La absortividad es una propiedad fundamental de las células solares que se refiere a su capacidad para absorber la radiación solar incidente. En términos simples, es la medida de qué tan eficientemente una célula solar puede capturar la energía de la luz solar y convertirla en electricidad.
¿Qué es la emisividad de un panel solar?
La emisividad es otra propiedad importante de los paneles solares y se refiere a su capacidad para emitir radiación térmica. A medida que los paneles solares absorben la radiación solar, también se calientan y emiten calor en forma de radiación térmica. La emisividad es una medida de qué tan eficientemente un panel solar puede liberar este calor al ambiente.
Mejorar el rendimiento energético de las células solares fotovoltaicas es una preocupación constante. Aunque existen muchos tipos de células solares fotovoltaicas, la célula de silicio cristalino (c-Si) es la más exitosa comercialmente, aunque no necesariamente la más eficiente. Esta tecnología ha alcanzado sus límites de eficiencia fundamentales y su eficiencia se ha estabilizado a lo largo de los años. En 2017 se anunció un récord mundial de eficiencia del 23%, en comparación con el 24% en 199
A pesar de la eficiencia estabilizada en condiciones estándar de prueba, todavía existe la oportunidad de mejorar la producción de energía de las células solares de silicio cristalino en condiciones de operación reales. La eficiencia de la mayoría de las células solares disminuye linealmente con el aumento de la temperatura, lo que implica una disminución en la eficiencia de casi un 3% por cada aumento de 25 °C en la temperatura de funcionamiento.
Enfriamiento radiativo y control de emisividad
Una forma de reducir las temperaturas de funcionamiento de los paneles solares es mediante el enfriamiento radiativo, que se logra controlando la emisividad de los paneles solares. El control de la emisividad implica la introducción de una serie de pirámides de sílice en el vidrio de cubierta del panel, lo que cambia el espectro de emisión y maximiza la emisión térmica a través de la ventana de transmisión atmosférica hacia el espacio frío más allá de la atmósfera. Esto permite mejorar la eficiencia operativa sin afectar los procesos de fabricación existentes.
En otro contexto, también existe la motivación para suprimir la emisión térmica de las células solares y módulos en sistemas fotovoltaicos térmicos híbridos (PV-T). En estos sistemas, se utilizan recubrimientos selectivos de baja emisividad para reducir las pérdidas térmicas por radiación. Los recubrimientos de óxido de estaño e indio (ITO) o de óxido de zinc dopado con aluminio (AZO) se utilizan como recubrimientos de baja emisividad, ya que reflejan eficientemente en el rango medio infrarrojo.
A pesar de la importancia de la emisividad en las células solares, se sabe muy poco sobre la emisividad de los dispositivos reales y sus orígenes físicos. En este estudio, se ha medido la emisividad de células solares de silicio fabricadas actualmente en el rango de 0.35 a 16 µm y se ha desarrollado un modelo radiativo completo de una célula solar que considera tanto la absorción en el rango espectral de la luz solar como la emisión térmica en el rango medio infrarrojo.
El modelo tiene en cuenta la estructura completa de la célula con propiedades realistas de las capas y texturas frontal y posterior. Se demostró que una célula solar de silicio cristalino tiene una alta emisividad en el rango medio infrarrojo, y que esto se debe principalmente a las capas emisoras y de campo posterior altamente dopadas, pero muy delgadas. Estas capas altamente dopadas han sido pasadas por alto en estudios anteriores de emisividad en el medio infrarrojo, a pesar de su contribución a la absorción en el rango cercano al infrarrojo reconocida por otros estudios.
El estudio también muestra cómo el atrapamiento o la salida de luz contribuyen a la emisividad en diferentes regiones espectrales y cómo cambios en los parámetros del dispositivo, como los niveles de dopaje y el ángulo de textura, pueden afectar la emisividad. Este conocimiento es importante para comprender cómo los cambios en el diseño de las células solares pueden afectar la emisividad y cómo se puede controlar intencionalmente para mejorar el rendimiento.
La absortividad y la emisividad son propiedades fundamentales de las células solares y los paneles solares, respectivamente. La absortividad se refiere a la capacidad de una célula solar para absorber la radiación solar, mientras que la emisividad se refiere a su capacidad para emitir radiación térmica. El control de la emisividad de los paneles solares puede mejorar su rendimiento energético al permitir un enfriamiento radiativo más eficiente. Comprender y controlar estas propiedades es esencial para el desarrollo continuo de la tecnología solar y la maximización de su eficiencia.