Definimos la eficiencia de los paneles fotovoltaicos a la proporción de la cantidad de energía solar que se convierte en energía eléctrica a través de la energía fotovoltaica. Actualmente, la eficiencia promedio de conversión de paneles fotovoltaicos se sitúa entre un 16-17%. Los paneles solares con valores superiores al 19% se consideran paneles de alta eficiencia.
La eficiencia de las placas solares, la latitud y el clima son los elementos que determinan la producción de una instalación de autoconsumo. Como en todas las energías renovables, este factor es importante para determinar la viabilidad económica de una instalación solar ya que la vida útil de las placas solares es de entre 25 años. Algunas, incluso llegan a los 30 años.
La energía fotovoltaica es un tipo de energía limpia que se basa en que el impacto de los fotones de la luz sobre las células fotoeléctricas generan una corriente eléctrica.
Cuando nos referimos a la eficiencia de conversión de este tipo de tecnología nos referimos implícitamente a:
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La eficiencia termodinámica
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La eficiencia de separación del portador de carga
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La eficiencia de reflectancia y los valores de eficiencia de conducción.
Estos parámetros son difíciles de medir directamente, de modo que en su lugar se miden otros parámetros, incluida la eficiencia cuántica, la relación de voltaje de circuito abierto y el factor de relleno.
¿De qué depende la eficiencia de un panel solar?
La eficiencia de un panel solar depende principalmente de dos:
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La eficiencia de la celda fotovoltaica: la eficiencia de la celda está basada en su diseño y el tipo de silicio que puede ser de alta pureza o no.
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La eficiencia total del panel: ésta depende del diseño de la celda solar, y de la configuración y el tamaño de cada tipo de panel fotovoltaico. Estos valores se pueden obtener de la ficha técnica del panel solar.
¿Cómo se puede mejorar la eficiencia de los paneles solares?
Para sacar el máximo rendimiento de los paneles fotovoltaicos existen los siguientes métodos técnicos para tener unos paneles solares más eficientes:
1. Enfriamiento de panel solar
La temperatura influye en el rendimiento de un panel solar. Esta variación se cuantifica mediante el coeficiente de temperatura, que se expresa como la disminución porcentual en la producción por cada aumento de 1 grado Celsius desde los 25 grados Celsius.
Por cada grado centígrado que se aumenta la temperatura de la célula la eficiencia solar disminuye alrededor del 0.45%. Para evitar la disminución de la eficiencia solar debido al calentamiento, se puede aplicar una capa de cristal de sílice visiblemente transparente a un panel solar fotovoltaico.
La capa cristal de sílice actúa como un cuerpo negro térmico que emite calor en forma de radiación infrarroja al espacio. Con esta actuación se puede conseguir bajar la temperatura de la celda fotovoltaica hasta 13 grados centígrados.
2. Promoviendo la dispersión de la luz en el espectro visible
Al revestir la superficie de recepción de luz de la celda con postes metálicos de tamaño nanométrico, la eficiencia de la celda puede aumentar sustancialmente. La radiación solar se refleja en estos postes formando un ángulo oblicuo a la celda.
Este cambio de dirección provoca un aumento de la longitud del recorrido que toma la luz a través de la célula solar. Consecuentemente, el aumento del recorrido aumenta el número de fotones absorbidos por la célula, y también la cantidad de corriente continua generada.
3. Elegir el conductor transparente óptimo
El lado iluminado de algunos tipos de células solares tienen una película conductora transparente que permite que la luz solar entre en el material activo y recoja los portadores de carga generados.
En términos generales, para este propósito se utilizan películas con alta transmitancia y alta conductancia eléctrica. Existe una compensación entre la alta transmitancia y la conductancia eléctrica, por lo que debe elegirse la densidad óptima de los nanocables conductores o la estructura de la red conductora para lograr una alta eficiencia solar.
4. Utilizar revestimientos y texturas antirreflectantes en el panel solar
Los recubrimientos antirreflectantes podrían resultar en una interferencia más destructiva de las ondas de luz incidentes del sol. Por lo tanto, toda la luz solar sería transmitida al sistema fotovoltaico.
Además, otra técnica utilizada para reducir la reflexión es la texturización, en la cual la superficie de una célula solar se altera para que la luz reflejada golpee nuevamente la superficie.
5. Materiales de película delgada en las células solares
En términos de bajos costos y adaptabilidad a las estructuras existentes, los materiales de película delgada mejoran la captación de energía de las células fotovoltaicas.
Sin embargo, como los materiales son tan delgados, carecen de la absorción óptica que tienen las células solares de material a granel.
6. Pasivación de la superficie posterior
La superficie posterior de aluminio frena las mejoras en la eficiencia solar. Sin embargo, la eficiencia de muchas células solares ha mejorado al crear las llamadas células pasivas y emisoras de calor pasivas.
La deposición química de una pila de capas de pasivación dieléctrica de la superficie posterior ayuda a mejorar la eficiencia en las células solares de silicio en más del 1%.