La capacidad de generar energía eléctrica a partir de la luz solar es un proceso maravilloso. Los paneles solares son una fuente de energía renovable, limpia y silenciosa. Además, tienen una vida útil de aproximadamente 25 años.
¿Cómo funcionan los paneles solares?
Los paneles solares están compuestos por células de silicio, las cuales generan electricidad a través del efecto fotovoltaico cuando son expuestas a la luz solar. Cuando la luz solar incide sobre estas células, los electrones en el silicio se liberan y comienzan a moverse, generando una corriente eléctrica. Esta corriente es la dirección en la que se mueven los electrones. Por ejemplo, un rayo es una descarga repentina de electrones a través de una acumulación de carga en las nubes o entre las nubes y la tierra.
El silicio utilizado en los paneles solares se adapta durante el proceso de fabricación para mejorar la cantidad de electrones disponibles. En muchas ocasiones, se agregan fósforo y boro a capas opuestas de silicio. El fósforo aporta electrones adicionales y proporciona una carga negativa, mientras que el boro reduce la disponibilidad de electrones y proporciona una carga positiva. El campo eléctrico resultante está preparado para que, cuando la luz solar incida sobre el panel, se genere un flujo de electrones hacia la unión entre las células.
Si se conecta un grupo de estas células fotovoltaicas en un circuito dentro de un panel y se instalan varios paneles uno al lado del otro, se puede crear un flujo grande de electrones y electricidad de corriente continua (DC). Sin embargo, la electricidad utilizada en los hogares es de corriente alterna (AC) a 240 voltios. Por lo tanto, se utiliza un dispositivo llamado inversor solar, que suele ser del tamaño de una cesta de la compra, para convertir la electricidad de corriente continua en corriente alterna, de manera que pueda ser utilizada inmediatamente por los ocupantes y por la red eléctrica.
Proceso de fabricación de los paneles solares
La mayoría de los paneles solares se fabrican en Asia, en instalaciones enormes y tecnológicamente avanzadas. A continuación, se detallan los pasos del proceso de fabricación:
Paso 1: Refinado de las materias primas
El silicio es el segundo elemento más abundante en la Tierra después del oxígeno. Se encuentra en rocas, arena, arcilla, agua, plantas e incluso en algunos animales. Para purificar el silicio, se calienta hasta su punto de ebullición (410°C). Se crean cristales individuales extrayendo cilindros de silicio fundido. Los paneles solares pueden ser monocristalinos o policristalinos. Los paneles solares monocristalinos están compuestos por un único cristal de silicio, mientras que los paneles solares policristalinos utilizan una mezcla que resulta en una eficiencia ligeramente menor.
Paso 2: Producción de una célula solar
Aunque el silicio es el material activo en una célula solar, hay varios componentes que intervienen en su producción. Por lo general, el silicio se corta en láminas delgadas, aproximadamente del ancho de una hoja de papel. Se aplica un revestimiento a las láminas de silicio para mejorar la absorción de la luz solar y minimizar cualquier reflexión. Luego se agregan conductores metálicos para facilitar el flujo de electrones, los cuales son visibles como pequeñas líneas enrejadas. Cada célula contiene un wafer de silicio cargado positivamente (boro) y negativamente (fósforo) que se encuentran en una unión de conducción para iniciar el flujo de electricidad.
Paso 3: Producción de un panel solar
Es interesante destacar que algunos fabricantes de paneles solares solo realizan este paso y compran células solares preproducidas a otros fabricantes. Los paneles solares típicos en Australia utilizan 60 o 72 células combinadas en un solo panel. Cada panel tiene una lámina superior de plexiglás para proteger las células, un material de encapsulación como el EVA entre cada capa y una lámina trasera para proteger el silicio de la humedad y la suciedad. Los paneles solares suelen estar sujetos con un marco de aluminio y tienen una caja de conexiones de entrada/salida donde los instaladores de paneles solares pueden conectar fácilmente los paneles en un arreglo.
Paso 4: Pruebas y acreditación
En Europa, Estados Unidos, Australia y otros países, existen diferentes requisitos para que un panel solar sea acreditado y pueda utilizarse. Cada país tiene distintos requisitos de prueba que permiten a los fabricantes de paneles solares mostrar las diferentes especificaciones técnicas en la hoja de datos del producto. En Australia, el Consejo de Energía Limpia es el organismo encargado de probar y acreditar los nuevos paneles solares. También existe un importante organismo de pruebas independiente llamado DNV GL, que lleva a cabo un riguroso procedimiento de pruebas y publica una lista de los fabricantes de mayor calidad cada año para ayudar a los consumidores a identificarlos.
Componentes de los paneles solares
El proceso de fabricación combina los siguientes componentes en un panel solar:
- Marco de aluminio
- Vidrio templado
- Material de encapsulación, como película de EVA
- Células de silicio
- Lámina trasera
- Caja de conexiones con cables de 12V
Cada parte del panel solar se ha refinado y mejorado a lo largo de los años para aumentar la eficiencia, la durabilidad y reducir el costo de producción. El siguiente gráfico muestra una visión general de cómo ha disminuido el costo de los paneles solares en los últimos 8 años, directamente relacionado con las mejoras en los procesos de fabricación.
Existen tecnologías emergentes en el campo de la energía solar que presentan posibilidades para mejorar la eficiencia de los paneles. Estas incluyen el recubrimiento de grafeno en las células solares, paneles ligeros que no utilizan vidrio y son flexibles, entre otros. Para obtener una revisión más detallada sobre los diferentes tipos de paneles solares y marcas, puedes consultar este artículo.
Además, existen otras formas de obtener energía solar, como la Energía Solar Concentrada (CSP), donde en lugar de paneles solares se utilizan espejos para concentrar la luz solar en una torre central, donde se calienta agua a altas temperaturas y se convierte nuevamente en energía a través de turbinas de vapor. Los paneles solares térmicos funcionan de manera ligeramente diferente, ya que el agua circula a través de tuberías de cobre que se calientan mientras pasan por el panel y luego regresa al tanque de agua caliente.
La fabricación de paneles solares es un proceso complejo pero maravilloso que combina la ciencia, la tecnología y la ingeniería para aprovechar la energía del sol y convertirla en electricidad limpia y renovable.