _p ) y eficiencia del módulo (%).

El voltaje nominal es una categoría que permite a los usuarios saber si dos equipos funcionarán juntos. Por ejemplo, un panel solar de 14v es compatible con un banco de baterías de 14v.

El voltaje de circuito abierto o V _OC es el voltaje máximo que el módulo puede producir cuando no está conectado a un circuito o sistema eléctrico. V _OC se puede medir con un voltímetro directamente en los terminales de un módulo iluminado o en su cable desconectado.

La potencia máxima nominal, W _p , es la salida máxima en condiciones de prueba estándar (no la salida máxima posible). Los módulos típicos, que pueden medir aproximadamente 1 por 2 metros (3 pies × 7 pies), se clasificarán desde tan solo 75 W hasta tan alto como 600 W, dependiendo de su eficiencia. En el momento de la prueba, los módulos de prueba se agrupan de acuerdo con sus resultados de prueba, y un fabricante típico podría calificar sus módulos en incrementos de 5 W, y calificarlos en +/- 3%, +/- 5%, + 3 / -0% o + 5 / -0%. ^{[20] [21] [22]}

La capacidad de los módulos solares para resistir los daños causados ​​por la lluvia, el granizo , la gran carga de nieve y los ciclos de calor y frío varía según el fabricante, aunque la mayoría de los paneles solares en el mercado de EE. UU. Están listados en UL, lo que significa que han pasado por pruebas para resistir el granizo. ^[23] Muchos fabricantes de módulos de silicio cristalino ofrecen una garantía limitada que garantiza la producción eléctrica durante 10 años al 90% de la potencia nominal y 25 años al 80%. ^{[ cita requerida ]}

La degradación potencial inducida (también llamada PID) es una degradación potencial inducida del rendimiento en módulos fotovoltaicos cristalinos, causada por las llamadas corrientes parásitas. ^[24] Este efecto puede provocar una pérdida de potencia de hasta un 30%. ^[25]

Se dice que el mayor desafío para la tecnología fotovoltaica es el precio de compra por vatio de electricidad producido. Los nuevos materiales y técnicas de fabricación continúan mejorando el precio para potenciar el rendimiento. El problema reside en la enorme energía de activación que debe superarse para que un fotón excite un electrón con fines de recolección. Los avances en las tecnologías fotovoltaicas han provocado el proceso de "dopaje" del sustrato de silicio para reducir la energía de activación, lo que hace que el panel sea más eficiente en la conversión de fotones en electrones recuperables. ^[26]

Se aplican productos químicos como el boro (tipo p) en el cristal semiconductor para crear niveles de energía de donantes y aceptores sustancialmente más cercanos a las bandas conductoras y de valencia. ^[27] Al hacerlo, la adición de impureza de boro permite que la energía de activación disminuya veinte veces de 1,12 eV a 0,05 eV. Dado que la diferencia de potencial (E _B ) es tan baja, el boro puede ionizarse térmicamente a temperatura ambiente. Esto permite portadores de energía libre en las bandas de conducción y valencia, lo que permite una mayor conversión de fotones en electrones.

Mantenimiento

La eficiencia de conversión del panel solar, típicamente en el rango del 20%, se reduce por la acumulación de polvo, mugre, polen y otras partículas en los paneles solares , lo que colectivamente se conoce como suciedad . "Un panel solar sucio puede reducir su capacidad de energía hasta en un 30% en áreas con alto contenido de polvo / polen o desérticas", dice Seamus Curran, profesor asociado de física en la Universidad de Houston y director del Instituto de NanoEnergía, que se especializa en diseño, ingeniería y montaje de nanoestructuras. ^[28] La pérdida media de suciedad en el mundo en 2018 se estima en al menos el 3% - 4%. ^[29]

Pagar para limpiar los paneles solares es una buena inversión en muchas regiones, a partir de 2019. ^[29] Sin embargo, en algunas regiones, la limpieza no es rentable. En California, a partir de 2013, las pérdidas financieras inducidas por la suciedad rara vez eran suficientes para justificar el costo de lavar los paneles. En promedio, los paneles en California perdieron un poco menos del 0.05% de su eficiencia general por día. ^[30]

También existen riesgos laborales con la instalación y el mantenimiento de paneles solares . Nidos de pájaros y otros desechos que pueden alojarse debajo de los paneles solares, lo que puede causar interrupciones en el sistema, provocar un incendio si hay conexiones sueltas o simplemente hacer que el sistema se degrade con el tiempo. ^{[ cita requerida ]}

Reciclaje

La mayoría de las partes de un módulo solar se pueden reciclar, incluido hasta el 95% de ciertos materiales semiconductores o el vidrio, así como grandes cantidades de metales ferrosos y no ferrosos. ^[31] Algunas empresas privadas y organizaciones sin ánimo de lucro se dedican actualmente a operaciones de recogida y reciclaje de módulos al final de su vida útil. ^[32]

Las posibilidades de reciclaje dependen del tipo de tecnología utilizada en los módulos:

• Módulos a base de silicio: los marcos de aluminio y las cajas de conexiones se desmontan manualmente al inicio del proceso. Luego, el módulo se tritura en un molino y se separan las diferentes fracciones: vidrio, plásticos y metales. ^[33] Es posible recuperar más del 80% del peso entrante. ^[34] Este proceso puede ser realizado por recicladores de vidrio plano, ya que la morfología y composición de un módulo fotovoltaico es similar a los vidrios planos utilizados en la industria de la construcción y la automoción. El vidrio recuperado, por ejemplo, es aceptado fácilmente por la industria de la espuma de vidrio y el aislamiento de vidrio.
• Módulos no basados ​​en silicio: requieren tecnologías de reciclaje específicas como el uso de baños químicos para separar los diferentes materiales semiconductores. ^[35] Para los módulos de telururo de cadmio , el proceso de reciclaje comienza triturando el módulo y separando posteriormente las diferentes fracciones. Este proceso de reciclaje está diseñado para recuperar hasta el 90% del vidrio y el 95% de los materiales semiconductores contenidos. ^[36] En los últimos años, empresas privadas han creado algunas instalaciones de reciclaje a escala comercial. ^[37]Para reflector de placa plana de aluminio: la moda de los reflectores se ha puesto de manifiesto fabricándolos con una capa fina (alrededor de 0,016 mm a 0,024 mm) de revestimiento de aluminio presente en el interior de los envases de plástico para alimentos no reciclados. ^[38]

Desde 2010, hay una conferencia europea anual que reúne a fabricantes, recicladores e investigadores para analizar el futuro del reciclaje de módulos fotovoltaicos. ^{[39] [40]} La legislación de la UE exige que los fabricantes se aseguren de que sus paneles solares se reciclan correctamente. Se está aplicando una legislación similar en Japón , India y Australia . ^[41]

Producción

Véase también: Lista de empresas fotovoltaicas

La producción de sistemas fotovoltaicos ha seguido un efecto de curva de aprendizaje clásico , con una reducción significativa de costos junto con grandes aumentos en la eficiencia y la producción. ^[42]

Mejor productor de módulos	Envíos en 2019 ( GW ) [43]
Jinko Solar	14,2
JA Solar	10,3
Trina Solar	9,7
LONGi Solar	9.0
Canadian Solar	8.5
Células Hanwha Q	7.3
Energía resucitada	7.0
Primer Solar	5.5
Sistema GCL	4.8
Shunfeng fotovoltaica	4.0

En 2019, se completaron 114,9 GW de instalaciones de sistemas solares fotovoltaicos, según la Agencia Internacional de Energía (AIE).

Con un crecimiento anual de más del 100% en la instalación de sistemas fotovoltaicos, los fabricantes de módulos fotovoltaicos aumentaron drásticamente sus envíos de módulos solares en 2019. Ampliaron activamente su capacidad y se convirtieron en jugadores de gigavatios GW . ^[44] Según Pulse Solar, cinco de las diez principales empresas de módulos fotovoltaicos en 2019 han experimentado un aumento en la producción de paneles solares de al menos un 25% en comparación con 2019. ^[45]

La base de la producción de paneles solares gira en torno al uso de células de silicio. ^[46] Estas células de silicio son típicamente un 10-20% eficientes ^[47] en la conversión de la luz solar en electricidad, y los modelos de producción más nuevos ahora superan el 22%. ^[48] Para que los paneles solares sean más eficientes, los investigadores de todo el mundo han estado tratando de desarrollar nuevas tecnologías para hacer que los paneles solares sean más efectivos para convertir la luz solar en energía. ^[49]

En 2018, los cuatro principales productores de módulos solares del mundo en términos de capacidad enviada durante el año calendario 2018 fueron Jinko Solar, JA Solar , Trina Solar , Longi Solar y Canadian Solar . ^[50]

Precio

Ver también: paridad de cuadrícula

La ley de Swanson establece que con cada duplicación de la producción de paneles, ha habido una reducción del 20 por ciento en el costo de los paneles. ^[51]

El precio de la energía eléctrica solar ha seguido cayendo, por lo que en muchos países se ha vuelto más barata que la electricidad ordinaria de combustibles fósiles de la red eléctrica desde 2012, un fenómeno conocido como paridad de red . ^[52]

La información de precios promedio se divide en tres categorías de precios: aquellos que compran pequeñas cantidades (módulos de todos los tamaños en el rango de kilovatios anualmente), compradores de rango medio (típicamente hasta 10 MWp anuales) y compradores de grandes cantidades (se explica por sí mismo y con acceso a los precios más bajos). A largo plazo, existe una clara reducción sistemática del precio de las células y los módulos. Por ejemplo, en 2012 se estimó que el costo de la cantidad por vatio era de aproximadamente 0,60 dólares EE.UU., que era 250 veces menor que el costo en 1970 de 150 dólares EE.UU. ^{[53] [54]} Un estudio de 2015 muestra que el precio / kWh ha caído un 10% por año desde 1980, y predice que la energía solar podría contribuir con el 20% del consumo total de electricidad para 2030, mientras que la Agencia Internacional de Energía predice un 16% para 2050.^[55]

Los costos de producción de energía en el mundo real dependen en gran medida de las condiciones climáticas locales. En un país nublado como Reino Unido, el coste por kWh producido es mayor que en países más soleados como España.

Comparaciones de costos normalizadas a corto plazo que demuestren el valor de diversas tecnologías de generación eléctrica ^[56]

Comparaciones de costos normalizadas a largo plazo que demuestren el valor de diversas tecnologías de generación eléctrica ^[57]

Según la Administración de Información Energética de EE. UU., Se espera que los precios por megavatio-hora converjan y alcancen la paridad con las fuentes de producción de energía convencionales durante el período 2020-2030. Según la EIA, la paridad se puede lograr sin la necesidad de apoyo de subsidios y se puede lograr a través de mecanismos de mercado orgánico, a saber, la reducción del precio de producción y el avance tecnológico.

Siguiendo a los elementos RMI , Balance-of-System (BoS), esto es, el costo sin módulo de los módulos solares sin microinversores (como cableado, convertidores, sistemas de estanterías y varios componentes) representa aproximadamente la mitad de los costos totales de las instalaciones.

Para las centrales eléctricas solares comerciales, donde la electricidad se vende a la red de transmisión de electricidad, el costo de la energía solar deberá coincidir con el precio de la electricidad al por mayor. Este punto a veces se denomina 'paridad de red mayorista' o 'paridad de barras colectoras'. ^[52]

Algunos sistemas fotovoltaicos, como las instalaciones en tejados, pueden suministrar energía directamente a un usuario de electricidad. En estos casos, la instalación puede ser competitiva cuando el coste de producción coincide con el precio al que el usuario paga por su consumo eléctrico. Esta situación a veces se denomina 'paridad de red minorista', 'paridad de socket' o 'paridad de red dinámica'. ^{[58] La} investigación llevada a cabo por ONU-Energía en 2012 sugiere que áreas de países soleados con altos precios de la electricidad, como Italia, España y Australia, y áreas que utilizan generadores diésel, han alcanzado la paridad de red minorista. ^[52]

Montaje y seguimiento

Artículos principales: Sistema de montaje fotovoltaico y seguidor solar.

Módulos solares montados en seguidores solares

Los trabajadores instalan paneles solares residenciales en la azotea

Los sistemas fotovoltaicos montados en el suelo suelen ser grandes plantas de energía solar a escala de servicios públicos . Sus módulos solares se mantienen en su lugar mediante bastidores o marcos que se unen a soportes de montaje en tierra. ^{[59] [60] Los} soportes de montaje en tierra incluyen:

• Soportes de poste, que se clavan directamente en el suelo o se incrustan en concreto.
• Montajes de cimientos, como losas de concreto o zapatas vertidas
• Soportes de pie con balasto, como bases de hormigón o acero que usan peso para asegurar el sistema de módulo solar en su posición y no requieren penetración en el suelo. Este tipo de sistema de montaje es muy adecuado para sitios donde la excavación no es posible, como vertederos cubiertos, y simplifica el desmantelamiento o la reubicación de los sistemas de módulos solares.

Los sistemas de energía solar montados en el techo consisten en módulos solares que se mantienen en su lugar mediante bastidores o marcos unidos a soportes de montaje en el techo. ^[61] Los soportes de montaje basados ​​en el techo incluyen:

• Soportes de riel, que se fijan directamente a la estructura del techo y pueden usar rieles adicionales para sujetar los bastidores o los marcos del módulo.
• Soportes de pie con balasto, como bases de hormigón o acero que usan peso para asegurar el sistema de paneles en su posición y no requieren penetración. Este método de montaje permite el desmantelamiento o la reubicación de los sistemas de paneles solares sin ningún efecto adverso en la estructura del techo.
• Todo el cableado que conecta los módulos solares adyacentes al equipo de recolección de energía debe instalarse de acuerdo con los códigos eléctricos locales y debe instalarse en un conducto apropiado para las condiciones climáticas.

Los seguidores solares aumentan la energía producida por módulo a costa de la complejidad mecánica y una mayor necesidad de mantenimiento. Perciben la dirección del Sol e inclinan o rotan los módulos según sea necesario para una máxima exposición a la luz. ^{[62] [63]} Alternativamente, los racks fijos mantienen los módulos estacionarios durante todo el día con una inclinación determinada ( ángulo cenital ) y orientados hacia una dirección determinada ( ángulo azimutal ). Son comunes los ángulos de inclinación equivalentes a la latitud de una instalación. Algunos sistemas también pueden ajustar el ángulo de inclinación según la época del año. ^[64]De manera similar, para maximizar la producción total de energía, los módulos a menudo están orientados al sur (en el hemisferio norte) o al norte (en el hemisferio sur). Por otro lado, los arreglos orientados al este y al oeste (que cubren un techo orientado hacia el este y el oeste, por ejemplo) también pueden ser útiles. Aunque tales instalaciones podrían no producir la máxima energía total posible, su producción de energía probablemente sería más constante durante el día y posiblemente mayor durante los picos de demanda. ^{[sesenta y cinco]}

Estándares

Normas generalmente utilizadas en módulos fotovoltaicos:

• IEC 61215 ( rendimiento de silicio cristalino ), 61646 ( rendimiento de película delgada ) y 61730 (todos los módulos, seguridad), 61853 (prueba de rendimiento de módulo fotovoltaico y clasificación energética)
• ISO 9488 Energía solar — Vocabulario.
• UL 1703 de Underwriters Laboratories
• UL 1741 de Underwriters Laboratories
• UL 2703 de Underwriters Laboratories
• marca CE
• Serie de comprobadores de seguridad eléctrica (EST) (EST-460, EST-22V, EST-22H, EST-110).

Conectores

Los paneles solares al aire libre generalmente incluyen conectores MC4 . Los paneles solares para automóviles también pueden incluir un encendedor de automóvil y / o un adaptador USB . Los paneles interiores (incluidos los vidrios solares fotovoltaicos, las películas delgadas y las ventanas) pueden integrar microinversores (paneles solares de CA).

Aplicaciones

Existen muchas aplicaciones prácticas para el uso de paneles solares o fotovoltaicos. Primero se puede utilizar en la agricultura como fuente de energía para el riego. En el cuidado de la salud, los paneles solares se pueden utilizar para refrigerar suministros médicos. También se puede utilizar para infraestructura. Los módulos fotovoltaicos se utilizan en sistemas fotovoltaicos e incluyen una gran variedad de dispositivos eléctricos :

• Centrales fotovoltaicas
• Sistemas fotovoltaicos solares en la azotea
• Sistemas fotovoltaicos autónomos
• Sistemas de energía solar híbrida
• Fotovoltaica concentrada
• Planos solares
• Purificación de agua con energía solar
• Láseres de bombeo solar
• Vehículos solares
• Paneles solares en naves espaciales y estaciones espaciales.

Limitaciones

Impacto en la red eléctrica

Con los niveles crecientes de los sistemas fotovoltaicos en los tejados, el flujo de energía se vuelve bidireccional. Cuando hay más generación local que consumo, la electricidad se exporta a la red. Sin embargo, una red eléctrica tradicionalmente no está diseñada para lidiar con la transferencia de energía bidireccional. Por lo tanto, pueden surgir algunos problemas técnicos. Por ejemplo, en Queensland Australia, más del 30% de los hogares usaban energía fotovoltaica en la azotea a fines de 2017. La famosa curva de pato californiana 2020 apareció a menudo en muchas comunidades a partir de 2015. Puede producirse un problema de sobretensión cuando la electricidad fluya desde los hogares fotovoltaicos hacia la red. ^[66] Existen soluciones para gestionar el problema de la sobretensión, como la regulación del factor de potencia del inversor fotovoltaico, el nuevo equipo de control de tensión y energía a nivel del distribuidor de electricidad, la reconducción de los cables de electricidad, la gestión del lado de la demanda, etc. A menudo existen limitaciones y costes relacionados a estas soluciones.

Cuando las redes eléctricas están caídas, como durante el corte de energía de California en octubre de 2019 , los paneles solares a menudo son insuficientes para proporcionar energía a una casa u otra estructura, porque están diseñados para suministrar energía a la red, no directamente a los hogares. ^[67]

Implicación en la gestión de facturas de electricidad y la inversión en energía

No existe una solución milagrosa en la gestión de la demanda y la factura de electricidad o energía, porque los clientes (sitios) tienen diferentes situaciones específicas, por ejemplo, diferentes necesidades de comodidad / conveniencia, diferentes tarifas de electricidad o diferentes patrones de uso. La tarifa de electricidad puede tener algunos elementos, como el acceso diario y el cargo de medición, el cargo de energía (basado en kWh, MWh) o el cargo por demanda pico (por ejemplo, un precio por el consumo de energía de 30 minutos más alto en un mes). La energía fotovoltaica es una opción prometedora para reducir la carga de energía cuando el precio de la electricidad es razonablemente alto y aumenta continuamente, como en Australia y Alemania. Sin embargo, para los sitios con un cargo por demanda máxima, la fotovoltaica puede ser menos atractiva si las demandas pico ocurren principalmente al final de la tarde o temprano en la noche, por ejemplo, comunidades residenciales. General,La inversión energética es en gran medida una decisión económica y es mejor tomar decisiones de inversión basadas en la evaluación sistemática de opciones en mejora operativa, eficiencia energética, generación in situ y almacenamiento de energía.^{[68] [69]}

Galería

• El asentamiento solar con el barco del sol al fondo (Friburgo, Alemania)

• Técnicos que instalan módulos fotovoltaicos en un bastidor montado en el techo

• Un panel solar compuesto por un panel solar con 24 módulos solares en las zonas rurales de Mongolia

• Módulos solares en la Estación Espacial Internacional

• Conectores fotovoltaicos MC4: conectores CC resistentes a la intemperie.

Ver también

• Batería (electricidad)
• Conexión en cadena (ingeniería eléctrica)
• Modelado y fabricación digital
• Consumo energético doméstico
• Sistema eléctrico conectado a la red
• Crecimiento de la energía fotovoltaica
• Lista de empresas fotovoltaicas
• Conector MC4
• Banco de energía
• Estación de energía fotovoltaica en la azotea
• SolarCity
• Cargador solar
• Cocina solar
• Horno solar
• Calzada solar
• Todavía solar

Referencias

1. "25 de abril de 1954: Bell Labs demuestra la primera celda solar práctica de silicio" . Noticias de APS . Sociedad Estadounidense de Física. 18 (4). Abril de 2009.
2. Christian, M. "La historia de la invención del resumen del panel solar" . Engergymatters.com . Energymatters.com . Consultado el 25 de enero de 2019 .
3. Adams, William Grylls; Day, RE (1 de enero de 1877). "IX. La acción de la luz sobre el selenio" . Transacciones filosóficas de la Royal Society de Londres . 167 : 313–316. doi : 10.1098 / rstl.1877.0009 . ISSN 0261-0523 . 
4. Meyers, Glenn (31 de diciembre de 2014). "Sueño fotovoltaico 1875-1905: primeros intentos de comercialización de PV" . cleantechnica.com . Sustainable Enterprises Media Inc. CleanTechnica . Consultado el 7 de septiembre de 2018 .
5. Ohl, Russell (27 de mayo de 1941). "Dispositivo eléctrico sensible a la luz" . Google . Consultado el 7 de septiembre de 2018 .
6. Negro, Lachlan E. (2016). Nuevas perspectivas sobre la pasivación de superficies: comprensión de la interfaz Si-Al2O3 (PDF) . Saltador. pag. 13. ISBN  9783319325217.
7. Lojek, Bo (2007). Historia de la Ingeniería de Semiconductores . Springer Science & Business Media . págs.  120 y 321–323. ISBN 9783540342588.
8. Negro, Lachlan E. (2016). Nuevas perspectivas sobre la pasivación de superficies: comprensión de la interfaz Si-Al2O3 (PDF) . Saltador. ISBN  9783319325217.
9. Kifilideen, Osanyinpeju; Adewole, Aderinlewo; Adetunji, Olayide; Emmanuel, Ajisegiri (2018). "Evaluación del rendimiento de paneles fotovoltaicos monocristalinos en Funaab, Alabata, estado de Ogun, condición climática de Nigeria". Revista Internacional de Innovaciones en Investigación y Tecnología de Ingeniería . 5 (2): 8-20.
10. Ulanoff, Lance (2 de octubre de 2015). "Elon Musk y SolarCity presentan el panel solar 'más eficiente del mundo'" . Mashable . Consultado el 9 de septiembre de 2018 .
11. da Silva, Wilson (17 de mayo de 2016). "Hito logrado en la eficiencia de las células solares" . ScienceDaily . Consultado el 9 de septiembre de 2018 . Una nueva configuración de células solares desarrollada por ingenieros de la Universidad de Nueva Gales del Sur ha llevado la eficiencia de conversión de luz solar a electricidad al 34,5%, estableciendo un nuevo récord mundial de luz solar desenfocada y acercándose a los límites teóricos de dicho dispositivo.
12. "Módulo SunPower e20" . 25 de julio de 2014.
13. "Módulo fotovoltaico HIT®" (PDF) . Sanyo / Panasonic . Consultado el 25 de noviembre de 2016 .
14. REY, RR, et al., Appl. Phys. Cartas 90 (2007) 183516.
15. Orcutt, Mike. "Gestión de la luz para aumentar la eficiencia solar" . Revisión de tecnología del MIT . Archivado desde el original el 20 de febrero de 2016 . Consultado el 14 de marzo de 2018 .
16. "Mejora de la eficiencia de los paneles solares" . El hindú. 24 de octubre de 2013 . Consultado el 24 de octubre de 2013 .
17. "Micro inversores para matrices solares residenciales" . Consultado el 10 de mayo de 2017 .
18. Informe de energía fotovoltaica, Fraunhofer ISE, 28 de julio de 2014 , páginas 18,19
19. Dunlop, James P. (2012). Sistemas fotovoltaicos . Comité Nacional Conjunto de Aprendizaje y Capacitación para la Industria Eléctrica (3ª ed.). Orland Park, IL: American Technical Publishers, Inc. ISBN 978-1-935941-05-7. OCLC  828685287 .
20. "Ficha técnica de la serie REC Alpha Black" (PDF) .
21. "Hoja de datos de TSM PC / PM14" (PDF) . Archivado desde el original (PDF) el 29 de octubre de 2013 . Consultado el 4 de junio de 2012 .
22. "Hoja de datos de LBS Poly 260 275" (PDF) . Consultado el 9 de enero de 2018 .
23. "¿Son los paneles solares afectados por el clima? - Energía informativa" . Informativo Energético . Consultado el 14 de marzo de 2018 .
24. "Degradación inducida por el potencial de Solarplaza: combatir una amenaza fantasma" . www.solarplaza.com . Consultado el 4 de septiembre de 2017 .
25. (www.inspire.cz), INSPIRE CZ sro "¿Qué es PID? - eicero" . eicero.com . Consultado el 4 de septiembre de 2017 .
26. "Cómo funcionan las células solares" . HowStuffWorks . Abril de 2000 . Consultado el 9 de diciembre de 2015 .
27. "Unión en metales y semiconductores" . 2012books.lardbucket.org . Consultado el 9 de diciembre de 2015 .
28. Crawford, Mike (octubre de 2012). "Los paneles solares autolimpiantes maximizan la eficiencia" . La Sociedad Estadounidense de Ingenieros Mecánicos . ASME . Consultado el 15 de septiembre de 2014 .
29. Ilse K, Micheli L, Figgis BW, Lange K, Dassler D, Hanifi H, Wolfertstetter F, Naumann V, Hagendorf C, Gottschalg R, Bagdahn J (2019). "Evaluación tecnoeconómica de pérdidas de suciedad y estrategias de mitigación para la generación de energía solar" . Joule . 3 (10): 2303–2321. doi : 10.1016 / j.joule.2019.08.019 .
30. Patringenaru, Ioana (agosto de 2013). "Limpiar paneles solares a menudo no vale la pena el costo, los ingenieros de UC San Diego encuentran" . Centro de Noticias de UC San Diego . Centro de Noticias de UC San Diego . Consultado el 31 de mayo de 2015 .
31. Lisa Krueger "Descripción general del programa de reciclaje y recolección de módulos de First Solar" (PDF) . Laboratorio Nacional Brookhaven p. 23 . Consultado el 17 de marzo de 2017 .
32. Wambach, K. "Un plan de recuperación voluntaria y reciclaje industrial de módulos fotovoltaicos" (PDF) . Laboratorio Nacional Brookhaven p. 37 . Consultado el 17 de marzo de 2017 .
33. Cynthia, Latunussa (9 de octubre de 2015). "Los paneles solares se pueden reciclar - BetterWorldSolutions - Holanda" . BetterWorldSolutions - Países Bajos . Consultado el 29 de abril de 2018 .
34. Latunussa, Cynthia EL; Ardente, Fulvio; Blengini, Gian Andrea; Mancini, Lucía (2016). "Evaluación del ciclo de vida de un innovador proceso de reciclaje de paneles fotovoltaicos de silicio cristalino" . Materiales de energía solar y células solares . 156 : 101-11. doi : 10.1016 / j.solmat.2016.03.020 .
35. Wambach. 1999. p. 17
36. Krueger. 1999. p. 23
37. Wambach. 1999. p. 23
38. Sonu, Mishra (21 de diciembre de 2017). "Técnica de captura de radiación mejorada utilizando reflector de placa plana de aluminio de bajo costo un análisis de rendimiento en módulos solares fotovoltaicos". 2017 2do Congreso Internacional de Convergencia en Tecnología (I2CT) . págs. 416–420. doi : 10.1109 / I2CT.2017.8226163 . ISBN 978-1-5090-4307-1.
39. "Primer avance en el reciclaje de módulos solares fotovoltaicos, dicen los expertos" . Asociación Europea de la Industria Fotovoltaica . Archivado desde el original el 12 de mayo de 2013 . Consultado el 1 de enero de 2011 .
40. "3ª Conferencia internacional sobre reciclaje de módulos fotovoltaicos" . CICLO PV. Archivado desde el original el 10 de diciembre de 2012 . Consultado el 1 de octubre de 2012 .
41. Stone, Maddie (22 de agosto de 2020). "Los paneles solares están empezando a morir, dejando tras de sí basura tóxica" . Consultado el 2 de septiembre de 2020 , a través de Wired.com.
42. Harford, Tim (11 de septiembre de 2019). "¿Puede la energía solar sacudir el mercado energético?" . Consultado el 24 de octubre de 2019 .
43. "LONGi: quiénes son y por qué los usamos" . Pulse Solar . El 5 de agosto de 2020.
44. "Informe de la planta de energía solar" .
45. "LONGi: quiénes son y por qué los usamos" . Pulse Solar . Consultado el 18 de junio de 2020 .
46. "¿Cómo funcionan los paneles solares?" . Comercial Solar Australia . 5 de septiembre de 2020.
47. "Grandes desafíos hacen que la energía solar sea económica" . www.engineeringchallenges.org .
48. "Comunicado de prensa de SolarCity" . 2 de octubre de 2015 . Consultado el 20 de abril de 2017 .
49. Giges, Nancy (abril de 2014). "Hacer los paneles solares más eficientes" . ASME.org . Consultado el 9 de septiembre de 2018 .
50. "Principales proveedores de módulos solares 10 en 2018" . PV Tech . Consultado el 24 de octubre de 2019 .
51. "Ley de Swanson y hacer escala solar estadounidense como Alemania" . Greentech Media . 24 de noviembre de 2014.
52. Morgan Baziliana; et al. (17 de mayo de 2012). Volver a considerar la economía de la energía fotovoltaica . ONU-Energía (Informe). Naciones Unidas. Archivado desde el original el 16 de mayo de 2016 . Consultado el 20 de noviembre de 2012 .
53. ENF Ltd. (8 de enero de 2013). "Pequeños fabricantes de energía solar chinos diezmados en 2012 | Noticias de negocios de energía solar fotovoltaica | Directorio de empresas de ENF" . Enfsolar.com . Consultado el 29 de agosto de 2013 .
54. Aprovechamiento de la luz . Consejo nacional de investigación. 1997. p. 162. doi : 10.17226 / 5954 . ISBN 978-0-309-05991-6.
55. Granjero, J. Doyne; Lafond, François (2016). "¿Qué tan predecible es el progreso tecnológico?". Política de investigación . 45 (3): 647–65. arXiv : 1502.05274 . doi : 10.1016 / j.respol.2015.11.001 .
56. MacDonald, AE, Clack, CT, Alexander, A., Dunbar, A., Wilczak, J. y Xie, Y. (2016). Futuros sistemas eléctricos rentables y su impacto en las emisiones de CO 2 de EE. UU. Nature Climate Change , 6 (5), 526.
57. MacDonald, AE, Clack, CT, Alexander, A., Dunbar, A., Wilczak, J. y Xie, Y. (2016). Futuros sistemas eléctricos rentables y su impacto en las emisiones de CO 2 de EE. UU. Nature Climate Change , 6 (5), 526.
58. "Energía solar fotovoltaica compitiendo en el sector energético - En el camino hacia la competitividad" (PDF) . EPIA. Archivado desde el original (PDF) el 26 de febrero de 2013 . Consultado el 1 de agosto de 2012 .
59. Sistemas de estanterías fotovoltaicas de montaje en suelo SolarProfessional.comMarzo de 2013
60. Sistemas solares fotovoltaicos montados en el suelo del Departamento de recursos energéticos de Massachusetts, diciembre de 2012
61. "Una guía para el diseño y la instalación de sistemas fotovoltaicos" . ecodiy.org . Consultado el 26 de julio de 2011 .
62. Shingleton, J. "Rastreadores de un eje: confiabilidad mejorada, durabilidad, rendimiento y reducción de costos" (PDF) . Laboratorio Nacional de Energías Renovables . Consultado el 30 de diciembre de 2012 .
63. Mousazadeh, Hossain; et al. "Una revisión de los métodos principales y de seguimiento solar para maximizar" (PDF) . Revisiones de energías renovables y sostenibles 13 (2009) 1800–1818 . Elsevier . Consultado el 30 de diciembre de 2012 .
64. "Inclinación óptima de paneles solares" . Laboratorio MACS . Consultado el 19 de octubre de 2014 .
65. Perry, Keith (28 de julio de 2014). "La mayoría de los paneles solares están en la dirección equivocada, dicen los científicos" . El Daily Telegraph . Consultado el 9 de septiembre de 2018 .
66. Miller, Wendy; Liu, Aaron; Amin, Zakaria; Wagner, Andreas (2018). "Calidad de la energía y hogares fotovoltaicos en la azotea: un examen de los datos medidos en el punto de conexión del cliente" . Sustentabilidad . 10 (4): 1224. doi : 10.3390 / su10041224 .
67. Martin, Chris (10 de octubre de 2019). "Californianos aprendiendo que los paneles solares no funcionan en apagones" . Bloomberg . Nueva York NY: Bloomberg LP.
68. L. Liu, W. Miller y G. Ledwich. (2017) Soluciones para la reducción de los costos de electricidad de las instalaciones. Agenda australiana sobre el envejecimiento. 39-40. Disponible: https://www.australianageingagenda.com.au/2017/10/27/solutions-reducing-facility-electricity-costs/
69. Miller, Wendy; Liu, Lei Aaron; Amin, Zakaria; Gray, Matthew (2018). "Involucrar a los ocupantes en modernizaciones de viviendas solares de energía neta cero: un estudio de caso subtropical australiano". Energía solar . 159 : 390–404. Código Bib : 2018SoEn..159..390M . doi : 10.1016 / j.solener.2017.10.008 .

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