Qué determina la eficiencia de los paneles solares y cómo aumentar esta cifra. Eficiencia de los paneles solares.

Cada día llegan a nuestro planeta miles de millones de kilovatios de energía solar. La gente hace tiempo que comenzó a utilizar esta energía para sus necesidades. Con el avance del progreso, se comenzaron a utilizar paneles solares para convertir la energía de la luz solar. ¿Pero son efectivos estos dispositivos? ¿A cuánto asciende la eficiencia de los paneles solares y de qué depende? ¿Cuál es su período de recuperación y cómo se puede calcular la rentabilidad del uso de paneles solares? Estas preguntas conciernen a todos los que están planeando o ya han decidido comprar paneles solares, por eso este artículo está dedicado a este tema urgente.

Veamos brevemente en qué se basa el principio de funcionamiento de los paneles solares. Se basa en las propiedades físicas de los semiconductores. Debido a la eliminación de electrones de la órbita exterior de los átomos por fotones ligeros, se forma una cantidad suficientemente grande de electrones libres. Una vez cerrado el circuito, se produce una corriente eléctrica. Pero, como regla general, una o dos células solares no son suficientes para generar suficiente energía, por lo que los módulos solares suelen incluir varias baterías solares. Cuantas más células solares estén conectadas entre sí, es decir, cuanto mayor sea el área de los paneles solares, mayor será la energía que producirán. Además del área de los paneles, la intensidad de la luz solar y el ángulo de incidencia de los rayos influyen notablemente en la energía producida.

Entendamos el concepto de eficiencia

El valor de eficiencia de un panel se obtiene dividiendo la potencia de la energía eléctrica por la potencia de la luz solar que incide sobre el panel. Hoy en día, el valor medio de este indicador en la práctica es del 12-25%, pero en teoría esta cifra se acerca al 80-85%. ¿A qué se debe esta diferencia tan grande? En primer lugar, depende de los materiales utilizados para fabricar los paneles solares. Como ya se sabe, el elemento principal que componen los paneles es el silicio. Una de las principales desventajas de esta sustancia es su capacidad para absorber únicamente la radiación infrarroja, es decir, se desperdicia la energía de los rayos ultravioleta. Por lo tanto, una de las principales direcciones en las que trabajan los científicos, tratando de aumentar la eficiencia de los paneles solares, es el desarrollo de módulos multicapa.

Las baterías multicapa son una estructura formada por capas de diferentes materiales. Se seleccionan en función de cuantos de diferentes energías. Es decir, una capa absorbe energía verde, la segunda, azul, la tercera, roja. En teoría, varias combinaciones de estas capas pueden dar un valor de eficiencia del 87%. Pero esto, lamentablemente, es sólo una teoría. Como muestra la práctica, la fabricación de tales estructuras a escala de producción es una tarea que requiere mucha mano de obra y el costo de dichos módulos es muy alto.

La eficiencia de los módulos solares también se ve afectada por el tipo de silicio utilizado. Los paneles fabricados con silicio monocristalino tienen una mayor eficiencia que los paneles fabricados con silicio policristalino. Pero el precio de las baterías monocristalinas es mayor.

La regla básica: a mayor eficiencia, para generar electricidad de una determinada potencia se necesitará un módulo de área más pequeña, es decir, se incluirá un número menor de fotocélulas en el panel solar.

¿Qué tan rápido se amortizarán los paneles solares?

El coste de los paneles solares hoy en día es bastante elevado. Y teniendo en cuenta la baja eficiencia de los paneles, la cuestión de su recuperación de la inversión es muy relevante. La vida útil de las baterías alimentadas por energía solar es de unos 25 años o más. Hablaremos de las causas de una vida útil tan larga un poco más adelante, pero por ahora aclaremos la pregunta planteada anteriormente.

El período de recuperación se ve afectado por:

• Tipo de equipo seleccionado. Las células solares de una sola capa tienen una eficiencia menor en comparación con las multicapa, pero también tienen un precio mucho más bajo.
• Ubicación geográfica, es decir, cuanta más luz solar haya en su área, más rápido se amortizará el módulo instalado.
• Costo del equipo. Cuanto más dinero gaste en la compra e instalación de los elementos que componen el sistema de ahorro de energía solar, mayor será el período de recuperación.
• El costo de los recursos energéticos en su región.

El período de recuperación promedio para los países del sur de Europa es de 1,5 a 2 años, para los países de Europa central, de 2,5 a 3,5 años, y en Rusia el período de recuperación es de aproximadamente 2 a 5 años. En un futuro próximo, la eficiencia de los paneles solares aumentará significativamente, esto se debe al desarrollo de tecnologías más avanzadas que aumentarán la eficiencia y reducirán el costo de los paneles. Y como resultado, también disminuirá el período durante el cual el sistema de ahorro de energía solar se amortizará.

¿Cuánto durarán los paneles solares?

Los paneles solares no contienen piezas mecánicas móviles, por lo que son bastante fiables y duraderos. Como se mencionó anteriormente, su vida útil es de más de 25 años. Con un uso adecuado, pueden durar 50 años. La gran ventaja es que una vida útil tan larga no requiere averías importantes; basta con limpiar sistemáticamente los espejos de las fotocélulas del polvo y otros contaminantes. Esto es necesario para una mejor absorción de energía y, en consecuencia, para una mayor tasa de eficiencia.

Una larga vida útil es uno de los criterios principales a la hora de decidir si comprar paneles solares o no. Una vez que las baterías se amorticen solas, la energía eléctrica que recibas será totalmente gratuita. Incluso si el período de recuperación es máximo (aproximadamente 6 años), no pagará por los recursos energéticos durante al menos 20 a 25 años.

Últimas novedades que aumentan la eficiencia

Casi todos los días, científicos de todo el mundo anuncian el desarrollo de un nuevo método para aumentar la eficiencia de los módulos solares. Conozcamos los más interesantes de ellos. El año pasado, Sharp presentó al público una célula solar con una eficiencia del 43,5%. Pudieron lograr esta cifra instalando una lente para enfocar la energía directamente en el elemento.

Los físicos alemanes no se quedan atrás de la empresa Sharp. En junio de 2013 presentaron su fotocélula con una superficie de sólo 5,2 metros cuadrados. mm, que consta de 4 capas de elementos semiconductores. Esta tecnología permitió alcanzar una eficiencia del 44,7%. La máxima eficiencia en este caso también se logra colocando un espejo cóncavo en el foco.

En octubre de 2013 se publicaron los resultados del trabajo de científicos de Stanford. Han desarrollado un nuevo compuesto resistente al calor que puede aumentar el rendimiento de las células solares. El valor de eficiencia teórica es de aproximadamente el 80%. Como escribimos anteriormente, los semiconductores que contienen silicio son capaces de absorber únicamente radiación IR. Así, la acción del nuevo material compuesto tiene como objetivo convertir la radiación de alta frecuencia en infrarroja.

Los siguientes fueron los científicos ingleses. Han desarrollado una tecnología que puede aumentar la eficiencia de las células en un 22%. Propusieron colocar nanopicos de aluminio en la superficie lisa de paneles de película delgada. Se eligió este metal porque no absorbe la luz solar, sino que, por el contrario, la dispersa. En consecuencia, aumenta la cantidad de energía solar absorbida. De ahí el aumento del rendimiento de las baterías solares.

A continuación se presentan sólo las principales novedades, pero el asunto no se limita a ellas. Los científicos luchan por cada décima por ciento y hasta ahora lo han conseguido. Esperemos que en un futuro próximo la eficiencia de los paneles solares alcance el nivel adecuado. Después de todo, los beneficios del uso de paneles serán máximos.

El artículo fue preparado por Abdullina Regina.

Moscú ya está utilizando nuevas tecnologías para iluminar calles y parques, creo que allí se ha calculado la eficiencia económica:

Se considera que un panel solar es una fuente de energía eléctrica que funciona directamente a partir del flujo luminoso. Si hablamos de diseño, cualquier panel solar representa un determinado conjunto de fotocélulas interconectadas, colocadas en una carcasa protectora y cubiertas con un panel frontal de vidrio.

¿Qué es una fotocélula?

Una fotocélula es un elemento semiconductor que combina dos tipos de conductividad, que se distinguen por la falta o el exceso de electrones:

• n—conductividad;
• p es conductividad.

Consta de dos semiconductores en los que los electrones del material fuente absorben la energía recibida de la corriente solar, lo que les da un impulso adicional. Al salir de su órbita, el flujo dirigido de electrones genera una fotocorriente constante, que se utiliza con fines prácticos.

Aplicación en la vida cotidiana

El ámbito de aplicación de dichos dispositivos es muy amplio y cubre diversas industrias, entre las que se pueden destacar las siguientes áreas:

• Microelectrónica (relojes, calculadoras).
• Electrónica utilizada en la vida cotidiana (baterías externas para smartphones, tablets, portátiles).
• Suministro de electricidad tanto a edificios independientes como a zonas remotas.
• Uso en equipos de comunicaciones móviles y diversos complejos.
• Industria del automóvil (vehículos eléctricos).
• Industria espacial (estaciones espaciales).

Beneficios de uso

Entre otras fuentes de energía alternativas, los paneles solares tienen una serie de ventajas innegables, a saber:

• Son una fuente de energía no volátil y no requieren un mantenimiento complejo ni la sustitución de unidades o conexiones agregadas. El máximo cuidado implica limpiar el revestimiento de vidrio de los contaminantes emergentes.
• Funcionan de forma independiente, no requieren encendido ni apagado y siempre están en funcionamiento. Además son silenciosos y totalmente respetuosos con el medio ambiente.
• Corto período de recuperación.
• La vida útil es de 25 años, mientras que la potencia de los elementos no disminuye durante el funcionamiento. Según los fabricantes, la reducción de la potencia de salida no debería ser superior al 5%.
• Al utilizarlos, es posible configurar la instalación final en función de la potencia y tensión requerida, lo que resulta problemático con otras fuentes de energía.

Tipos de dispositivos utilizados

Como ya se mencionó, todos ellos contienen fotocélulas, que pueden estar representadas por los siguientes semiconductores:

paneles solares de silicio

Actualmente, para la producción de fotocélulas se utiliza silicio monocristalino, policristalino y amorfo.

• Fabricado a partir de silicio monocristalino. Como sugiere el nombre, el material principal de estos dispositivos es el silicio purificado. En apariencia, están hechos en forma de panal, conectados en una sola estructura. El silicio monocristalino estructuralmente purificado son las obleas más delgadas (hasta 300 micrones) conectadas por una rejilla de electrodos. Su principal ventaja es su alta eficiencia, que puede llegar hasta el 20%.
• Elementos policristalinos. Estos tipos son mucho más baratos que la versión anterior debido a una tecnología de fabricación más sencilla (enfriamiento de la sustancia de silicio). Tenga en cuenta que la formación de policristales en el interior conduce al hecho de que la estabilidad de funcionamiento se vuelve significativamente menor y la eficiencia final no supera el 18%.
• Paneles solares fabricados en silicio amorfo. Se pueden clasificar como película o silicio, ya que el principal material semiconductor que contienen es el silano (o silicio hidrógeno). Se aplica una fina película de silano a un sustrato especialmente preparado, que forma una fotocélula. A pesar de que la eficiencia es sólo del 5%, este tipo se utiliza ampliamente. Las fotocélulas tienen una buena absorción de luz, por lo que, a pesar de su baja eficiencia, pueden funcionar en ausencia de sol directo y en tiempo nublado. En este sentido, se utiliza una combinación de células monocristalinas (o policristalinas) con células amorfas, ya que los perfiles prefabricados pueden funcionar en cualquier condición climática.

Paneles solares de película

Hay dos tipos:

• A base de telururo de cadmio. Tienen una baja eficiencia (hasta un 10%) y una sustancia tóxica en su composición, pero a pesar de ello, su bajo coste determina su popularidad. A base de seleniuro de cobre-indio. Los principales materiales utilizados para crear las células son el cobre, el selenio y el indio. También son bastante económicos, pero tienen una eficiencia de alrededor del 20%.
• Polímero. Actualmente son más populares debido a su bajo precio y disponibilidad. Como semiconductores se utilizan polifenileno o ftalocianina de cobre. La eficiencia es solo del 5%, sin embargo, debido a su disponibilidad, facilidad de instalación e instalación, así como a la seguridad ambiental, se utilizan no solo para fines industriales sino también domésticos.

Eficiencia laboral

Al principio, incluso en la etapa de aparición de los paneles solares en el mercado, la eficiencia era bastante baja, pero hoy su rendimiento ha aumentado a un nivel bastante alto. Ahora, para las baterías de silicio monocristalino alcanza el 24%, para las policristalinas, el 20%, las de silicio de película delgada, el 15% y las de película delgada basadas en arseniuro de galio, el 24%. Para los paneles solares multicapa, la eficiencia alcanza el 30%.

Si recurrimos a los fabricantes de dichos dispositivos, las mejores baterías solares con alta eficiencia están representadas por las siguientes empresas:

• Los paneles creados por el Instituto Soitec & Fraunhofer son hoy líderes en términos de eficiencia de uso. La eficiencia alcanza un increíble 46%, sin embargo, debido a su enorme costo, se utilizan solo en el campo científico y espacial.
• Sharp es un líder indiscutible con 55 años de experiencia. Producen paneles solares para casi todas las industrias, desde calculadoras hasta estaciones espaciales. Ahora la eficiencia de los paneles solares que producen alcanza el 19,8%. En sus desarrollos, la empresa logró alcanzar una productividad del 44,4%, pero estas tecnologías ahora son extremadamente caras y no se ofrecen en el mercado.
• En tercer lugar se encuentra el Instituto Español IES (Instituto Español de Investigación Solar). Lograron alcanzar una eficiencia del 32,6%.

Sin embargo, volviendo a la tierra, las cifras anteriores pertenecen al campo de la alta tecnología, que aún no está disponible para su uso en propiedades comerciales o residenciales. A la hora de elegir un sistema solar para tu hogar, es poco probable que los paneles solares más eficientes que puedas encontrar en el mercado superen una eficiencia del 20%. Por nuestra parte, podemos recomendarle que preste atención a fabricantes como Amonix, Sun Power, SunTech Power, Q-Cells, Sanyo y First Solar.

Cómo calcular correctamente el número de paneles solares

Para determinar la cantidad de baterías a instalar en tu hogar, debes tener en cuenta los siguientes factores:

• Calcule la cantidad de electricidad requerida en la casa.
• Dependiendo de la ubicación (región), aclarar el nivel de radiación solar a lo largo del año. Normalmente, los datos están disponibles en los servicios meteorológicos locales.
• Calcular potencia por día. En este caso, es necesario tener en cuenta las pérdidas por cargar la batería (no más del 20%) - W.
• Teniendo en cuenta los coeficientes de verano e invierno, obtenga la potencia (potencia) de una sección por día N, siendo el factor de corrección de verano 0,5 y el factor de corrección de invierno 0,7.
• Al dividir W por N, obtenemos la cantidad necesaria de baterías para satisfacer la demanda de electricidad.

Al realizar el cálculo, se puede estimar que para las regiones del centro de Rusia, el número de paneles necesarios que proporcionan la electricidad necesaria en invierno es varias veces mayor que en verano.

Al mismo tiempo, la producción se ve afectada no solo por la potencia de una sección individual, sino también por su ángulo de inclinación, la presencia o ausencia de accionamientos giratorios y dispositivos concentradores. En cualquier caso, si no hay suficiente generación de energía, se puede aumentar el número de secciones, lo que ayudará a solucionar el problema.

Aumento de la eficiencia de los paneles solares.

Teniendo en cuenta que su eficiencia es bastante baja, tanto los fabricantes como los usuarios se enfrentan al grave problema de aumentarla. La eficiencia de los paneles solares depende de muchos factores, por lo que para aumentar la eficiencia y la productividad se deben seguir los siguientes puntos:

• Elección correcta del material. A diferencia de los modelos policristalinos, las células de indio-galio o cadmio-telurio pueden aumentar significativamente la productividad.
• La ubicación correcta de la superficie de la sección en ángulo recto con respecto al flujo de luz, que se logra mediante la instalación de accionamientos y sensores especiales que responden a la dirección de la luz.
• Como ocurre con cualquier otro dispositivo, el sobrecalentamiento es sumamente peligroso, por lo que, junto con la instalación de los paneles, es necesario prever un sistema para su ventilación y refrigeración.
• Evite las sombras de objetos altos cercanos, ya que esto puede reducir varias veces el rendimiento de la instalación.
• Condiciones de operación, mantenimiento correcto y oportuno de todos los componentes incluidos en los paneles de control (variadores, controladores, inversores, baterías, etc.).

Por supuesto, la instalación de paneles solares no resolverá por completo el problema del suministro autónomo de energía con la cantidad necesaria de electricidad, pero ayudará a aumentar su producción para alimentar al menos algunos aparatos eléctricos.

Los paneles solares más eficientes para el hogar hoy en día no son algo súper inusual o nuevo, sino simplemente una excelente fuente alternativa de energía. Pero cuanto más dispositivos de este tipo aparecen en el mercado, más a menudo la gente se pregunta: ¿cuál debería elegir? ¿Qué panel solar tiene la mayor eficiencia? Pero para todos este concepto suena diferente, ya que se caracteriza por una serie de necesidades individuales, y hablaremos de esto más adelante.

Para empezar, la pregunta principal no debería ser “¿Cuáles son los paneles solares más eficientes?”, sino “ ¿Dónde está la combinación óptima de precio y calidad?“Supongamos que en el tejado de su casa o negocio hay espacio libre donde puede colocar una docena de paneles solares, y usted mismo se enfrenta a una elección: comprar aparatos de primera clase de eficiencia energética, es decir, “A, ” ¿O dar preferencia a paneles de clase “B” más baratos pero menos eficientes? La respuesta puede sorprenderte, pero en la mayoría de los casos la segunda opción será más adecuada. En pocas palabras, nuestra principal tarea ahora es determinar qué fuente de energía solar es más rentable utilizar en una situación determinada.

Modelos de los paneles solares más eficientes energéticamente

• Afilado. El indicador de eficiencia de los modelos de esta empresa es del 44,4%. El fabricante Sharp es considerado líder mundial absoluto en la producción de paneles solares. Estos dispositivos son bastante complejos, los módulos solares aquí son de tres capas, los fabricantes dedicaron varios años a desarrollar la tecnología para su creación, tiempo durante el cual realizaron muchas investigaciones y pruebas de sus propios productos. Hay otros modelos simplificados. La tecnología utilizada para crear algunos paneles Sharp les proporciona una eficiencia del 37,9%, lo que también es significativo. El precio de los dispositivos es menor debido a que no utilizan dispositivos técnicos para concentrar la luz solar en el módulo.
• Paneles del Instituto Español de Investigaciones (IES). Su eficiencia operativa es del 32,6%. Estos paneles solares modernos de alta eficiencia son dispositivos con módulos de dos capas; el coste de dicha fuente de energía es bajo en comparación con el del fabricante anterior, pero para edificios residenciales comunes sigue siendo demasiado caro y, en cierto modo, inútil.

De hecho, esta lista puede continuar durante mucho tiempo, teniendo en cuenta los modelos cada vez más baratos y con una eficiencia decreciente. Pero todo sigue siendo estándar: la alta eficiencia (el precio correspondiente), la baja eficiencia es barata. Sucede que ofrecen modelos bastante sencillos a precios desorbitados, esto lo notarás a la hora de elegir, pero volvamos a nuestro tema.

Empresas famosas que producen módulos solares.

Existe la opinión de que hoy en día se dedica cada vez menos tiempo al estudio del funcionamiento de los paneles solares, y ha pasado a primer plano el estudio de determinadas fotocélulas, que son los componentes principales de cualquier batería alternativa. Pero la cuestión es esta: a nadie le interesarán los paneles con módulos solares débiles; esto es a lo que la mayoría de los compradores prestan atención en primer lugar. Ya han surgido líderes en el mercado establecido desde hace mucho tiempo para estos mismos módulos, y vale la pena mencionarlos también.

1. Seremos uno de los primeros en recordar dispositivos con una eficiencia del 36%, son producidos por la empresa. amonix, cuyos productos están disponibles en casi todas las tiendas con productos de este tipo. Para fines domésticos, estos módulos de Amonix generalmente no se utilizan, ya que se fabrican mediante dispositivos concentradores especiales.
2. No se pueden ignorar los módulos solares con una eficiencia energética del 21,5%, fabricados por una conocida marca americana; energía solar, que lleva bastante tiempo en el mercado. Hasta cierto punto, esta empresa logró establecer una especie de récord de eficiencia. Por ejemplo, el modelo Sun Power SPR-327NE-WHT-D fue reconocido como el mejor después de las pruebas de campo. Además, las dos siguientes posiciones en el ranking de la lista de los mejores también las ocuparon los productos de esta empresa.
3. Recordemos los módulos de película fina con una eficiencia del 17,4%: un producto de Células Q. Los dispositivos de esta empresa alemana en algún momento dejaron de ser populares y tener demanda, Q-Cells quebró, pero luego fue comprada por la empresa coreana Hanwha y hoy los módulos de la marca vuelven a ganar impulso en términos de ventas.
4. Seguimos avanzando, es decir, hacia módulos solares con menor eficiencia. El 16,1% nos lo regalan dispositivos de Primer Solar, se producen sobre la base de una transformación especial de cadmio-telurio. Este tipo de dispositivos no se instalan en edificios residenciales, pero esto no afecta en modo alguno al volumen de negocios de la empresa, que es muy amplio. First Solar es más popular en el mercado americano: la propia empresa es de EE. UU. Los módulos de esta marca se utilizan en muchas industrias, por lo que la empresa tiene una facturación excelente y ha recibido reconocimiento universal porque crea un producto verdaderamente confiable.
5. El último ejemplo aquí serán los módulos solares con una eficiencia del 15,5% de una empresa llamada MiaSole. Los dispositivos de esta marca son reconocidos como los mejores entre los módulos flexibles. Sí, los dispositivos de este tipo a veces son simplemente necesarios para su instalación en determinadas estructuras.

Cuando busques paneles solares potentes para tu hogar o gran taller de producción, céntrate no sólo en la relación calidad/precio, sino también en la marca. En asuntos tan serios se debe confiar en los fabricantes que han demostrado ser los mejores. Si no es un experto en el montaje e instalación de paneles solares, no importa con qué cuidado se acerque a su elección, es imposible examinar cada modelo en cuanto a resistencia, durabilidad, economía y otros parámetros, por lo que es mejor confiar en el nombre.

Hasta la fecha, también se han llevado a cabo muchos experimentos, sus resultados definitivamente pueden ayudarlo. Cuando busque paneles solares, concéntrese también en sus propias necesidades y capacidad de pago: no tiene sentido instalar un dispositivo desarrollado para la NASA en un edificio residencial.

Con los precios cada vez mayores de la electricidad, inevitablemente se empieza a pensar en utilizar fuentes naturales para el suministro de energía. Una de estas posibilidades son los paneles solares para tu hogar o jardín. Si lo desea, pueden satisfacer plenamente todas las necesidades incluso de una casa grande.

Diseño de un sistema de suministro de energía solar.

Convertir la energía del sol en electricidad: esta idea mantuvo despiertos a los científicos durante mucho tiempo. Esto fue posible con el descubrimiento de las propiedades de los semiconductores. Las células solares utilizan cristales de silicio. Cuando la luz del sol incide sobre ellos, se forma en ellos un movimiento dirigido de electrones, que se llama corriente eléctrica. Al conectar una cantidad suficiente de estos cristales, obtenemos corrientes bastante decentes: un panel con un área de poco más de un metro (1,3-1,4 m2 con un nivel de iluminación suficiente puede producir hasta 270 W (voltaje 24 V).

Dado que la iluminación cambia según el clima y la hora del día, no es posible conectar dispositivos directamente a los paneles solares. Necesitamos un sistema completo. Además de los paneles solares, necesitas:

• Batería. Durante el día, bajo la influencia de la luz solar, los paneles solares generan corriente eléctrica para la casa o la cabaña. No siempre se utiliza en su totalidad; su exceso se acumula en la batería. La energía acumulada se consume en condiciones climáticas adversas.
• Controlador. No es una parte obligatoria, pero sí deseable (si tienes fondos suficientes). Supervisa el nivel de carga de la batería para evitar que se descargue excesivamente o exceda su nivel de carga máximo. Ambas condiciones son perjudiciales para la batería, por lo que tener un controlador prolonga la vida útil de la batería. El controlador también garantiza el funcionamiento óptimo de los paneles solares.
• Convertidor de CC a CA (inversor). No todos los dispositivos están diseñados para corriente continua. Muchos funcionan con tensión alterna de 220 voltios. El convertidor permite obtener una tensión de 220-230 V.

Los paneles solares para el hogar son sólo una parte del sistema

Al instalar paneles solares para su casa o cabaña, puede independizarse completamente del proveedor oficial. Pero para ello es necesario tener una gran cantidad de baterías, una cierta cantidad de baterías. Un kit que produce 1,5 kW por día cuesta alrededor de 1.000 dólares. Esto es suficiente para satisfacer las necesidades de una casa de verano o parte del equipo eléctrico de la casa. Un conjunto de paneles solares para producir 4 kW por día cuesta alrededor de 2.200 dólares, uno de 9 kW por día, 6.200 dólares. Dado que los paneles solares para hogar son un sistema modular, se puede adquirir una instalación que cubrirá parte de las necesidades, aumentando paulatinamente su productividad.

Tipos de paneles solares

Con el aumento de los precios de la energía, la idea de utilizar energía solar para generar electricidad se está volviendo cada vez más popular. Además, con el desarrollo de la tecnología, los convertidores solares son cada vez más eficientes y, al mismo tiempo, más baratos. Así, si lo deseas, podrás cubrir tus necesidades instalando placas solares. Pero vienen en diferentes tipos. Vamos a resolverlo.

La batería solar en sí es una serie de fotocélulas ubicadas en una carcasa común, protegidas por un panel frontal transparente. Para uso doméstico, las células solares se fabrican a base de silicio, ya que es relativamente económico y los elementos basados ​​​​en él tienen una buena eficiencia (alrededor del 20-24%). Las células solares monocristalinas, policristalinas y de película fina (flexibles) se fabrican a base de cristales de silicio. Un cierto número de estas fotocélulas están conectadas eléctricamente entre sí (en serie y/o en paralelo) y conectadas a terminales situados en la carcasa.

Las fotocélulas se instalan en una carcasa cerrada. La carcasa de la batería solar está fabricada en aluminio anodizado. Es liviano y no corrosivo. El panel frontal está hecho de vidrio duradero, que debe soportar cargas de nieve y viento. Además, debe tener ciertas propiedades ópticas: tener la máxima transparencia para poder transmitir tantos rayos como sea posible. En general, se pierde una cantidad importante de energía debido a la reflexión, por lo que los requisitos de calidad del vidrio son altos y además está recubierto con un compuesto antirreflectante.

Tipos de fotocélulas para paneles solares

Los paneles solares para el hogar están fabricados a partir de tres tipos de células de silicio;

Si tienes un tejado a dos aguas y la fachada está orientada al sur o al este, no tiene sentido pensar demasiado en el espacio que ocupa. Los módulos policristalinos pueden ser adecuados para esto. Por la misma cantidad de energía producida, cuestan un poco menos.

Cómo elegir el sistema de paneles solares adecuado para tu hogar

Existen conceptos erróneos comunes que le hacen gastar dinero extra en equipos demasiado caros. A continuación se presentan recomendaciones sobre cómo construir correctamente un sistema de suministro de energía a partir de paneles solares y no gastar dinero extra.

que comprar

No todos los componentes de una planta de energía solar son vitales para su funcionamiento. Algunas partes se pueden prescindir. Sirven para aumentar la fiabilidad, pero sin ellos el sistema está operativo. Lo primero que hay que recordar es adquirir paneles solares a finales del invierno, principios de la primavera. En primer lugar, el clima en esta época es excelente, hay muchos días soleados, la nieve refleja el sol, aumentando la iluminación general. En segundo lugar, los descuentos se anuncian tradicionalmente en este momento. Los siguientes son los consejos:

Si utiliza únicamente estos consejos y conecta únicamente equipos que funcionan con voltaje constante, un sistema de paneles solares para su hogar costará una cantidad mucho más modesta que el kit más barato. Pero eso no es todo. Puedes dejar parte del equipo "para más tarde" o prescindir de él por completo.

¿Qué puedes hacer sin él?

El coste de un conjunto de paneles solares de 1 kW al día es de más de mil dólares. Inversión considerable. Inevitablemente te preguntarás si vale la pena y cuál será el período de recuperación. Con las tarifas actuales, tendrá que esperar más de un año hasta recuperar su dinero. Pero los costos se pueden reducir. No a expensas de la calidad, sino debido a una ligera disminución en la comodidad de funcionamiento del sistema y a un enfoque razonable en la selección de sus componentes.

Entonces, si su presupuesto es limitado, puede arreglárselas con varios paneles solares y baterías, cuya capacidad es entre un 20 y un 25% mayor que la carga máxima de los paneles solares. Para controlar el estado, compre un reloj para automóvil que también mida el voltaje. Esto le evitará tener que medir la carga de la batería varias veces al día. En su lugar, deberás mirar tu reloj de vez en cuando. Eso es todo para empezar. En el futuro, podrá comprar paneles solares adicionales para su hogar y aumentar la cantidad de baterías. Si lo desea, puede comprar un inversor.

Determinación del tamaño y número de fotocélulas.

Los buenos paneles solares de 12 voltios deben tener 36 celdas y los paneles solares de 24 voltios deben tener 72 celdas solares. Esta cantidad es óptima. Con menos fotocélulas nunca obtendrás la corriente indicada. Y esta es la mejor opción.

No conviene comprar paneles solares duales: 72 y 144 elementos, respectivamente. En primer lugar, son muy grandes, lo que resulta inconveniente para el transporte. En segundo lugar, a temperaturas anormalmente bajas, que experimentamos periódicamente, son los primeros en fallar. El hecho es que la película laminada disminuye considerablemente de tamaño en climas fríos. En paneles grandes, debido a la alta tensión, se desprende o incluso se rompe. Se pierde transparencia y la productividad cae catastróficamente. El panel está en reparación.

Segundo factor. En paneles de mayor tamaño el espesor del cuerpo y del cristal debe ser mayor. Después de todo, aumentan las cargas de viento y nieve. Pero esto no siempre se hace, ya que el precio aumenta significativamente. Si ve un panel doble y su precio es más bajo que el de dos paneles “normales”, es mejor buscar otra cosa.

Una vez más, la mejor opción es un panel solar doméstico de 12 voltios que consta de 36 células solares. Esta es la mejor opción, probada por la práctica.

Especificaciones técnicas: que buscar

Los paneles solares certificados siempre indican la corriente y el voltaje de funcionamiento, así como el voltaje de circuito abierto y la corriente de cortocircuito. Hay que tener en cuenta que todos los parámetros suelen estar indicados para una temperatura de +25°C. En un día soleado, en el techo, la batería se calienta a temperaturas considerablemente superiores a esta cifra. Esto explica la presencia de una mayor tensión de funcionamiento.

También preste atención al voltaje del circuito abierto. En baterías normales es de unos 22 V. Y todo estaría bien, pero si realizas trabajos en el equipo sin desconectar los paneles solares, la tensión en vacío dañará el inversor u otros equipos conectados que no estén diseñados para tal Voltaje. Por lo tanto, durante cualquier trabajo: cambiar cables, conectar/desconectar baterías, etc. etc. - lo primero que debes hacer es desconectar los paneles solares (quitar los terminales). Habiendo repasado el diagrama, los conecta al final. Este procedimiento le ahorrará muchos nervios (y dinero).

Caja y cristal

Los paneles solares para hogar tienen un cuerpo de aluminio. Este metal no se corroe, tiene suficiente resistencia y es liviano. Una carrocería normal debe ensamblarse a partir de un perfil que contenga al menos dos refuerzos. Además, el vidrio debe insertarse en una ranura especial y no fijarse desde arriba. Todos estos son signos de calidad normal.

Al elegir una batería solar, preste atención al vidrio. En las baterías normales no es liso, sino texturizado. Es áspero al tacto; si lo frotas con las uñas, puedes escuchar un crujido. Además, debe tener un revestimiento de alta calidad que minimice los deslumbramientos. Esto significa que no debe reflejarse nada en él. Si los reflejos de los objetos circundantes son visibles desde cualquier ángulo, es mejor buscar otro panel.

Seleccionar la sección del cable y la finura de la conexión eléctrica

Los paneles solares de su hogar deben conectarse mediante un cable de cobre unipolar. La sección del cable depende de la distancia entre el módulo y la batería:

• distancia inferior a 10 metros:
  • 1,5 mm2 por batería solar de 100 W;
  • para dos baterías - 2,5 mm2;
  • tres baterías - 4,0 mm2;
• distancia superior a 10 metros:
  • para conectar un panel tomamos 2,5 mm2;
  • dos - 4,0 mm2;
  • tres - 6,0 mm2.

Puede tomar una sección transversal más grande, pero no más pequeña (habrá grandes pérdidas, pero no la necesitamos). Al comprar cables, preste atención a la sección transversal real, ya que hoy en día las dimensiones declaradas a menudo no corresponden a las reales. Para comprobarlo, deberá medir el diámetro y calcular la sección transversal (puede leer cómo hacerlo).

Al ensamblar el sistema, puede dibujar los positivos de los paneles solares usando un cable multifilar de sección adecuada y usar un cable grueso para el negativo. Antes de conectarnos a las baterías, pasamos todas las "ventajas" a través de diodos o conjuntos de diodos con un cátodo común. Esto evita que la batería sufra un cortocircuito (lo que podría provocar un incendio) si los cables entre las baterías y la batería están en cortocircuito o rotos.

Los diodos utilizan los tipos SBL2040CT, PBYR040CT. Si no encuentra ninguno, puede eliminarlos de las fuentes de alimentación antiguas de las computadoras personales. Suele haber SBL3040 o similares. Es recomendable pasar por diodos. No olvides que se calientan mucho, por lo que tendrás que montarlos sobre un radiador (puedes usar solo uno).

El sistema también requiere una caja de fusibles. Uno para cada consumidor. Conectamos toda la carga a través de este bloque. En primer lugar, el sistema es más seguro. En segundo lugar, si surgen problemas, es más fácil determinar su origen (por un fusible fundido).

El récord de eficiencia entre las baterías solares disponibles en el mercado lo ocupan actualmente las baterías solares basadas en fotocélulas multicapa, desarrolladas por el Instituto Fraunhofer de Sistemas de Energía Solar en Alemania. Desde el año 2005 su implantación comercial corre a cargo de Soitec.

El tamaño de las fotocélulas no supera los 4 milímetros y la luz solar se concentra en ellas mediante lentes de concentración auxiliares, gracias a las cuales la luz solar saturada se convierte en electricidad con una eficiencia que alcanza el 47%.

La batería contiene cuatro uniones p-n para que cuatro partes diferentes de la fotocélula puedan recibir y convertir eficazmente la radiación de una longitud de onda específica, procedente de la luz solar, concentrada 297,3 veces, en el rango de longitud de onda del infrarrojo al ultravioleta.

Los investigadores dirigidos por Frank Dimiroth se propusieron inicialmente la tarea de cultivar un cristal multicapa y encontraron una solución: empalmaron sustratos de crecimiento y el resultado fue un cristal con diferentes capas semiconductoras, con cuatro subcélulas fotovoltaicas.

Las fotocélulas multicapa se utilizan desde hace mucho tiempo en las naves espaciales, pero ahora se han lanzado estaciones solares basadas en ellas en 18 países. Esto es posible gracias a una tecnología mejorada y más barata. Como resultado, aumentará el número de países equipados con nuevas estaciones solares y habrá una tendencia a la competencia en el mercado de paneles solares industriales.

En segundo lugar se encuentran las baterías solares basadas en fotocélulas de tres capas Sharp, cuya eficiencia alcanzó el 44,4%. El fosfuro de indio y galio es la primera capa de la célula solar, el arseniuro de galio es la segunda y el arseniuro de indio y galio es la tercera capa. Las tres capas están separadas por un dieléctrico, que sirve para conseguir un efecto túnel.

La concentración de la luz en la fotocélula se logra gracias a una lente de Fresnel, al igual que los desarrolladores alemanes: la luz del sol se concentra 302 veces y se convierte mediante una fotocélula semiconductora de tres capas.

Sharp lleva a cabo continuamente investigaciones científicas sobre el desarrollo de esta tecnología desde 2003 con el apoyo de NEDO, una organización de la administración pública japonesa que promueve la investigación y el desarrollo científicos, así como la difusión de tecnologías industriales, energéticas y medioambientales. En 2013, Sharp había alcanzado un récord del 44,4%.

Dos años antes que Sharp, en 2011, la empresa estadounidense Solar Junction ya había lanzado baterías similares, pero con una eficiencia del 43,5%, cuyos elementos tenían un tamaño de 5 por 5 mm, y el enfoque también se realizaba mediante lentes, concentrando la luz del sol 400 veces. Las células solares eran células basadas en germanio de tres uniones, y el equipo incluso planeó crear células solares de cinco y seis uniones para capturar mejor el espectro. La investigación aún está en curso por parte de la empresa.

Así, los paneles solares fabricados en combinación con concentradores, que, como vemos, se producen en Europa, Asia y América, tienen la mayor eficiencia récord. Pero estas baterías se fabrican principalmente para la construcción de grandes plantas de energía solar terrestres y para el suministro eficiente de energía a las naves espaciales.

Recientemente se ha batido un récord en el campo de los paneles solares de consumo convencionales, que son asequibles para la mayoría de las personas que quieren instalarlos, por ejemplo, en el tejado de una casa.

A mediados de otoño de 2015, la empresa SolarCity de Elon Musk presentó los paneles solares de consumo más eficientes, cuya eficiencia supera el 22%.

Este indicador fue confirmado por mediciones realizadas por el laboratorio del Centro de Pruebas de Energías Renovables. La planta de Buffalo ya se ha fijado un objetivo de producción diaria de entre 9.000 y 10.000 paneles solares, cuyas características exactas aún no se han comunicado. La empresa ya tiene previsto suministrar sus baterías a al menos 200.000 hogares al año.

El hecho es que el proceso tecnológico optimizado permitió a la empresa reducir significativamente los costos de producción, al tiempo que duplicó la eficiencia en comparación con los paneles solares de silicio de consumo generalizado. Musk confía en que sus paneles solares serán los más populares entre los propietarios de viviendas en un futuro próximo.