Paneles solares : ¿Qué tan eficientes son los paneles solares?
La eficiencia de un panel solar es el porcentaje de energía solar que se convierte en electricidad utilizable.
El aumento de la eficiencia de conversión es un objetivo importante de la investigación porque ayuda a que las tecnologías de paneles solares sean competitivas en costos con las fuentes de energía tradicionales. Cuanto más eficiente sea su panel solar, más electricidad producirá por cantidad de energía solar que incida en la celda, requiriendo menos superficie para satisfacer sus necesidades energéticas.
- Factores que afectan la eficiencia de los paneles solares
- Frecuencia
- Recombinación
- La temperatura
- Reflexión
- Sombreados solares
- Determinación de la eficiencia de los paneles solares
- Cálculo del rendimiento de los paneles solares
- Condiciones de prueba estándar para paneles
- La temperatura tiene un impacto en la eficiencia de los paneles solares.
- Paneles solares estándar vs premium
- Degradación, tiempo y eficiencia de los paneles solares
- Tipos de paneles solares y eficiencia
- Paneles de silicio monocristalino
- Paneles de silicio policristalino
- Construcción de paneles fotovoltaicos integrados
- Tecnología de células solares de película fina
- Otros factores que afectan la eficiencia de los paneles solares
- Planes solares
- Diseño de sistema de energía solar
- Mejoras del hogar
- Exposición media al sol
Factores que afectan la eficiencia de los paneles solares
La mayoría de los Paneles solares de hoy tienen una calificación de eficiencia energética del 11 al 15%, que es el porcentaje de energía solar convertida en electricidad utilizable.
Si bien esto puede parecer un pequeño porcentaje, los avances en las tecnologías de energía solar se realizan constantemente y los paneles modernos pueden satisfacer con creces los requisitos energéticos de la mayoría de las necesidades residenciales y comerciales.
Los investigadores trabajan constantemente para mejorar el rendimiento de la tecnología de energía solar en la actualidad.
Los científicos ahora han alcanzado un rendimiento récord del 40% mediante el uso de células de unión múltiple sintonizadas para recolectar diferentes longitudes de onda de luz en el espectro electromagnético.
Si tiene un techo más pequeño y una cantidad limitada de espacio, un Panel solar más eficiente puede ser la mejor opción para usted.
Estos paneles pueden ser un poco más costosos debido a su mayor eficiencia, pero aún así cubrirán sus necesidades energéticas.
Sin embargo, si tiene más espacio, es posible que pueda satisfacer sus necesidades energéticas con paneles menos eficientes y menos costosos, lo que le permitirá ahorrar dinero en la instalación.
Tener en cuenta el costo total de los paneles, así como la salida de kilovatios, puede ayudarlo a determinar cuál es el mejor para su instalación.
No toda la energía solar que incide en una célula fotovoltaica se convierte en electricidad.
La mayor parte se pierde.
Una variedad de factores en el diseño de Paneles solares contribuyen a la capacidad de una célula para convertir la luz solar que recolecta.
Se pueden lograr mejores rendimientos diseñando teniendo en cuenta estos factores:
Frecuencia
La luz está formada por fotones o paquetes de energía con una amplia gama de longitudes de onda y energías.
Las frecuencias de la luz solar que llegan a la superficie de la tierra van desde el ultravioleta hasta el visible y el infrarrojo.
Algunos fotones se reflejan cuando la luz incide en la superficie de un panel solar, mientras que otros lo atraviesan.
Algunos de los fotones absorbidos tienen su energía convertida en calor.
El resto tiene suficiente energía para separar los electrones de sus enlaces atómicos, lo que da como resultado electrones libres y corriente eléctrica.
Recombinación
Un "portador de carga", como un electrón cargado negativamente, puede fluir a través de un semiconductor para permitir que fluya una corriente eléctrica.
Un "agujero" es otro tipo de portador de carga que significa la ausencia de un electrón dentro del material y actúa como portador de carga positiva.
Cuando un electrón choca con un agujero, puede recombinarse y cancelar así su contribución a la corriente eléctrica.
La recombinación directa, en la que los electrones y los huecos generados por la luz chocan, se recombinan y generan un fotón, invierte el proceso de generación de energía eléctrica en un panel solar.
Es uno de los principales factores que limitan la eficiencia.
La recombinación indirecta ocurre cuando los electrones o los huecos entran en contacto con una impureza, un defecto en la estructura cristalina o una interfaz que les permite recombinarse y liberar energía térmica.
La temperatura
Normalmente, los Paneles solares funcionan mejor a bajas temperaturas.
Los aumentos de temperatura hacen que las propiedades de los semiconductores cambien, lo que lleva a un ligero aumento de la corriente pero a una disminución mucho mayor del voltaje.
Los aumentos de temperatura elevados también pueden dañar la celda y otros materiales del módulo, lo que resulta en una vida útil más corta.
Debido a que una gran parte de la luz solar que incide en las células se convierte en calor, la resistencia térmica adecuada mejora el rendimiento y la vida útil.
Reflexión
El rendimiento de un Panel solar se puede mejorar reduciendo la cantidad de luz reflejada en su superficie.
El silicio sin tratar, por ejemplo, refleja más del 30 por ciento de la luz entrante.
Los revestimientos antirreflectantes y las superficies texturizadas ayudan a reducir el reflejo.
Una celda de alta eficiencia será de color azul oscuro o negro.
Sombreados solares
Los Paneles solares son extremadamente vulnerables a la protección solar.
El sombreado total o parcial tiene un efecto importante en la capacidad de suministro de energía y puede reducir la eficiencia y las pérdidas de energía.
Las celdas de un Panel solar se conectan típicamente en serie para producir un voltaje más alto y, por lo tanto, una cantidad adecuada de electricidad.
Sin embargo, cuando se produce el sombreado, esta estructura tiene algunas limitaciones.
Cuando se sombrea una sola celda solar, la corriente de toda la serie la dicta la unidad que produce la menor corriente.
Cuando una celda está sombreada, toda la serie está efectivamente sombreada.
Los diodos de derivación se utilizan comúnmente en instalaciones para evitar pérdidas de energía.
Las células solares están conectadas en paralelo con diodos de derivación.
Cuando una celda solar está sombreada, el diodo de derivación proporciona una ruta de corriente que permite que la secuencia integrada de celdas solares produzca electricidad a un voltaje más bajo.
Determinación de la eficiencia de los paneles solares
Los investigadores miden la eficiencia de una celda solar para predecir cuánta energía generará la celda.
El producto de la corriente y el voltaje es la electricidad.
Las propiedades eléctricas de los Paneles solares se miden utilizando relaciones corriente-voltaje.
Cuando se conecta una resistencia de "carga" específica entre los dos terminales de una celda o módulo, la corriente y el voltaje producidos se ajustan (la corriente a través de un conductor entre dos puntos es directamente proporcional a la diferencia de potencial entre los dos puntos).
Las eficiencias se evalúan exponiendo la celda a una cantidad básica y constante de luz mientras se mantiene una temperatura constante de la celda y se cuantifica la corriente y el voltaje generados para diversas resistencias de carga.
Cálculo del rendimiento de los paneles solares
Cuando se trata de energía solar para su hogar, querrá obtener el mayor retorno de la inversión.
Sin embargo, ¿qué Paneles solares generan la mayor cantidad de energía?
La respuesta está determinada por una variedad de factores, incluido el tamaño del panel, la eficiencia con la que el panel convierte la luz solar en energía eléctrica, la cantidad de luz solar que recibe el panel, la alineación del panel con respecto al sol y una variedad de otras variables.
Condiciones de prueba estándar para paneles
La medida estándar de producción de electricidad del Panel solar se determina probando los paneles en condiciones normales, denominadas Condiciones de prueba estándar (STC).
El STC calcula la generación de energía de un Panel solar en función de condiciones comunes como la exposición a la luz, la orientación y la temperatura del panel.
Un panel de 250 vatios genera 250 vatios de electricidad cuando la luz solar en el panel es de 1000 vatios por metro cuadrado mientras funciona a 25 ° C, según STC.
Según STC, las empresas solares deben fabricar células solares que cumplan o superen su producción de energía comercializada.
Otro factor que influye en la cantidad de energía que produce un Panel solar es su eficiencia.
Por ejemplo, un panel con una eficiencia del 20% convertirá el 20% de toda la luz que lo incida en electricidad.
Más luz solar se convertirá en energía mediante un panel con una calificación de rendimiento más alta.
La mayoría de los Paneles solares tienen índices de eficiencia que oscilan entre el 15% y el 18%.
Sin embargo, debido a que las condiciones del mundo real difieren de las del STC, un panel estándar rara vez genera su potencia de salida óptima comercializada.
Por ejemplo, la temperatura de su Panel solar rara vez es constante de 25 ° C.
La mayoría de los Paneles solares son 20 ° C más calientes que el aire circundante.
En otras palabras, si la temperatura exterior es de 20 ° C, es probable que la temperatura de su panel solar sea de alrededor de 40 ° C.
La temperatura tiene un impacto en la eficiencia de los paneles solares.
La temperatura de funcionamiento nominal de la celda (NOCT) y el coeficiente de temperatura del coeficiente de temperatura de potencia máxima (Pmax) son dos cifras clave a considerar al determinar cuánta energía obtendrá de su panel solar.
El NOCT es la temperatura que alcanza el panel cuando se expone a 800W / m2 de actividad solar (la energía equivalente al sol moderado) a una temperatura de 20 ° C.
El coeficiente de temperatura de Pmax es el porcentaje de energía perdida por un Panel solar por cada grado Celsius por encima de la temperatura STC de 25 ° C.
Para evaluar los niveles de rendimiento (en oposición a la eficiencia ideal) de sus paneles solares, reste la temperatura de su Panel solar de la temperatura STC de 25 ° C, luego multiplique esa cifra por el coeficiente de temperatura de Pmax.
Esta estimación dará como resultado un porcentaje negativo, que luego puede deducir de su calificación de desempeño inicial.
Degradación, tiempo y eficiencia de los paneles solares
Ha habido numerosos avances que han contribuido a hacer que los Paneles solares sean más eficientes.
Estos avances se han desarrollado exponencialmente hasta el punto en que la energía solar limpia es ahora una opción viable para un número mucho mayor de personas que antes.
Debido a que cada fabricante de Paneles solares fabrica sus paneles de manera diferente, cada panel tiene una tasa de degradación diferente.
Según la investigación, el rendimiento de los Paneles solares se reduce en aproximadamente un 0,8%.
En otras palabras, después de un año, su Panel solar generará el 99,2% de la energía eléctrica que generaba cuando era nuevo; después de diez años, generará el 92% de la electricidad que generaba cuando era nueva; etcétera.
Los Paneles solares sofisticados probablemente se degradarán a un ritmo mucho más lento.
Algunos incluso afirman tasas de degradación tan bajas como 0,3%.
El entorno en el que coloca su Panel solar también tiene un impacto en la producción de energía.
Cuanta más luz solar recojan sus paneles, más electricidad pueden generar.
Si sus paneles solares están colocados en un área sombreada por árboles altos u otras estructuras, no generarán tanta electricidad como podrían.
Según la investigación, el sombreado del 20 al 30% puede resultar en una reducción del 30 al 40% en la producción de energía.
Del mismo modo, si sus paneles solares están sucios, polvorientos o cubiertos de nieve, hojas u otros escombros, no generarán tanta electricidad como cuando estén limpios.
El inversor es otro componente esencial del Panel solar que influye en la producción de electricidad.
El inversor convierte la electricidad de corriente continua (CC) en corriente alterna (CA) (el tipo que usa en casa).
La eficiencia de su inversor determina la cantidad de energía CC que se convierte en electricidad CA.
El tipo más eficiente son los inversores sin transformador.
Sin embargo, los nuevos microinversores y optimizadores de energía que se conectan a numerosos paneles solares en lugar de a toda la matriz ayudan a aumentar la potencia por panel, lo que los convierte en una mejor opción para matrices de múltiples paneles más grandes.
La generación de energía también se ve afectada por la alineación de los paneles dentro de un sistema.
Si se interconectan varios paneles de voltaje, toda la matriz utilizará el panel con el voltaje más bajo, lo que reducirá la eficiencia del sistema.
Hay numerosos factores a considerar al determinar cuánta energía generará a partir de sus paneles solares.
La mejor manera de garantizar el éxito es comprar a una empresa certificada conocida por producir paneles de alta eficiencia y colocar sus paneles para que reciban la mayor cantidad de luz solar.
Tipos de paneles solares y eficiencia
Hay varios elementos que componen la eficiencia de los paneles solares, los hemos detallado a continuación.
Paneles de silicio monocristalino
Los paneles de silicio monocristalinos o simples son posiblemente el tipo de Panel solar fotovoltaico más eficaz disponible en la actualidad.
Estos paneles de forma cuadrada son adecuados para sistemas eléctricos solares que se montan en el techo.
Son más costosos que otros tipos de paneles debido al mayor contenido de silicio utilizado en el diseño.
Debido a que más energía solar se convierte en electricidad, la mayoría de las configuraciones de techo necesitan menos paneles para lograr los mismos requisitos de energía.
Paneles de silicio policristalino
Debido a que los paneles de silicio policristalinos o de múltiples capas utilizan menos silicio, a menudo son menos costosos que sus contrapartes más eficientes.
Usan un diseño para ayudar a reducir la pérdida de eficiencia, lo que les permite usarse en sistemas montados en el techo.
Dado que son menos costosos, son adecuados para proyectos e instalaciones más grandes.
Los paneles de silicio policristalino también son más resistentes al calor.
Construcción de paneles fotovoltaicos integrados
La apariencia de un edificio es crucial.
Los propietarios de edificios históricos o aquellos con diseños estéticos distintivos, por ejemplo, pueden mostrarse reacios a distorsionar el carácter distintivo de un edificio mediante la instalación de un sistema eléctrico solar.
La energía fotovoltaica integrada en el edificio está disponible para ayudar a contrarrestar los cambios estéticos que pueden causar los paneles solares.
Si bien pueden conservar la apariencia de los techos convencionales, estos paneles son más costosos y menos eficientes que las alternativas.
Tecnología de células solares de película fina
Las células de película delgada son una tecnología solar más nueva que comprende una o más capas de películas de células fotovoltaicas delgadas unidas a materiales existentes como techos de metal o ventanas de vidrio.
Debido a que estas películas fotovoltaicas son tan delgadas, son más ligeras y más flexibles que otros paneles solares.
Si bien la tecnología de película delgada es increíblemente versátil, no está exenta de inconvenientes.
Los sistemas de película delgada son menos eficientes y se degradan más rápidamente que los sistemas solares tradicionales, pero están tratando de mejorar a medida que avanza la tecnología.
Otros factores que afectan la eficiencia de los paneles solares
Estos factores no tienen ningún impacto en la eficiencia de los paneles en sí, sino en qué tan bien su sistema de energía solar produce energía para que la use en su hogar.
Planes solares
De manera significativa, su plan solar ayudará a determinar la eficiencia.
Su plan solar ayudará a evaluar qué tan rentables son sus Paneles solares en lugar de aumentar o disminuir su rendimiento.
Querrá encontrar la mejor oferta para usted y sus circunstancias particulares.
Diseño de sistema de energía solar
El diseño es una consideración fundamental para determinar la eficiencia de los paneles solares.
Si sus Paneles solares no están instalados correctamente, es posible que no generen la energía adecuada para satisfacer sus necesidades.
Mejoras del hogar
Hacer que su hogar sea más eficiente energéticamente es otro remedio que ayudará a que sus Paneles solares le proporcionen la energía que necesita.
Por ejemplo, si tiene un calentador de agua eléctrico, se usa una cantidad significativa de electricidad para calentar nuestra agua.
Cambiar a un calentador de agua eléctrico con bomba de calor puede ahorrar electricidad en algunos casos.
La electricidad también es utilizada por electrodomésticos como lavavajillas, lavadoras, secadoras de ropa y acondicionadores de aire.
Todos estos aparatos deben actualizarse con regularidad.
Eso no implica que tenga que reemplazarlos cada año, pero si puede permitírselo, hágalo.
Además de actualizar sus electrodomésticos, puede realizar muchas otras mejoras en la casa para aprovechar al máximo sus paneles solares.
Encuentre formas de hacer que su hogar sea más eficiente energéticamente para que la electricidad de sus Paneles solares funcione de manera más eficiente.
Exposición media al sol
Algunas casas reciben una exposición al sol significativamente mayor que otras.
Esto podría deberse a un gran árbol en el jardín.
Podría deberse a que la casa está al lado de una estructura más alta que bloquea el sol.
Podría ser simplemente un problema meteorológico.
Algunos lugares simplemente no reciben mucho sol.
Incluso podría ser la orientación de su hogar o la forma de su techo.
Cualquiera sea la razón, un cambio en la exposición al sol resultará en un cambio en la salida del panel solar.
Incluso en la misma zona, estos cambios pueden variar considerablemente de una casa a otra.