La eficiencia de los paneles solares de diferentes tipos y formas de aumentarla. Baterías solares para casa y apartamento particular.

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 auxiliares de concentración, 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 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 establecido un récord para 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 el costo de producción, al tiempo que duplicó la eficiencia en comparación con los paneles solares de silicio de consumo generalizados. Musk confía en que sus paneles solares serán los más populares entre los propietarios de viviendas en un futuro próximo.

Las baterías solares son un convertidor único de la energía de los rayos de luz en electricidad con una fuente externa ilimitada. La demanda en constante crecimiento de estos productos se debe a la disponibilidad y el respeto al medio ambiente del suministro de energía sin consumo de refrigerante, así como a la recuperación económica en 2 años con una vida útil mínima de los paneles de 25 años.

La base son semiconductores o películas de polímeros; una placa de capas de diferentes polaridades convierte la luz en movimiento direccional de electrones; este fenómeno físico no cambia en todas las células solares. Al mismo tiempo, este diseño limita la eficiencia de los fotoconvertidores; parte de la energía del fotón se pierde inevitablemente al pasar el límite de la unión pn. En la práctica, muchos factores influyen en la eficiencia de las baterías: material, área, ubicación, intensidad del flujo luminoso, que se tiene en cuenta durante la compra y el funcionamiento.

Dependencia de la eficiencia del tipo de fotoconvertidores.

Este indicador se define como el porcentaje de energía eléctrica generada respecto a la potencia de la luz solar incidente. El valor está influenciado por la pureza de la placa y su estructura: película, policristalina o monocristalina. Estos últimos tipos se encuentran entre los más caros y los que tardan más en amortizarse; los paneles solares asequibles y de alta eficiencia para el hogar se fabrican hasta ahora únicamente a partir de capas de silicio de diferentes polaridades. Menos eficaces son los paneles de terruuro de cadmio y CIGS, fabricados con tecnología cinematográfica. La eficiencia de las baterías de cadmio es solo del 11%, pero su funcionamiento es económico y bastante confiable. El indicador es ligeramente superior para películas recubiertas con partículas de galio, cobre, indio y selenio; las fotocélulas CIGS tienen una eficiencia del 15%.

A modo de comparación: la eficiencia de los convertidores de silicio monocristalino es del 25%, y para submódulos amorfos o de película delgada hechos del mismo material, un máximo de 10 dispositivos basados ​​​​en polímeros orgánicos tienen un valor mínimo del 5%; Mucho depende del área del panel; las células solares individuales tienen una capacidad de generación de electricidad limitada.

La eficiencia de los pequeños paneles solares no permite que se utilicen para un suministro de energía total, pero son suficientes para hacer funcionar algunos tipos de componentes electrónicos. En cualquier caso, aumentar la eficiencia de los dispositivos y minimizar su coste es una tarea prioritaria de la energía moderna.

Factores que afectan la eficiencia de los paneles solares.

La eficiencia depende no sólo del material y la tecnología utilizados, sino también de toda una serie de condiciones externas:

1. Intensidad del flujo luminoso. A su vez, este indicador está asociado a las coordenadas geográficas de la batería ubicada, en particular a la latitud.

2. Ángulo de inclinación de la estructura. Lo ideal es instalar paneles solares que lo cambien en función del gradiente de los rayos. Un sistema de este tipo es más caro, pero permite acumular una cantidad impresionante de electricidad (hasta un 40-60%) y depende menos de la temporada y la hora del día.

3. Temperaturas ambiente. El calentamiento tiene un efecto negativo sobre el efecto fotoeléctrico; las baterías ventiladas tienen una eficiencia muy alta. Paradójicamente, en climas fríos y despejados producen más energía que en climas cálidos (aunque el efecto acumulativo general se reduce debido a las cortas horas de luz).

4. Estaciones. En la práctica, la eficiencia de los paneles solares en invierno se reduce entre 2 y 8 veces, pero esto no se debe a las nevadas: se derrite rápidamente en una superficie oscura y, además, los fotoconvertidores perciben perfectamente la luz dispersa.

5. Polvo. Cuanto más limpia esté la parte exterior de las células solares, más fotones se convertirán, por lo que para aumentar la eficiencia se recomienda limpiar las superficies de trabajo al menos una vez cada dos años.

6. Sombras. No es ningún secreto que la eficiencia de los paneles solares en tiempo nublado se reduce significativamente; no tiene sentido instalarlos en zonas con niebla y lluvia; lo mismo se aplica a las zonas sombreadas; No es recomendable instalar los paneles a la sombra de árboles altos o de casas vecinas a la hora de elegir una ubicación, se da prioridad al lado sur;

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 mejor lista 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.

Los investigadores modernos que trabajan en sistemas solares debaten constantemente entre ellos sobre la eficiencia de los paneles solares. Este es uno de los principales criterios a partir del cual se evalúa su eficacia y nivel de productividad. Debido a que el costo de convertir la energía solar en electricidad para paneles sigue siendo alto, los fabricantes se preocupan por cómo hacerlos más eficientes.

Se sabe que por 1 m² de superficie de celda se produce alrededor del 20% de la energía total de radiación solar que llega a la batería. En este caso, estamos hablando del clima y las condiciones meteorológicas más favorables, que no siempre se dan. Por lo tanto, para aumentar la tarifa, es necesario instalar muchos paneles solares. Esto no siempre es conveniente y el costo es bastante económico. Por lo tanto, es necesario comprender qué tan factible es utilizar estas fuentes de energía alternativas y qué perspectivas hay en el futuro.

Entonces, la eficiencia de una batería es la cantidad de potencial que realmente produce, expresada como porcentaje. Para calcularlo es necesario dividir la potencia de la energía eléctrica por la potencia de la energía solar que incide sobre la superficie de los paneles solares.

Ahora esta cifra oscila entre el 12 y el 25%. Aunque en la práctica, teniendo en cuenta las condiciones meteorológicas y climáticas, no supera los 15. La razón son los materiales con los que se fabrican las baterías solares. El silicio, que es la principal “materia prima” para su fabricación, no tiene la capacidad de absorber el espectro ultravioleta y sólo puede funcionar con radiación infrarroja. Desafortunadamente, debido a esta deficiencia, desperdiciamos la energía del espectro UV y no la utilizamos de manera beneficiosa.

Relación entre eficiencia y materiales y tecnologías

¿Cómo funcionan los paneles solares? Basado en las propiedades de los semiconductores. La luz que incide sobre ellos elimina con sus partículas los electrones situados en la órbita exterior de los átomos. Una gran cantidad de electrones crea el potencial de una corriente eléctrica, en condiciones de circuito cerrado.

Para garantizar un indicador de potencia normal, un módulo no será suficiente. Cuantos más paneles, más eficiente será el funcionamiento de los radiadores, que suministran electricidad a las baterías, donde se acumulará. Es por esta razon La eficiencia de los paneles solares también depende del número de módulos instalados . Cuanto más hay, más energía solar absorben y su indicador de potencia se vuelve un orden de magnitud mayor.

¿Es posible mejorar la eficiencia de la batería? Estos intentos los hicieron sus creadores, y más de una vez. Una salida en el futuro puede ser la producción de elementos formados por varios materiales y sus capas. Los materiales están dispuestos de tal manera que los módulos puedan absorber diferentes tipos de energía.

Por ejemplo, si una sustancia trabaja con el espectro ultravioleta y otra con el infrarrojo, la eficiencia de las células solares aumenta significativamente. Si pensamos a nivel teórico, entonces la eficiencia más alta podría ser de alrededor del 90%.

Además, el tipo de silicio tiene una gran influencia en la eficiencia de cualquier sistema solar. Sus átomos se pueden obtener de varias formas, y todos los paneles, en base a esto, se dividen en tres variedades:

• policristales;
• elementos de .

Las baterías solares se producen a partir de monocristales, cuya eficiencia es de aproximadamente el 20%. Son caros porque tienen la mayor eficiencia. Los policristales tienen un coste mucho menor, ya que en este caso la calidad de su trabajo depende directamente de la pureza del silicio utilizado en su fabricación.

Los elementos a base de silicio amorfo se han convertido en la base para la producción de películas delgadas. La tecnología para su fabricación es mucho más sencilla, el coste es menor, pero la eficiencia también es menor: no más del 6%. Se desgastan rápidamente. Por ello, para mejorar su vida útil, se les añade selenio, galio e indio.

Cómo hacer que tu panel solar funcione de la manera más eficiente posible

El rendimiento de cualquier sistema solar depende de:

• indicadores de temperatura;
• ángulo de incidencia de los rayos del sol;
• estado de la superficie (siempre debe estar limpia);
• condiciones climáticas;
• Presencia o ausencia de sombra.

El ángulo óptimo de incidencia de los rayos del sol sobre el panel es de 90°, es decir, recto. Ya existen sistemas solares equipados con dispositivos únicos. Le permiten controlar la posición de la luminaria en el espacio. Cuando cambia la posición del Sol con respecto a la Tierra, también cambia el ángulo de inclinación del sistema solar.

El calentamiento constante de los elementos tampoco tiene el mejor efecto sobre su rendimiento. Cuando se convierte la energía, se producen graves pérdidas. Es por eso Siempre debes dejar un pequeño espacio entre el sistema solar y la superficie sobre la que está montado. . Las corrientes de aire que lo atraviesan servirán como forma natural de enfriamiento.

Limpieza de paneles solares. - también un factor importante que influye en su eficiencia. Si están muy sucias, captan menos luz, lo que hace que su eficacia se reduzca.

La correcta instalación también juega un papel importante. Al instalar el sistema, no permita que caiga ninguna sombra sobre él. El mejor lado en el que se recomienda instalarlos es el sur.

Pasando a las condiciones climáticas, al mismo tiempo podemos responder a la pregunta popular de si los paneles solares funcionan en tiempo nublado. Por supuesto, su trabajo continúa, porque la radiación electromagnética que emana del Sol llega a la Tierra en todas las épocas del año. Por supuesto, el rendimiento de los paneles (eficiencia) será significativamente menor, especialmente en regiones con muchos días lluviosos y nublados al año. En otras palabras, generarán electricidad, pero en cantidades mucho menores que en regiones con un clima soleado y cálido.

Un poco sobre las baterías campeonas de eficiencia

Actualmente, las baterías alemanas están consideradas como poseedoras del récord de eficiencia en sistemas solares. Fueron creados en el Instituto de Energía Solar que lleva su nombre. Fraunhofer. Se basan en fotocélulas que constan de varias capas. Compañía "Soytek" los ha estado introduciendo activamente en el consumo generalizado desde 2005.

Los elementos en sí no tienen más de 4 mm de espesor y la luz solar se enfoca en su superficie mediante lentes especiales. Gracias a ellos, las partículas de luz se convierten en electricidad y la eficiencia llega al 47%.

El segundo lugar lo ocupan merecidamente los paneles creados con fotocélulas de tres capas de la empresa. "Afilado". También se trata de paneles solares con alta eficiencia, aunque un poco menos: 44%.

Las tres capas están representadas por tres sustancias: fosfuro de indio (galio), arseniuro de galio y arseniuro de indio (galio). Entre ellos hay una capa dieléctrica que se utiliza para obtener un efecto túnel. En cuanto al enfoque de la luz, se obtiene utilizando la conocida lente de Fresnel. La concentración de luz se alcanza a un nivel de 302 veces y luego ingresa a un convertidor semiconductor de tres capas.

Por supuesto, tal récord de eficiencia difícilmente puede ser accesible a una amplia gama de consumidores. Por cierto, Elon Musk, un famoso multimillonario estadounidense, es el propietario de la empresa. "Ciudad Solar". No hace mucho, en 2015, la empresa de Musk desarrolló una versión “de consumo” de paneles solares con una eficiencia superior al 22%.

Hasta el día de hoy se llevan a cabo desarrollos y numerosos experimentos de laboratorio. Puede estar seguro de que estas tecnologías tienen un gran futuro: como fuente de energía alternativa respetuosa con el medio ambiente.