¿Cómo Aumentar la Eficiencia del Panel Solar? ¿Qué Hace Que Un Panel Solar Sea Más Eficiente?

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Cómo aumentar la Eficiencia de un Panel Solar: Qué hace que un Panel Solar sea más eficiente: la eficiencia de un panel solar es un factor importante cuando se usa como fuente de energía viable: cuanto mayor sea la eficiencia, más rentable será la instalación . Sin embargo, la investigación constante está dando resultados, y el desarrollo de esta tecnología y la mejora de la eficiencia de las células solares es el área principal en foco.

Cuando los científicos comenzaron a explorar esta tecnología en 1839, pronosticaron que la eficiencia de las células solares alcanzaría el 1% de eficiencia en 1948, lo que se consideró bueno. Hoy en día tenemos tecnologías de células solares que alcanzan un 40% de eficiencia o más, pero con un gran costo y generalmente se utilizan para actividades especializadas como la exploración espacial de la NASA.

Pero, ¿qué hay de nosotros en la tierra?

Hay tres métodos comunes utilizados para maximizar la eficiencia de los paneles solares: concentradores solares que concentran la luz solar más intensamente, espejos solares que reflejan más luz en el área del panel solar y seguimiento automático, que sigue al sol a medida que se mueve a través del cielo.

¿De qué están hechas las células solares y cómo funcionan?

El panel solar, también conocido como módulo solar, se denomina técnicamente PV o fotovoltaico. Se compone de una serie de células solares individuales. Estas células solares definen el tipo de panel solar.

Algunos paneles son de color negro y algunos de color azul. Algunos tienen formas blancas de diamantes entre las líneas horizontales y verticales y otros no tienen esos diamantes.

El color, el diseño y el tamaño del panel solar dependen del tipo de célula solar utilizada. La forma del panel solar está diseñada para obtener el máximo uso del área disponible y la forma de rectángulo lo hace más «práctico» y más barato de fabricar.

Básicamente, el núcleo de la generación de electricidad a partir de una instalación solar es la célula solar.

Hay muchos tipos de células solares. Los tres tipos principales que se están utilizando y que están disponibles en el mercado hoy en día son:

• Cristal de silicio monocristalino o único
  Cristal policristalino o multisilicato
  De película delgada (puede ser silicio amorfo u otras sustancias como cadmio, cobre y galio, etc)

Las eficiencias de estos tres tipos de células solares son:

• Monocristalino: 22%
• policristalino: 15%
• Película delgada: 10%

Incluso la mayor eficiencia de los paneles solares monocristalinos no es demasiado bueno desde un punto de vista masculino. ¿Por qué tan bajo? En estos tiempos altamente tecnológicos, parece increíble que no podamos tener células fotovoltaicas súper eficientes para usar en los hogares.

¿Por qué los paneles solares son tan ineficientes?

Estas células solares son tan ineficientes debido al proceso de fabricación, el material del que están hechas y el proceso mediante el cual estos materiales generan energía eléctrica.

La luz del sol, también se compone de paquetes o fotones de energía. Estos fotones golpean el panel solar e intercambian su energía con electrones en el material que comienzan a fluir a través de uniones P-N de silicio y comienzan a generar corriente.

El proceso de conversión de energía y la pérdida de energía dentro del proceso depende del tipo de material solar (silicio) utilizado para fabricar las células solares.

En el caso de las células solares basadas en material de silicio, cuando reciben los fotones energéticos de luz del sol, pierden el 23% de su energía porque no son lo suficientemente energéticos como para energizar electrones en la red de cristal de silicio.

Otro 33% son tan energéticos que cuando golpean el material solar, la energía se pierde en forma de calor.

Alrededor del 16% se pierde por los electrones durante el proceso. Teóricamente, las células solares hechas de silicio pueden alcanzar una eficiencia máxima de aproximadamente el 33%, pero para fines prácticos, prácticamente la eficiencia máxima para paneles solares comerciales es del 22%.

Se han registrado células solares a base de silicio con una eficiencia del 40% en condiciones de laboratorio y existen otros materiales que tienen propiedades fotovoltaicas. Estos son demasiado caros en este momento, por lo que las células solares de silicio son el único juego en la ciudad por el momento.

El Centro de Investigación Glenn de la NASA ha desarrollado una célula solar híbrida compuesta de silicio, materiales de película delgada y selenio con eficiencias que van del 30% al 40%.

Si se reduce el costo de producción, este podría ser el futuro de las células solares con el doble de eficiencia que las células solares existentes.

¿Qué Es La Irradiación Y La Insolación?

La eficiencia de la producción de electricidad de un panel solar también depende de la cantidad de luz solar que cae sobre su superficie.

Dos términos solares utilizados son importantes para entender la energía solar que cae en la Tierra y cómo la medimos. Es una forma de medir o calcular cuánta electricidad podemos generar a partir de nuestro panel solar.

• La irradiación es la potencia (cantidad de energía por unidad de tiempo) de la luz solar por unidad de área (Vatio/sq. m o W / m2).
• La insolación es la energía de la luz solar por unidad de área a lo largo del tiempo (kilo Vatio hora / sq. m o kWh / m2).

Cuando la insolación es alta, mayor es la producción de electricidad de los paneles solares y mejor eficiencia. Para los paneles solares fijos, esto no sucede de forma continua, ya que no se enfrentan al sol durante todo el día.

Esta es la razón por la que los paneles solares fijos son ineficientes a ambos lados del mediodía, incluso si el conjunto de paneles solares se coloca exactamente en el mejor ángulo del suelo y está orientado al sur (si está en el hemisferio norte).

Cómo hacer que los paneles solares sean más eficientes utilizando un concentrador solar

El uso de un concentrador solar para paneles solares puede aumentar su eficiencia hasta un 40%. Algunas empresas han comercializado esta tecnología y es bastante eficiente, aunque un poco costosa.

Se utiliza una lente llamada «lente Fresnel» para concentrar la luz solar en la célula solar. Estas células solares se fabrican en función del nivel de concentración de la lente. Las lentes de baja concentración funcionan con células de silicio y no requieren seguimiento ni enfriamiento.

Las lentes de concentración de resistencia media funcionan con células solares de silicio, cadmio y telururo que requieren un poco de enfriamiento y seguimiento.

Las lentes de alta concentración funcionan con celdas de múltiples uniones o materiales y requieren un enfriamiento y seguimiento extensos.

Los paneles solares de concentración se fabrican de una manera específica, no son como los paneles solares tradicionales. La luz solar se concentra en un área muy pequeña donde se coloca la célula solar.

Concentrar la luz solar en un panel solar tradicional no es mucho uso y puede dañar el panel solar con un exceso de irradiación que conduce al calor, lo que también reduce la eficiencia general de todos modos.

Aumentar la eficiencia del panel solar con espejos-paneles reflectores solares

La investigación está en marcha, y es muy prometedora, para mejorar los sistemas de paneles solares. Varios investigadores en los Estados Unidos y la India han intentado agregar espejos adyacentes a los paneles solares. Estos espejos, cuando se mantienen en ángulos específicos, tienden a aumentar la producción de electricidad de los paneles hasta en un 30%.

Se debe evitar el sobrecalentamiento de los paneles solares si se quiere comercializar esta tecnología, pero será una bendición para las regiones más frías con altos niveles de insolación. Un trabajo publicado en el Journal of Photovoltaic de IEEE demuestra el uso exitoso de espejos como reflectores en granjas solares para aumentar su producción de energía.

Cómo aumentar la potencia del panel solar optimizando el ángulo del panel

Idealmente, el panel solar debe mirar al sol perpendicularmente y esto sucede cuando se coloca en un ángulo específico con relación al suelo. Para un panel solar fijo en un ángulo específico desde el suelo, la energía del sol que golpea un panel solar es máxima solo durante el medio día.

Si usted está en el hemisferio Norte, el panel solar debe mirar al sur y si en el hemisferio Sur debería cara Norte. El ángulo del panel solar en el que debe inclinarse desde la superficie de la Tierra es diferente para diferentes ubicaciones en la Tierra.

Hay varios cálculos para llegar al ángulo exacto del panel solar para obtener la máxima eficiencia para una ubicación en particular. Aun así, la orientación fija del panel no es óptima para alcanzar la máxima generación de energía. Estos cálculos se realizan manualmente o mediante algoritmos.

Lo más simple es mantener el ángulo de inclinación + 15o de latitud de la ubicación para el invierno y – 15o para el verano. También el ángulo de inclinación se puede cambiar cuatro veces en un año para obtener la máxima eficiencia de un panel solar fijo.

Sin embargo, lo mejor es seguir el movimiento del sol y generar la máxima energía en todo momento del año, lo cual es costoso pero trae un rendimiento mucho mayor de la inversión para el equipo de seguimiento.

Diferencias estacionales y regionales en los niveles de irradiación o insolación

La NASA proporciona una fuente gratuita para verificar las variaciones regionales en los niveles de insolación como Visor de Acceso a Datos de energía. Obtener información básica sobre el nivel de insolación anual en su ubicación puede darle una buena idea sobre el potencial de la energía solar y la cantidad de electricidad que podría generar por metro cuadrado de paneles solares.

Cómo aumentar la salida del panel solar mediante el rastreador solar automático

El girasol que sigue cada movimiento del sol. Esto es lo que realmente se requiere para obtener la máxima eficiencia de un panel solar durante todo el año.

No podemos detener las nubes que bloquean el sol, por lo que obviamente perdemos ahí fuera, pero cuando el sol es rastreado por el panel solar como lo hace un girasol, funciona a su máxima eficiencia.

Los dos tipos de seguimiento: eje único y eje doble.

El seguimiento de un solo eje aumenta la potencia de salida del panel solar en un 20% y el seguimiento de doble eje lo aumenta en un 30%.

El siguiente gráfico publicado en un estudio realizado sobre la eficiencia del seguimiento de eje único y doble muestra la comparación de los paneles de seguimiento de eje único y doble con los paneles fijos.

La comparación del panel solar de montaje fijo con un solo rastreador en el gráfico izquierdo y un rastreador dual en el gráfico derecho se puede ver arriba.

Los picos tempranos a las 8 de la mañana y a las 6 de la noche indican claramente el potencial del rastreador dual para aumentar la eficiencia de los paneles solares a través de las horas de luz diurna. Si nuestros paneles solares se pueden hacer para rastrear el sol a través de la rotación de doble eje, será lo mejor que se puede hacer para aumentar la eficiencia.

Un par de motores y un sensor de radiación lo hacen fácilmente posible y deben considerarse para todas las instalaciones solares domésticas.

Cómo medir la potencia de salida del panel solar

La salida de electricidad de un panel solar se puede medir con un dispositivo conocido como multímetro. Un multímetro mide la corriente, la resistencia y la tensión en cualquier circuito.

El panel solar debe recibir toda la luz solar de cara al sol en el ángulo óptimo y luego descubre la potencia del panel solar en ese caso particular.

• Potencia = Amperios x Tensión

Para calcular la potencia de un panel solar, debe obtener amperaje y voltaje del multímetro y multiplicarlos juntos.

Compruebe la parte posterior o lateral del panel para encontrar su voltaje de circuito abierto (Voc) y la corriente de funcionamiento como (Imp). Tomando estos como referencia, puede verificar el panel solar conectando sus cables al multímetro y optimizarlo para verificar la corriente y el voltaje.

Una buena manera de probar la salida de vatios de un panel solar en todo su rango es tener un medio para cortocircuitar los cables (no se dañará) y barrer el voltaje hasta su máximo en pasos mientras mide amperios x voltios en cada paso.

Esta es una excelente manera de derivar una curva de salida de potencia y mostrará cualquier discrepancia en la potencia de salida para diferentes cargas. La corriente de cortocircuito (Isc) está muy cerca de la corriente nominal de potencia total de todos modos, por lo que no es perjudicial para el panel.

Preguntas relacionadas

¿Por qué los paneles solares están orientados hacia el sur?

Los paneles solares deben estar orientados hacia el Sur en el hemisferio Norte a medida que el sol cruza el cielo en esa dirección. En el hemisferio sur, los paneles solares deben estar orientados hacia el Norte.

¿Cómo se fabrican los paneles solares?

Los paneles solares monocristalinos se fabrican conectando células solares individuales cultivadas a partir de un único lingote tubular de silicio. Los paneles solares policristalinos se fabrican cortando rodajas de silicio que forman un cristal de silicio grande y conectándolos entre sí.

¿Cómo maximizo la eficiencia del panel solar?

Hay tres métodos comunes utilizados para maximizar la eficiencia de los paneles solares: concentradores solares que concentran la luz solar más intensamente, espejos solares que reflejan más luz en el área del panel solar y seguimiento automático, que sigue al sol a medida que se mueve a través del cielo.