Eficiencia de las células solares

La eficacia del funcionamiento de una instalación fotovoltaica depende esencialmente del Eficacia de las células solaresel Cableado y el rendimiento del inversor de. Todos los valores se resumen en el denominado Ratio de rendimiento.

Se trata de una cifra clave utilizada en la industria fotovoltaica para evaluar la eficiencia de un sistema solar. Es la relación entre el energía realmente generada de la planta y la energía teóricamente posibleque puede generarse en condiciones óptimas. Este rendimiento objetivo se calcula a partir de la energía irradiada sobre la superficie del módulo y la rendimiento nominal del módulo.

Por tanto, el coeficiente de rendimiento medio anual sería 100 %si el sistema fotovoltaico está bajo Condiciones de ensayo estándar con Cableado optimizado y con un Inversor sin pérdidas la cantidad de energía que teóricamente podría generar la suma de todas las células solares. Las pérdidas de energía a través de cables e inversores rondan actualmente los 5 %. Esto pone el foco en la eficiencia actual de las células solares. Aquí han ocurrido muchas cosas en los últimos años. A través de Tecnología más eficaz el coeficiente de rendimiento de los sistemas fotovoltaicos ha aumentado considerablemente. Mientras que en los años 80 era de 50 o 60 %, hoy en día es de una media de a 80 o incluso 85 %.  

¿Cómo funcionan las células solares?

Una célula solar convierte la energía luminosa en energía eléctrica y suele estar fabricada con el material semiconductor silicio. Cuando Fotones golpean la célula solar, liberan electrones y generan así electricidad. Las células solares constan de varias capasque están dispuestas de tal manera que pueden captar y utilizar eficazmente la luz entrante. Las capas suelen denominarse capas n y p está etiquetada. La capa n es una Material semiconductorque contiene un exceso de electrones, mientras que la capa p Agujeros de electrones contiene. Las células solares convencionales absorben la luz solar hasta un Longitud de onda de 1200 nanómetros y transfieren la energía a los electrones, que fluyen de la capa n a la capa p.

Tipos de células solares comerciales y eficiencias

En la actualidad, para los sistemas fotovoltaicos comerciales se suelen utilizar células de silicio monocristalino que se utilizan en la producción en serie Eficacia de 25 % pueden alcanzarse. En condiciones de laboratorio en 2022, los centros de investigación ya han logrado casi 33 % para células solares en tándem e incluso más de 45 % para células solares cuádruples. Esto es posible gracias al uso de capas adicionales sensibles en un rango espectral de 300-1780 nanómetros. Gracias a esta nueva tecnología, se ha superado por primera vez el valor de 33 %, reconocido como límite superior desde hace muchos años.

Células de silicio policristalino son más favorables en la producción industrial y hoy tienen un Eficiencia de hasta 20 %. Están formadas por varios cristalitos orientados de forma diferente, tienen una estructura azulada irregular y suelen ser algo más pequeñas que las células solares monocristalinas. Las células de silicio policristalino siguen generando electricidad cuando hay menos luz solar, por lo que también son adecuadas para lugares con condiciones lumínicas algo peores.

Células de silicio amorfo o módulos de capa fina constan de una fina capa de silicio amorfo (a-Si) como material semiconductor activo y hoy en día tienen un Eficacia entre 10 y 13 %. A diferencia del silicio cristalino, formado por átomos dispuestos regularmente, el silicio amorfo es desordenado y tiene una mayor densidad de defectos. Esto significa que es menos eficaz en el transporte de electrones a través del semiconductor. Tienen la ventaja de ser más finas y ligeras que las células solares de silicio cristalino y de ser más flexibles. Esto significa que pueden utilizarse en módulos solares flexibles que pueden doblarse y adaptarse a formas inusuales.

Influencias que merman la eficiencia de las células solares

En primer lugar, el Degradación que afecta a la eficiencia de las células solares. Para los módulos solares cristalinos modernos, se especifica una degradación de 10 % al cabo de unos 20 años, lo que significa que tienen garantizada una producción restante de 90 %. En cambio, los módulos de capa fina pueden perder hasta 30 % de su rendimiento en el mismo periodo debido a la degradación.

Otro factor clave para la eficacia es la Temperatura. En general, cuanto más frío hace, mayor es el rendimiento. Los módulos solares se calientan fácilmente incluso en los fríos días del invierno alemán, cuando brilla el sol, y alcanzan temperaturas de 20° o más. A pesar de la posición baja del sol, suelen ser entonces más eficaces que un sistema comparable cerca del ecuador. La eficiencia de las células solares monocristalinas, por ejemplo, disminuye 0,4 % por grado Celsius. En los días calurosos de verano, cuando un panel puede calentarse rápidamente hasta 70°, pueden registrarse pérdidas de hasta 20 %.

Lógicamente, el Alineación de las células solares también influye mucho en la eficiencia. Sin embargo, los módulos solares suelen poder ajustarse perfectamente a la radiación solar en las instalaciones fotovoltaicas sobre tejado elevándolos, y en los huertos solares o las marquesinas solares optimizando su instalación. Este cálculo del acimut se realiza en la fase previa a la planificación de una instalación fotovoltaica, en la que también se determina el rendimiento eléctrico total. También se tienen en cuenta los posibles factores de sombra.

Sin embargo, la influencia de Suciedad en la eficiencia de las células solares. Con un ángulo de inclinación de 30-35°, habitual en Alemania, cabe esperar pérdidas de 2-3 %, dependiendo de las influencias interferentes como hojas, agujas, polvo, hollín o excrementos de pájaros. En los sistemas más planos que no se limpian con la lluvia o la nieve, la eficiencia puede caer rápidamente por debajo de 90 % de la potencia nominal si las células solares no se limpian directamente.

Eficiencia de área en relación con las eficiencias y los tipos de células solares

El tamaño de una instalación fotovoltaica debe basarse siempre en el consumo de la empresa. Cuanta más electricidad se consuma, más económico resultará. Cuanto mayor sea el consumo de electricidad, más sensato será instalar más módulos solares. Para calcular el número óptimo, se establece el consumo en relación con la superficie disponible. La potencia nominal de un sistema fotovoltaico en kWp (Kilovatio pico) o MWp (megavatio pico). Si se toman como base las eficiencias de los tipos de células solares, se obtienen los siguientes requisitos de superficie:

Células de silicio monocristalino por kWp aprox. 5 m²

Células de silicio policristalino por kWp aprox. 6 m²

Células de silicio amorfo por kWp aprox. 16 m²

Sin embargo, estos valores sólo son orientativos, ya que cada proyecto fotovoltaico exige unos requisitos diferentes. CUBE CONCEPTS, por ejemplo, suele instalar módulos monocristalinos en superficies de tejado de 100×180 cm. En la actualidad, estos módulos tienen una potencia nominal máxima de más de 420 W. Sin embargo, la elección de los módulos depende naturalmente del tipo de sistema previsto, ya que con Fotovoltaica en tejados los respectivos Reservas de carga en el tejado para poder utilizar también otros tipos de módulos en caso necesario.

¿Ha aumentado tanto la eficiencia de las células solares que tiene sentido repotenciarlas?

No hay una respuesta clara a esta pregunta y al menos debería responderse para los sistemas fotovoltaicos que se más de diez años se recalculan siempre una vez. Repotenciación de sistemas fotovoltaicos puede ser útil si se sustituyen las células solares antiguas por envejecer o dañar su rendimiento o de todos modos hay que renovar el tejado. El Laboratorio Nacional de Energías Renovables (NREL) de EE.UU. ha publicado un estudio interactivo sobre la eficiencia de las células solares. Gráfico que ofrece una visión general de la evolución de la eficiencia de los distintos tipos de células solares desde 1975 hasta la actualidad. Si el coeficiente de rendimiento de su sistema fotovoltaico está entre 70 y 75 %, sin duda tiene sentido ponerse en contacto con los expertos en energía de CUBE CONCEPTS y pensar en sustituir los módulos fotovoltaicos o los inversores.