Paneles solares

Un panel solar, placa solar o modulo solar es un dispositivo que capta la energia de la radiacion solar para su aprovechamiento. El termino comprende a los colectores solares , utilizados usualmente para producir agua caliente domestica mediante energia solar termica , y a los paneles fotovoltaicos , utilizados para generar electricidad mediante energia solar fotovoltaica . ^{[ 1 ]} ​

Colector solar termico [ editar ]

Un calentador solar de agua usa la energia del sol para calentar un liquido, el cual transfiere el calor hacia un deposito acumulador de calor. Estos equipos pueden ser principalmente de dos tipos, los colectores solares, que son equipos donde el agua circula a traves de ellos para su calentamiento, pero esta no es almacenada en el calentador solar. Muchas veces en estos sistemas se instala un tanque en el interior del hogar o industria para el almacenamiento del agua caliente. El otro tipo son los termo solares, tambien llamados calefones solares o termotanques solares. En estos equipos el agua tambien es almacenada para poder ser utilizada por ejemplo por la noche cuando no se dispone de la energia solar. ^{[ 2 ]} ​ Es una manera simple y efectiva de aprovechar la energia solar.

Panel solar fotovoltaico [ editar ]

Descripcion [ editar ]

Los paneles fotovoltaicos o placas fotovoltaicas , estan formados por numerosas celdas que convierten la luz solar en electricidad . Las celdas a veces son llamadas celulas fotovoltaicas . Estas celdas dependen del efecto fotovoltaico porque la energia luminica produce cargas positiva y negativa en dos semiconductores proximos de diferente tipo, produciendo asi un campo electrico capaz de generar una corriente.

Los materiales para celdas solares suelen ser silicio cristalino o arseniuro de galio . Los cristales de arseniuro de galio se fabrican especialmente para uso fotovoltaico, mientras que los cristales de silicio estan disponibles en lingotes normalizados, mas baratos, producidos principalmente para el consumo de la industria microelectronica . El silicio policristalino tiene una menor eficacia de conversion, pero tambien menor coste.

Cuando se expone a luz solar directa, una celda de silicio de 6 cm de diametro puede producir una corriente de alrededor 0,5  A a 0,5  V (equivalente a un promedio de 90 W/m², en un campo de normalmente 50-150 W/m², dependiendo del brillo solar y la eficiencia de la celda). El arseniuro de galio es mas eficaz que el silicio, pero tambien mas costoso.

Las celulas de silicio mas empleadas en los paneles fotovoltaicos se puede dividir en tres subcategorias:

• Las celulas de silicio monocristalino estan constituidas por un unico cristal de silicio. Este tipo de celulas presenta un color azul oscuro uniforme.
• Las celulas de silicio policristalino (tambien llamado multicristalino) estan constituidas por un conjunto de cristales de silicio, lo que explica que su rendimiento sea algo inferior al de las celulas monocristalinas. Se caracterizan por un color azul mas intenso.
• Las celulas de silicio amorfo . Son menos eficientes que las celulas de silicio cristalino pero tambien mas baratas. Este tipo de celulas es, por ejemplo, el que se emplea en aplicaciones solares como relojes o calculadoras .

Los lingotes cristalinos se cortan en discos finos como una oblea, pulidos para eliminar posibles danos causados por el corte. Se introducen dopantes ?impurezas anadidas para modificar las propiedades conductoras? en las obleas, y se depositan conductores metalicos en cada superficie: una fina rejilla en el lado donde da la luz solar y usualmente una hoja plana en el otro. Los paneles solares se construyen con estas celdas agrupadas en forma apropiada. Para protegerlos de danos, causados por radiacion o por el manejo de estos, en la superficie frontal se los cubre con una cubierta de vidrio y se pegan sobre un sustrato ?el cual puede ser un panel rigido o una manta blanda?. Se hacen conexiones electricas en serie-paralelo para fijar el voltaje total de salida. El pegamento y el sustrato deben ser conductores termicos, ya que las celdas se calientan al absorber la energia infrarroja que no se convierte en electricidad. Debido a que el calentamiento de las celdas reduce la eficacia de operacion es deseable minimizarlo. Los ensamblajes resultantes se llaman paneles solares.

Estructura [ editar ]

Las estructuras para anclar los paneles solares son generalmente de aluminio con tornilleria de acero inoxidable para asegurar una maxima ligereza y una mayor durabilidad en el tiempo. Las estructuras tienen medidas estandar para la superficie, orientacion e inclinacion ?tanto en horizontal, como en vertical?.

La estructura suele estar compuesta de angulos de aluminio, carril de fijacion, triangulo, tornillos de anclaje (triangulo-angulo), tornillo allen (generalmente de tuerca cuadrada, para la fijacion del modulo) y pinza zeta ?para la fijacion del modulo y cuyas dimensiones dependen del espesor del modulo?. ^{[ 3 ]} ​

Uso de la energia [ editar ]

Deben su aparicion a la industria aeroespacial , y se han convertido en el medio mas fiable de suministrar energia electrica a un satelite o a una sonda en las orbitas interiores del Sistema Solar , gracias a la mayor irradiacion solar sin el impedimento de la atmosfera y a su alta relacion potencia a peso .

En el ambito terrestre, este tipo de energia se usa para alimentar innumerables aparatos autonomos, para abastecer refugios o casas aisladas de la red electrica y para producir electricidad a gran escala a traves de redes de distribucion. Debido a la creciente demanda de energias renovables , la fabricacion de celulas solares e instalaciones fotovoltaicas ha avanzado considerablemente en los ultimos anos. ^{[ 4 ]} ​ ^{[ 5 ]} ​

Entre los anos 2001 y 2012 se produjo un crecimiento exponencial de la produccion de energia fotovoltaica, duplicandose la cifra aproximadamente cada dos anos. ^{[ 6 ]} ​ En el ano 2020, segun datos de la Red Electrica de Espana (REE) las renovables supusieron mas de la mitad de la energia producida, en concreto un 54% de la produccion total. Entre las renovables, la solar fotovoltaica produjo un 10,6% del total, una cifra que supone un record respecto a anos anteriores.

Se calcula que para el ano 2030 se puede pasar de los actuales 13,4 GW de potencia instalada en Espana a los 39 GW.

Experimentalmente tambien han sido usados para dar energia a vehiculos solares , por ejemplo en el World Solar Challenge a traves de Australia o la Carrera Solar Atacama en America . Muchos barcos ^{[ 7 ]} ​ ^{[ 8 ]} ​ y vehiculos terrestres los usan para cargar sus baterias de forma autonoma, lejos de la red electrica.

Programas de incentivos economicos, primero, y posteriormente sistemas de autoconsumo fotovoltaico y balance neto sin subsidios , han apoyado la instalacion de la fotovoltaica en un gran numero de paises, contribuyendo a evitar la emision de una mayor cantidad de gases de efecto invernadero . ^{[ 9 ]} ​

Productores de paneles [ editar ]

Los diez mayores productores mundiales de paneles fotovoltaicos (por produccion en MW ) en 2015 fueron: ^{[ 10 ]} ​

1. Trina Solar (China)
2. Canadian Solar (China)
3. Jinko Solar (China)
4. JA Solar (China)
5. Hanwha Q-Cells (Corea del Sur)
6. First Solar (EE. UU.)
7. Yingli (China)
8. SFCE (China)
9. ReneSola (China)
10. Sunpower (EE. UU.)

Instalaciones [ editar ]

Potencia mundial instalada [ editar ]

La potencia de un modulo solar se mide en W _p ( Watt peak , vatio pico), o mas concretamente, en sus respectivos multiplos: kW _p o MW _p . Se trata de la potencia electrica generada en condiciones estandares para la incidencia de luz.

Historicamente, Estados Unidos lidero la instalacion de energia fotovoltaica desde sus inicios hasta 1996, cuando su capacidad instalada alcanzaba los 77 MW, mas que cualquier otro pais hasta la fecha. En los anos posteriores, fueron superados por Japon , que mantuvo el liderato hasta que a su vez Alemania la sobrepaso en 2005, manteniendo el liderato desde entonces. A comienzos de 2016, Alemania se aproximaba a los 40 GW instalados. ^{[ 13 ]} ​ Sin embargo, por esas fechas China , uno de los paises donde la fotovoltaica esta experimentando un crecimiento mas vertiginoso supero a Alemania, convirtiendose desde entonces en el mayor productor de energia fotovoltaica del mundo. ^{[ 13 ]} ​ Se espera que multiplique su potencia instalada actual hasta los 150 GW en 2020. ^{[ 11 ]} ​ ^{[ 14 ]} ​ ^{[ 15 ]} ​

A finales de 2015, se estimaba que hay instalados en todo el mundo cerca de 230  GW de potencia fotovoltaica. ^{[ 16 ]} ​

Grandes plantas [ editar ]

En Europa y en el resto del mundo se han construido un gran numero de centrales fotovoltaicas a gran escala. ^{[ 17 ]} ​ A finales de 2016, las plantas fotovoltaicas mas grandes del mundo eran, por este orden: ^{[ 17 ]} ​

Proyecto	Pais	Potencia	Ano
Yanchi Solar PV Station	China	1000 MW	2016
Longyangxia Hydro-solar PV Station	China	850 MW	2013-2015
Kamuthi Solar Power Project	India	648 MW	2016
Solar Star	Estados Unidos	579 MW	2015
Desert Sunlight Solar Farm	Estados Unidos	550 MW	2015
Topaz Solar Farm	Estados Unidos	550 MW	2014
Copper Mountain III Solar Facility	Estados Unidos	350 MW	2015
Charanka Solar Park	India	345 MW	2012-2015
Cestas Solar Power Plant	Francia	300 MW	2015
Agua Caliente Solar Project	Estados Unidos	290 MW	2012
Silver State South Solar	Estados Unidos	250 MW	2016
California Valley Solar Ranch	Estados Unidos	250 MW	2013
El Romero	Chile	246 MW	2016
Antelope Valley Solar	Estados Unidos	230 MW	2015
Mount Signal Solar	Estados Unidos	206 MW	2014
Gonghe Industrial Park Phase I	China	200 MW	2013
Golmud Solar Park	China	200 MW	2011
Centinela Solar	Estados Unidos	200 MW	2014
Copper Mountain II Solar Facility	Estados Unidos	195 MW	2013-2015
Solarpark Senftenberg/Schipkau	Alemania	168 MW	2011

Coste de paneles [ editar ]

El coste de los paneles fotovoltaicos se ha reducido de forma constante desde que se fabricaron las primeras celulas solares comerciales ^{[ 18 ]} ​ y su coste medio de generacion electrica ya es competitivo con las fuentes de energia convencionales en un creciente numero de regiones geograficas, alcanzando la paridad de red . ^{[ 19 ]} ​ ^{[ 20 ]} ​

Hasta 2005 el problema mas importante con los paneles fotovoltaicos era el costo, que estaba bajando hasta 3 o 4 $/W. El precio del silicio usado para la mayor parte de los paneles tuvo una breve tendencia al alza en 2008, lo que hizo que los fabricantes comenzaran a utilizar otros materiales y paneles de silicio mas delgados para bajar los costes de produccion. Debido a economias de escala, los paneles solares se hacen menos costosos segun se usen y fabriquen mas. A medida que ha aumentado la produccion, los precios han continuado bajando y todas las previsiones indican que lo seguiran haciendo en los proximos anos.

El coste de las celulas solares de silicio cristalino ha descendido desde 76,67 $/W _p en 1977 hasta aproximadamente 0,36 $/ W _p en 2014. ^{[ 21 ]} ​ ^{[ 22 ]} ​ Esta tendencia sigue la llamada ≪ ley de Swanson ≫, una prediccion similar a la conocida Ley de Moore , que establece que los precios de los modulos solares descienden un 20 % cada vez que se duplica la capacidad de la industria fotovoltaica. ^{[ 23 ]} ​

Reciclaje de paneles [ editar ]

La mayor parte de los paneles fotovoltaicos puede ser tratada. Gracias a las innovaciones tecnologicas que se han desarrollado en los ultimos anos, se puede recuperar hasta el 95 % de ciertos materiales semiconductores y el vidrio, asi como grandes cantidades de metales ferrosos y no ferrosos utilizados en los modulos. ^{[ 24 ]} ​ Algunas empresas privadas ^{[ 25 ]} ​ y organizaciones sin fines de lucro, como por ejemplo PV CYCLE en la Union Europea, estan actualmente trabajando en las operaciones de recogida y reciclaje de paneles al final de su vida util.

Dos de las soluciones de reciclaje mas comunes son:

• Paneles de silicio: Los marcos de aluminio y las cajas de conexion son desmantelados manualmente al comienzo del proceso. El panel se tritura y las diferentes fracciones se separan - vidrio, plasticos y metales. Es posible recuperar mas de 80 % del peso entrante y, por ejemplo, el cristal mixto extraido es facilmente aceptado por la industria de la espuma de vidrio el aislamiento. Este proceso puede ser realizado por los recicladores de vidrio plano ya que la morfologia y composicion de un panel fotovoltaico es similar al cristal plano utilizado en la industria de la construccion y del automovil.
• Paneles de otros materiales: Hoy en dia contamos con tecnologias especificas para el reciclaje de paneles fotovoltaicos que no contienen silicio, alguna tecnicas utilizan banos quimicos para separar los diferentes materiales semiconductores. Para los paneles de teluro de cadmio , el proceso de reciclaje empieza por aplastar el modulo y, posteriormente, separar las diferentes partes. Este proceso de reciclaje esta disenado para recuperar hasta un 90 % del vidrio y 95 % de los materiales semiconductores. ^{[ 26 ]} ​ En los ultimos anos, algunas empresas privadas han puesto en marcha instalaciones de reciclaje a escala comercial.

Desde 2010 se celebra una conferencia anual en Europa que reune a productores, recicladores e investigadores para debatir el futuro del reciclaje de modulos fotovoltaicos. En 2012 tuvo lugar en Madrid. ^{[ 27 ]} ​ ^{[ 28 ]} ​

Vease tambien [ editar ]

• Portal:Energia . Contenido relacionado con Energia .
• Portal:Ecologia . Contenido relacionado con Ecologia .

Referencias [ editar ]

Enlaces externos [ editar ]

• Wikimedia Commons alberga una galeria multimedia sobre Panel solar .
• PVGIS. Calculo preciso de la radiacion solar y del rendimiento de plantas fotovoltaicas
• Pagina web de UNEF (Union Espanola Fotovoltaica), la principal asociacion del sector fotovoltaico en Espana
• Las ventajas del autoconsumo solar en Cordoba
• Tipos de paneles solares.Caracteristicas principales y usos