Paneles Solares o Módulos Fotovoltaicos
Los Paneles Solares o Módulos Fotovoltaicos son un conjunto de celdas fotovoltaicas conectadas en serie o en paralelo para generar los voltajes y corrientes deseados. Por lo general cada celda produce 0.5 voltios, entonces para un panel típico de 36 celdas se tendría unos 18 voltios en condiciones estándares de testeo y un voltaje nominal de 12 voltios. La corriente de salida está determinada por la cantidad del área superficial y la eficiencia por unidad de una celda individual en el panel. Normalmente se habla de paneles de 12 voltios y 24 voltios, y las potencias comerciales producidas oscilan entre los 10 watts y los 400 watts, que llegan actualmente.
Tipo de Paneles Solares o Módulos Fotovoltaicos
I. Paneles Solares por Tipo de Celdas
Celdas de GaAs
Celdas Bifaciales
Este tipo de celdas está compuestas por dos capas activas tanto en su cara frontal y posterior, lo cual permite captar la radiación directa y la reflejada en el suelo (albedo). De esta manera se podría agregar hasta un 30% de energía del total generado por la capa frontal. Este tipo de celdas tiene un rendimiento mayor que las celdas de una sola capa, su dificultad radica en los costes de producción debido a los diversos tratamientos para ambas capas activas.
Celdas de Silicio Amorfo
Este tipo de celdas tienen la ventaja de ser más delgadas que las de silicio monocristalino Las celdas de silicio amorfo llegan a eficiencias alrededor de 9%. Sus costos de fabricación son más barato que otras tecnologías debido a que usa poco material y la facilidad de fabricación
en masa, sin embargo la dificultad es el poco tiempo de vida. Son usadas en para pequeñas alimentaciones eléctricas, como las calculadoras solares.
Celdas de Silicio Policristalino
Celdas de Silicio Policristalino Se de nomina del tipo policristalino debido a que la solidificación se hace en múltiples cristales. Tienen una eficiencia de alrededor del 14 % y 18 % y una ventaja de fabricación es que se puede producir de forma cuadrada lo que facilita la fabricación de paneles solares compactos.
Celdas de Silicio Monocristalino
Son las celdas más usada actualmente. Una celda de silicio monocristalino es en realidad un diodo de unión p-n que se hace especialmente sensible a la iluminación, generando corriente eléctrica. Su rendimiento puede llegar hasta el 20%.
Nuevas Tecnologías 2020 en Celdas Solares
La mayoría de los fabricantes de paneles ofrecen una gama de modelos que incluyen variedades mono y poli (también conocidas como múltiples) con varias clasificaciones de potencia y condiciones de garantía.
La eficiencia del panel solar se ha incrementado sustancialmente en los últimos años debido a muchos avances en la tecnología en celdas fotovoltaicas, que incluyen:
- PERC – Emisor pasivado de celda posterior
- Multi Busbar – Multi barras de cinta y alambre
- Paneles divididos – utilizando células de medio corte
- Paneles Inteligentes CC – con optimizadores integrados de potencia (CC)
- Doble vidrio – Doble vidrio sin marco
- Células estriadas – células superpuestas
- IBC – Células de contacto de espalda interdigitadas
Celdas Tipo PERC o Celdas Pasivadas
En los últimos dos años, las celdas tipo PERC han emergido como la tecnología de primera calidad para muchos fabricantes de celdas monocristalinas como de celdas policristalinas. PERC significa ” Emisor pasivado y célula trasera “, que es una arquitectura celular más avanzada. En pocas palabras, el PERC (ver figura 08) usa una capa de pasivación en la parte posterior de la celda para mejorar la “eficiencia cuántica”.
Esto significa que se pueden absorber más fotones de luz, lo que aumenta la eficiencia total. Una tecnología PERC común es el Al-BSF local o el Campo de superficie posterior de aluminio local, pero se han desarrollado otras variaciones, como PERT (parte trasera del emisor pasivo totalmente difundido) y PERL (Emisor pasivado y parte posterior con difusión local).
El director del Centro Australiano de Energía Fotovoltaica Avanzada en UNSW, el profesor Martin Green, inventó el concepto PERC que ahora es ampliamente utilizado por muchos de los principales fabricantes de células fotovoltaicas en todo el mundo.
A principios de noviembre de 2017, el fabricante chino JinkoSolar logró un récord mundial de eficiencia celular del 23,45 % para la tecnología de contacto posterior del emisor pasivado basado en silicio monocristalino (PERC).
Celdas Bus Bar o de Barras Múltiples
Las barras de distribución son cables finos o cintas que se extienden por cada celda y transportan los electrones (corriente) a través del módulo solar. A medida que las células fotovoltaicas se han vuelto más eficientes, a su vez generan más corriente, por lo que en los últimos años la mayoría de los fabricantes han pasado de 3 barras a 5 o 6 barras. Algunos fabricantes como LG Energy han ido un paso más allá y han desarrollado sistemas de cables múltiples que utilizan hasta 12 cables redondos muy finos en lugar de barras de distribución planas.
El compromiso es que las barras colectoras en realidad sombrean parte de la celda y, por lo tanto, pueden reducir ligeramente el rendimiento si son demasiado grandes, por lo que deben diseñarse con cuidado. Por otro lado, las barras colectoras múltiples ofrecen menor resistencia y un recorrido más corto para que los electrones viajen, lo que resulta en un mayor rendimiento.
Paneles Divididos o Doble Celda
Otra innovación reciente es utilizar celdas de tamaño medio o medio en lugar de celdas cuadradas de tamaño completo y mover la caja de conexiones al centro del módulo. Esto divide efectivamente el panel solar en 2 paneles más pequeños de 50% de capacidad, cada uno de los cuales trabaja en paralelo.
Esto tiene múltiples beneficios, incluido un mayor rendimiento debido a las menores pérdidas de resistencia a través de las barras de bus (colectores actuales). Como cada celda tiene la mitad del tamaño, produce la mitad de la corriente con el mismo voltaje, lo que significa que el ancho de la barra se puede reducir a la mitad, lo que reduce el sombreado y las pérdidas de la celda.
La corriente más baja también se traduce en temperaturas celulares más bajas, lo que a su vez reduce la formación potencial y la severidad de los puntos calientes debido al sombreado localizado, la suciedad o el daño celular.
Paneles Inteligentes CC
Una nueva tecnología que se está volviendo cada vez más popular es la adición de optimizadores integrados de potencia (CC) dentro del panel solar. Los optimizadores son básicamente conjuntos de chips pequeños que tienen la capacidad de omitir células sombreadas o sucias que de otro modo reducirían la salida total de la matriz solar (panel solar). El sombreado y la suciedad pueden generar puntos calientes con el tiempo, lo que a su vez reduce la vida útil del panel.
Los optimizadores de potencia han estado disponibles como un componente adicional durante muchos años por algunos fabricantes, pero ahora algunos fabricantes están desarrollando paneles con optimizadores incorporados dentro de la caja de conexiones en la parte posterior del panel.
Por ejemplo la empresas Jinko Solar, Energia Tigo y Trina Solar tiene los optimizadores tipo TS4 y están disponibles como opciones integradas al panel . También se pueden agregar a cualquier panel existente como un optimizador de complemento con varias opciones disponibles.
II. Paneles Solares o Módulos Fotovoltaicos por Tipo de Voltaje
En el mercado de los paneles solares es importante diferenciar y conocer los 3 tipos de paneles que existen. Estamos hablando de los paneles solares de 12V, los paneles solares de 24V y los llamados paneles solares de 24V, para sistemas de conexión a red. Cada uno de ellos tiene sus características técnicas, las cuales deberás tener en cuenta al momento de comprar los otros equipos del sistema fotovoltaico. A continuación conocerás cuales son esto tipo de paneles:
Paneles Solares de 12V para Sistemas Aislados o Autónomos
Los paneles solares o módulos fotovoltaicos de 12V están compuestas por 36 celdas de silicio y abarcan un abanico de potencias desde los 5W hasta los 150W. Estos paneles se suelen utilizar en instalaciones de baja o media potencia donde hay consumos reducidos o un uso esporádico. Un ejemplo de panel solar de 12V es el panel de 150W.
Las 36 celdas que componen este tipo de panel, están conectadas creando un voltaje de funcionamiento cercano a 18V. Esto se hace así ya que en el circuito eléctrico, hay pérdidas de voltaje de este modo se asegura que cuando el voltaje llegue a la batería este será superior a 12V y la energía se almacenará correctamente.
Para el funcionamiento de estos paneles es suficiente utilizar un controlador de onda modificada, es decir los llamados PWM, que son los modelos standard. Mientras que en lo que se refiere al almacenamiento de la energía generada, se deberá utilizar una batería solar de 12V o bien varias baterías de 12V conectadas en paralelo (con lo cual se mantiene el voltaje a 12V pero se suma la corriente, la cual se almacenará de las baterías conectadas).
Panales Solares de 24V para Sistemas Aislados o Autónomos
Los paneles solares o módulos fotovoltaicos de 24V funcionan para sistemas aislados a red, para voltajes de 24V. Están formados por 72 celdas (monocristalinos y policristalinos), por lo cual su tamaño es mayor y generan potencias que oscilan desde los 150 hasta los 380 (W). Tambien están los paneles de 144 celdas (monocristalinos y tipo mono pert) y que logran potencias de hasta 430W. Hasta 200W también pueden usar un regulador convencional PWM, pero para mayores potencias se reomienda usar controladores tipo MPPT.
Se recomienda baterías conectadas a 24V, es decir se utilizan batería de 12V conectadas en serie formando conjuntos de 24V. Las celdas de estas placas solares están conectadas creando un voltaje aproximado de 37V. Con esto se garantiza que la energía generada por estas placas solares llegará a las baterías a un voltaje superior a los 24V. Gracias a esto no sólo se realiza bien la carga sino que además se estabiliza la batería limpiándose sus placas de corrosión y alargándose su vida útil.
Las paneles solares de 36, 72 y 144 celdas (de 12 y 24V) se conocen como placas solares para sistemas aislados a red, ya que han sido diseñadas para uso en instalaciones de aislada o autónomas, es decir, en instalaciones que funcionan de forma autónoma con baterías.
Panales Solares de 24V para Sistemas de Conexión a Red o Huertas Solares
En tercer lugar encontramos las paneles solares o módulos fotovoltaicos, utilizados para conexión a red de 24V. Este tipo de paneles fueron diseñados inicialmente para uso en huertas solares de conexión a red donde la energía producida se distribuía directamente a la red eléctrica. Este tipo de paneles están compuestos por 60 (policristalinos o monocristalino) o de 120 celdas (tipo mono pert) en lugar de 72 o 144, conectadas con el objetivo de producir una potencia alta penalizando un voltaje bajo cercano a 29V.
En instalaciones solares autónomas, los paneles de red no pueden utilizarse con controladores normales PWM a causa de su bajo voltaje y de las pérdidas, de potencia, en el circuito eléctrico, pues la energía que llegaría a las baterías sería inferior a los 24V necesarios para su correcta carga. Para usar este tipo de placas es necesario instalar un regulador MPPT en lugar del clásico de PWM. La función del regulador MPPT es amplificar el voltaje hasta los 37V, igual que el que tendría un panel solar de 24V de aislada.
De este modo se realizará la carga correctamente y se ecualizarán las baterías. Los controladores tipo MPPT son más caros y eficientes que los PWM ya que son más complejos, lo cual habrá que tener en cuenta a la hora de calcular el coste total de la instalación.
III. Características Eléctricas de un Panel Solar o Módulo Fotovoltaico
Las características eléctricas de los paneles solares o módulos fotovoltaicos son: Potencia (P), Corriente (I) e Tensión (V)
Las Condiciones Estándares de Medida en Paneles:
- Irradianciade 1.000 W/m2,
- Temperatura de la célula de 25 ºC, y
- Más Masa de aire igual a 1.5.
PM, IMe VM= Potencia máxima, Corriente y Tensión de máxima potencia
PM= IMx VM (Fórmula de Watts)
IV. ¿Como Instalar los Paneles Solares Fotovoltaicos?
Conexión de Paneles en Paralelo
- Conexión en Paralelo. Este tipo de conexión se se realiza con la unión del cable positivo de un panel, con el cable positivo del otro panel a conectar y de igual forma para el cable negativo. La unión en paralelo entre los paneles solares proporciona una tensión (V) igual a la del módulo (12-24 V).
- Potencia de Paneles. Cabe resaltar que para la conexión de los paneles, se recomienda que estos deben ser de igual potencia.
Conexión de Paneles en Serie
- Conexión en serie. La forma de conectar en serie dos o más paneles fotovoltaicos es conectando polo positivo del primer panel con el polo negativo del segundo panel y así sucesivamente. La unión en serie da una tensión igual a la suma de cada módulo (por ejemplo 12 V, 24 V, 36 V , etc.), dependiendo del número de placas interconectadas.
- Potencia de Paneles. Cabe resaltar que para la conexión de los paneles, se recomienda que estos deben ser de igual potencia.
Conexión de Paneles en Serie y en Paralelo
V. Costo Solar Fotovoltaico
Panales Solares Precio
Los precios de los paneles solares o módulos fotovoltaicos (FV), se ha reducido a más de 10 veces su precio en los últimos 30 años (ver figura 17), sin embargo, el costo actual del sistema en su conjunto (SFV) siguen teniendo costos iniciales altos, en comparación con los costos del mercado de las empresas distribuidoras de electricidad. Sin embargo el retorno de inversión para este tipo de proyectos solares tiende a recuperarse a los 4 a 5 años de hecha la inversión.
El costo de los sistemas fotovoltaicos (SFV), generalmente dependen en gran medida del costo de los componentes individuales del sistema (controladores, Inversores, baterías e infraestructura), así como la ubicación y otros factores que afectan el rendimiento global del sistema. El mayor componente del costo de inversión de los sistemas fotovoltaicos es el costo de las baterías de ciclo profundo, el cual representa el 50% del costo total del sistema.
Hay otros factores que incrementan los costos, adicionales a la compra del suministro de equipos y su infraestructura, como el costo de instalación, operación y mantenimiento. Debido a la dinámica del desarrollo de costos de sistemas fotovoltaicos (ver figura 18), este artículo se centra en las tendencias de costos más que el costo actual.
Ratios de Costo $/watts de Paneles Solares
El promedio global de los precios mundiales de energía fotovoltaica de la fábrica de paneles se redujo de alrededor de 22 USD/W en 1980 a menos de 1,5 USD/W en 2010 (según Bloomberg, 2010). La mayoría de los estudios sobre la curva de aprendizaje de energía fotovoltaica se enfocan en los paneles solares fotovoltaicos, ya que representan uno de los ítem con mayor incidencia para un sistema fotovoltaico (Yang, 2010).
La figura 17, ilustra la evolución de precios en los paneles FV de silicio cristalino en los últimos 35 años, mientras que la figura 18, ilustra las proyecciones de los ratios de $/W para paneles solares al año 2050. El enorme crecimiento de la demanda, de paneles, se produjo a partir de 2003, pero todavía con una oferta limitada del mercado, que luego se transformó en un mercado impulsado por la mayor demanda, que alcanzó uno de sus pico en el 2008, lo que conduce a una reducción significativa de precios debido al exceso de capacidad de paneles en el mercado. Actualmente en el mercado internacional se tienen ratios de 0.30 $/W para compra de paneles en precios en la ciudad de fabricación.
Costo de paneles en el mercado peruano
Y en el mercado peruano, podemos encontrar precios de paneles solares en Lima, Arequipa, Moquegua, Piura, Trujillo aproximadamente a 0.50 a 0.60 $/W, esto para una cierta cantidad de paneles solares. Así mismo los costo de suministro e instalación para sistemas de conexión a red (residenciales e industriales) y así también para sistemas de bombeo solar, es de aproximadamente de 2,000 $/KW.
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