Panel solar

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Módulos fotovoltaicos instalados sobre tejado
Dos paneles solares térmicos en un tejado
Dos tipos diferentes de paneles solares: fotovoltaicos (arriba) y térmicos (abajo) instalados sobre tejado.

Un panel solar o módulo solar es un dispositivo que capta la energía de la radiación solar para su aprovechamiento. El término comprende a los colectores solares, utilizados usualmente para producir agua caliente doméstica mediante energía solar térmica, y a los paneles fotovoltaicos, utilizados para generar electricidad mediante energía solar fotovoltaica.

Colector solar térmico[editar]

Generación de agua caliente con una instalación solar térmica de circuito cerrado.

Un calentador solar de agua usa la energía del sol para calentar un líquido, el cual transfiere el calor hacia un depósito acumulador de calor. En una casa, por ejemplo, el agua caliente sanitaria puede calentarse y almacenarse en un depósito de agua caliente.

Los paneles tienen una placa receptora y conductos, adheridos a ésta, por los que circula líquido. Esta placa está generalmente recubierta con una capa selectiva de color negro. El líquido calentado es bombeado hacia un aparato intercambiador de energía donde cede el calor y luego circula de vuelta hacia el panel para ser recalentado. Es una manera simple y efectiva de aprovechar la energía solar.

Panel solar fotovoltaico[editar]

Paneles solares en un complejo hotelero de ecoturismo (Columbia británica, Canadá).
Paneles solares en las Islas Cíes, (Vigo)
Paneles solares de cristal-cristal, instalados sobre una estructura soporte.

Descripción[editar]

Los paneles fotovoltaicos: están formados por numerosas celdas que convierten la luz en electricidad. Las celdas a veces son llamadas células fotovoltaicas. Estas celdas dependen del efecto fotovoltaico por el que la energía lumínica produce cargas positiva y negativa en dos semiconductores próximos de diferente tipo, produciendo así un campo eléctrico 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 están disponibles en lingotes normalizados, más baratos, producidos principalmente para el consumo de la industria microelectrónica. El silicio policristalino tiene una menor eficacia de conversión, pero también menor coste.

Cuando se expone a luz solar directa, una celda de silicio de 6 cm de diámetro 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 eficencia de la celda). El arseniuro de galio es más eficaz que el silicio, pero también más costoso.

Las células de silicio más empleadas en los paneles fotovoltaicos se puede dividir en tres subcategorías:

  • Las células de silicio monocristalino están constituidas por un único cristal de silicio. Este tipo de células presenta un color azul oscuro uniforme.
  • Las células de silicio policristalino (también llamado multicristalino) están constituidas por un conjunto de cristales de silicio, lo que explica que su rendimiento sea algo inferior al de las células monocristalinas. Se caracterizan por un color azul más intenso.
  • Las células de silicio amorfo. Son menos eficientes que las células de silicio cristalino pero también más baratas. Este tipo de células 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 daños causados por el corte. Se introducen dopantes —impurezas añadidas para modificar las propiedades conductoras— en las obleas, y se depositan conductores metálicos 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 daños, causados por radiación o por el manejo de éstos, en la superficie frontal se los cubre con una cubierta de vidrio y se pegan sobre un sustrato —el cual puede ser un panel rígido o una manta blanda—. Se hacen conexiones eléctricas en serie-paralelo para fijar el voltaje total de salida. El pegamento y el sustrato deben ser conductores térmicos, ya que las celdas se calientan al absorber la energía infrarroja que no se convierte en electricidad. Debido a que el calentamiento de las celdas reduce la eficacia de operación es deseable minimizarlo. Los ensamblajes resultantes se llaman paneles solares.

Estructura[editar]

Las estructuras para anclar los paneles solares son generalmente de aluminio con tornillería de acero inoxidable para asegurar una máxima ligereza y una mayor durabilidad en el tiempo. Las estructuras tienen medidas estándar para la superficie, orientación e inclinación —tanto en horizontal, como en vertical—.

La estructura suele estar compuesta de ángulos de aluminio, carril de fijación, triángulo, tornillos de anclaje (triángulo-ángulo), tornillo allen (generalmente de tuerca cuadrada, para la fijación del módulo) y pinza zeta —para la fijación del módulo y cuyas dimensiones dependen del espesor del módulo—.[1] [2]

Uso de la energía[editar]

Deben su aparición a la industria aeroespacial, y se han convertido en el medio más fiable de suministrar energía eléctrica a un satélite o a una sonda en las órbitas interiores del Sistema Solar, gracias a la mayor irradiación solar sin el impedimento de la atmósfera y a su alta relación potencia a peso.

En el ámbito terrestre, este tipo de energía se usa para alimentar innumerables aparatos autónomos, para abastecer refugios o casas aisladas de la red eléctrica y para producir electricidad a gran escala a través de redes de distribución. Debido a la creciente demanda de energías renovables, la fabricación de células solares e instalaciones fotovoltaicas ha avanzado considerablemente en los últimos años.[3] [4]

Operario instalando paneles solares sobre una estructura diseñada al efecto.

Entre los años 2001 y 2012 se ha producido un crecimiento exponencial de la producción de energía fotovoltaica, doblándose aproximadamente cada dos años.[5] Si esta tendencia continúa, la energía fotovoltaica cubriría el 10 % del consumo energético mundial en 2018, alcanzando una producción aproximada de 2200 TWh,[6] y podría llegar a proporcionar el 100 % de las necesidades energéticas actuales en torno al año 2027.[7]

Experimentalmente también han sido usados para dar energía a vehículos solares, por ejemplo en el World Solar Challenge a través de Australia o la Carrera Solar Atacama en América. Muchos barcos[8] [9] y vehículos terrestres los usan para cargar sus baterías de forma autónoma, lejos de la red eléctrica.

Programas de incentivos económicos, primero, y posteriormente sistemas de autoconsumo fotovoltaico y balance neto sin subsidios, han apoyado la instalación de la fotovoltaica en un gran número de países, contribuyendo a evitar la emisión de una mayor cantidad de gases de efecto invernadero.[10]

Productores de paneles[editar]

Los diez mayores productores mundiales de paneles fotovoltaicos (por producción en MW) en 2015 fueron:[11]

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

Instalaciones[editar]

Potencia mundial instalada[editar]

50 000
100 000
150 000
200 000
2006
2008
2010
2012
2014
Potencia fotovoltaica mundial instalada hasta 2014, en megavatios (MW), expresada por región.[12]

     Europa      Asia-Pacífico      América del norte y sur      China      África y Oriente Medio

     Resto del mundo

La potencia de un módulo solar se mide en Wp (Watt peak, vatio pico), o más concretamente, en sus respectivos múltiplos: kWp o MWp. Se trata de la potencia eléctrica generada en condiciones estándares para la incidencia de luz.

Históricamente, Estados Unidos lideró la instalación de energía fotovoltaica desde sus inicios hasta 1996, cuando su capacidad instalada alcanzaba los 77 MW, más que cualquier otro país hasta la fecha. En los años posteriores, fueron superados por Japón, que mantuvo el liderato hasta que a su vez Alemania la sobrepasó 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 países donde la fotovoltaica está experimentando un crecimiento más vertiginoso superó a Alemania, convirtiéndose desde entonces en el mayor productor de energía fotovoltaica del mundo.[13] Se espera que multiplique su potencia instalada actual hasta los 150 GW en 2020.[12] [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]

Solar park
Parque solar Lauingen Energy Park, de 25,7 MW en la Suabia Bávara, Alemania
Parque solar en Waldpolenz, Alemania

En Europa y en el resto del mundo se han construido un gran número de centrales fotovoltaicas a gran escala.[17] A mediados de 2016, las plantas fotovoltaicas más grandes del mundo eran, por este orden:[17]

Proyecto País
Potencia
Año
Longyangxia Hydro-solar PV Station Bandera de la República Popular China China 850 MW 2013-2015
Solar Star Bandera de los Estados Unidos Estados Unidos 579 MW 2015
Desert Sunlight Solar Farm Bandera de los Estados Unidos Estados Unidos 550 MW 2015
Topaz Solar Farm Bandera de los Estados Unidos Estados Unidos 550 MW 2014
Copper Mountain III Solar Facility Bandera de los Estados Unidos Estados Unidos 350 MW 2015
Charanka Solar Park Bandera de India India 345 MW 2012-2015
Cestas Solar Power Plant Bandera de Francia Francia 300 MW 2015
Agua Caliente Solar Project Bandera de los Estados Unidos Estados Unidos 290 MW 2012
Silver State South Solar Bandera de los Estados Unidos Estados Unidos 250 MW 2016
California Valley Solar Ranch Bandera de los Estados Unidos Estados Unidos 250 MW 2013
Antelope Valley Solar Bandera de los Estados Unidos Estados Unidos 230 MW 2015
Mount Signal Solar Bandera de los Estados Unidos Estados Unidos 206 MW 2014
Gonghe Industrial Park Phase I Bandera de la República Popular China China 200 MW 2013
Golmud Solar Park Bandera de la República Popular China China 200 MW 2011
Centinela Solar Bandera de los Estados Unidos Estados Unidos 200 MW 2014
Copper Mountain II Solar Facility Bandera de los Estados Unidos Estados Unidos 195 MW 2013-2015
Solarpark Senftenberg/Schipkau Bandera de Alemania Alemania 168 MW 2011
Solarpark Neuhardenberg Bandera de Alemania Alemania 156 MW 2012-2015
Neemuch PV power plant Bandera de India India 151 MW 2014
Mesquite Solar I Bandera de los Estados Unidos Estados Unidos 150 MW 2011-2012

Coste de paneles[editar]

Evolución del precio de las células fotovoltaicas de silicio cristalino (en $/Wp) entre 1977 y 2015 (fuente: Bloomberg New Energy Finance)

El coste de los paneles fotovoltaicos se ha reducido de forma constante desde que se fabricaron las primeras células solares comerciales[18] y su coste medio de generación eléctrica ya es competitivo con las fuentes de energía convencionales en un creciente número de regiones geográficas, alcanzando la paridad de red.[19] [20]

Hasta 2005 el problema más 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 más delgados para bajar los costes de producción. Debido a economías de escala, los paneles solares se hacen menos costosos según se usen y fabriquen más. A medida que ha aumentado la producción, los precios han continuado bajando y todas las previsiones indican que lo seguirán haciendo en los próximos años.

El coste de las células solares de silicio cristalino ha descendido desde 76,67 $/Wp en 1977 hasta aproximadamente 0,36 $/Wp en 2014.[21] [22] Esta tendencia sigue la llamada «ley de Swanson», una predicción similar a la conocida Ley de Moore, que establece que los precios de los módulos 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 tecnológicas que se han desarrollado en los últimos años, se puede recuperar hasta el 95 % de ciertos materiales semiconductores y el vidrio, así como grandes cantidades de metales ferrosos y no ferrosos utilizados en los módulos.[24] Algunas empresas privadas[25] y organizaciones sin fines de lucro, como por ejemplo PV CYCLE en la Unión Europea, están actualmente trabajando en las operaciones de recogida y reciclaje de paneles al final de su vida útil.

Dos de las soluciones de reciclaje más comunes son:

  • Paneles de silicio: Los marcos de aluminio y las cajas de conexión son desmantelados manualmente al comienzo del proceso. El panel se tritura y las diferentes fracciones se separan - vidrio, plásticos y metales. Es posible recuperar más de 80 % del peso entrante y, por ejemplo, el cristal mixto extraído es fácilmente 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 morfología y composición de un panel fotovoltaico es similar al cristal plano utilizado en la industria de la construcción y del automóvil.
  • Paneles de otros materiales: Hoy en día contamos con tecnologías específicas para el reciclaje de paneles fotovoltaicos que no contienen silicio, alguna técnicas utilizan baños químicos para separar los diferentes materiales semiconductores. Para los paneles de teluro de cadmio, el proceso de reciclaje empieza por aplastar el módulo y, posteriormente, separar las diferentes partes. Este proceso de reciclaje está diseñado para recuperar hasta un 90 % del vidrio y 95 % de los materiales semiconductores.[26] En los últimos años, algunas empresas privadas han puesto en marcha instalaciones de reciclaje a escala comercial.

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

Véase también[editar]

Referencias[editar]

  1. «Eraeco, tienda online». eraeco.es. Consultado el 2 de noviembre de 2015. 
  2. «Renovables online». renovablesonline.es. Consultado el 3 de noviembre de 2015. 
  3. «German PV market» (en inglés). Solarbuzz.com. Consultado el 3 de junio de 2012. 
  4. Bullis, Kevin (23 de junio de 2006). «Large-Scale, Cheap Solar Electricity» (en inglés). Technologyreview.com. Consultado el 3 de junio de 2012. 
  5. Roper, L. David (24 de agosto de 2011). «World Photovoltaic Energy» (en inglés). Consultado el 23 de febrero de 2013. 
  6. Kaminska, Izabella (18 de junio de 2012). «The exponential growth in solar consumption» (en inglés). Financial Times. Consultado el 17 de septiembre de 2012. 
  7. Kurzweil, Ray (21 de febrero de 2011). «Climate change no problem, says futurist Ray Kurzweil». The Guardian. Consultado el 17 de septiembre de 2012. 
  8. «Welcome to SOLAR SPLASH» (en inglés). 22 de diciembre de 2005. 
  9. «Frisian Nuon Solar Challenge» (en inglés). 22 de diciembre de 2005. 
  10. Renewable Energy Policy Network for the 21st century (REN21), Renewables 2010 Global Status Report, Paris, 2010, pp. 1–80.
  11. «Evolución y perspectivas para la energía solar fotovoltaica». Público. 1 de abril de 2016. Consultado el 2 de abril de 2016. 
  12. a b «EPIA Global Market Outlook for Photovoltaics 2014-2018» (PDF) (en inglés). Consultado el 7 de junio de 2014. 
  13. a b «La solar fotovoltaica vuelve a reventar su techo». Energías Renovables. 18 de enero de 2016. Consultado el 19 de enero de 2016. 
  14. «China Targets 70 Gigawatts of Solar Power to Cut Coal Reliance». Bloomberg News. 16 de mayo de 2014. Consultado el 3 de mayo de 2015. 
  15. «China’s National Energy Administration: 17.8 GW Of New Solar PV In 2015 (~20% Increase)». CleanTechnica. 19 de marzo de 2015. 
  16. «GTM Predicts 55 GW Solar PV To Be Installed In 2015» (en inglés). Clean Technica. 17 de junio de 2015. Consultado el 2 de enero de 2016. 
  17. a b Lenardic, Denis (9 de enero de 2016). «Large-scale photovoltaic power plants ranking 1 – 50». PV Resources (en inglés). Consultado el 2 de abril de 2016. 
  18. Swanson, R. M. (2009). «Photovoltaics Power Up». Science 324 (5929): 891-2. doi:10.1126/science.1169616. PMID 19443773. 
  19. «El estudio PV Grid Parity Monitor pone de manifiesto que la paridad de red fotovoltaica ya empieza a ser una realidad». solarsostenible.org. 9 de noviembre de 2012. Consultado el 3 de noviembre de 2015. 
  20. Álvarez, Clemente (15 de diciembre de 2011). «Cuando las placas fotovoltaicas son más baratas que la red eléctrica». El País. Consultado el 3 de noviembre de 2015. 
  21. «Price Quotes». Archivado desde el original el 26 de junio de 2014. Consultado el 26 de junio de 2014. 
  22. «Sunny Uplands: Alternative energy will no longer be alternative» (en inglés). The Economist. 2012. Consultado el 28 de diciembre de 2012. 
  23. «Pricing Sunshine» (en inglés). The Economist. 2012. Consultado el 28 de diciembre de 2012. 
  24. Lisa Krueger. 1999. «Overview of First Solar's Module Collection and Recycling Program» (pdf). Brookhaven National Laboratory p. 23. Consultado el Agosto de 2012. 
  25. Karsten Wambach. 1999. «A Voluntary Take Back Scheme and Industrial Recycling of Photovoltaic Modules» (pdf). Brookhaven National Laboratory p. 37. Consultado el agosto de 2012. 
  26. Krueger. 1999. p. 12-14
  27. «First Breakthrough In Solar Photovoltaic Module Recycling, Experts Say». European Photovoltaic Industry Association. Consultado el octubre de 2012. 
  28. «3rd International Conference on PV Module Recycling». PV CYCLE. Archivado desde el original el 24 de noviembre de 2015. Consultado el octubre de 2012. 

Enlaces externos[editar]