En la búsqueda constante de la industria solar por mejorar la tecnología fotovoltaica y lograr la mayor eficiencia posible, los investigadores han probado muchas tecnologías, materiales y combinaciones. Una opción que destaca entre el resto es la tecnología solar Passivated Emitter and Rear Contact (PERC), que permite la creación de paneles solares PERC.
Recapitulando la estructura y el funcionamiento de los paneles solares tradicionales
Antes de adentrarnos en la tecnología de paneles solares PERC y sus beneficios, tener una comprensión adecuada de los paneles solares tradicionales y cómo funcionan. Los paneles solares tradicionales se llaman paneles solares de silicio monocristalino y policristalino, según sus materiales de fabricación. La estructura básica de las celdas solares de silicio cristalino está compuesta por las siguientes capas:
- Pasta de plata impresa (contacto frontal de la celda)
- Recubrimiento antirreflectante o vidrio antirreflectante
- Semiconductor dopado (unión P-N)
- Campo de superficie posterior
- Pasta de aluminio impresa (contacto trasero de la celda)
Los paneles solares de silicio cristalino generan energía al aprovechar la energía solar bajo el efecto fotovoltaico. El componente más importante para generar energía solar es el semiconductor dopado o la unión P-N fabricada con una capa dopada N que está cargada negativamente con electrones adicionales y una capa dopada P que está cargada positivamente y, por lo tanto, tiene huecos (electrones faltantes). La unión P-N funciona como la estructura principal que genera energía solar en la celda.
Cuando la unión P-N o el material fotovoltaico es golpeado por un fotón, el electrón dentro del semiconductor se excita. El electrón luego se mueve a la banda de conducción, creando un par electrón-hueco (e-h).
Después de que se crea el par e-h, el electrón generalmente va al contacto frontal y el hueco a la capa dopada P. Durante este proceso, el electrón fluye a través de la carga, lo que crea el flujo de corriente eléctrica.
Después de que el electrón regresa a la celda solar a través del contacto trasero, se recombina con un hueco, lo que pone fin al flujo de corriente eléctrica para ese par en particular. Este proceso es constante cada vez que los fotones golpean la superficie de las celdas solares.
¿Qué son los paneles solares PERC?
Aunque la recombinación del par e-h en las circunstancias mencionadas anteriormente es el proceso regular que genera una corriente eléctrica para las celdas solares tradicionales, también existe otro tipo de recombinación llamada recombinación en la superficie, que produce pérdidas para la tecnología tradicional de silicio cristalino.
El proceso de recombinación en la superficie ocurre cuando un hueco se combina con un electrón excitado que no pasó por el contacto. Este proceso de recombinación se traduce en una menor eficiencia de la celda solar, ya que el par e-h se combina sin generar corriente eléctrica o energía solar.
Además de la recombinación en la superficie, los paneles solares de silicio cristalino tradicionales pueden producir pérdidas debido a la ineficiencia en la captura de luz, la reflexión por la propia celda solar y la sombra parcial de los materiales en el módulo. Para reducir las pérdidas de eficiencia, los investigadores de la industria solar desarrollaron la celda solar PERC.
La tecnología PERC se describió por primera vez en la Universidad de Nueva Gales del Sur en 1983, pero se registró oficialmente en un artículo en 198La celda solar PERC finalmente permitió que los módulos fotovoltaicos superaran el 20% de eficiencia de conversión que ha sido la norma durante varios años en la industria.
La tecnología de celda solar PERC incluye pasivación dieléctrica de la superficie que reduce la recombinación de electrones en la superficie. Al mismo tiempo, la celda solar PERC reduce el área de contacto semiconductor-metal y aumenta la reflexión de la superficie trasera mediante la inclusión de un reflector metálico trasero desplazado dieléctricamente. Esto permite que los fotones se absorban al entrar o salir de la celda y también reduce la absorción de calor.
Esta versión altamente eficiente y mejorada de la tecnología de silicio cristalino resulta en que los paneles solares PERC tengan un aumento de eficiencia del 0,86% o más en la celda solar. Esto proporciona varias ventajas, como un tiempo de instalación reducido, menos requisitos de espacio y reducciones de costos al requerir menos cables, conectores, bastidores y otros componentes que se requerirían al instalar la misma capacidad de PV con tecnología tradicional.
Panales solares PERC mono vs. poli
Dado que PERC es una tecnología implementada en celdas solares de silicio cristalino tradicionales, los módulos fotovoltaicos bajo esta tecnología se dividen entre paneles solares PERC mono y paneles solares PERC poli.
Las celdas solares PERC poli se fabrican mezclando o fundiendo diferentes fragmentos de silicio, mientras que las celdas solares PERC mono se fabrican utilizando un solo cristal de silicio, libre de límites de grano (defectos 2D). Dado que las celdas solares PERC mono tienen un mayor nivel de pureza, estos módulos fotovoltaicos son más eficientes, pero también son ligeramente más caros.
Los estudios realizados en 2016 nos proporcionan suficientes datos para tener una comprensión más profunda de las tecnologías PERC y cómo se comparan con los paneles tradicionales.
Las celdas solares de silicio cristalino poli con una eficiencia del 18,46% obtienen una eficiencia incrementada del 18,61% cuando se fabrican con tecnología PERC, la diferencia es aún más notable con las celdas solares de silicio cristalino mono. Un panel solar mono c-Si tradicional tiene una eficiencia del 19,55%, pero esta eficiencia aumenta en un 0,86% para alcanzar el 20,41% para los paneles solares PERC mono.
Los paneles solares PERC mono tienden a tener un precio relativamente más alto, pero considerando el rendimiento y las especificaciones técnicas frente al precio, esta tecnología es mucho mejor que los paneles solares PERC poli.
Panales solares PERC vs. otras tecnologías avanzadas de paneles
PERC es solo una de las tecnologías disponibles para mejorar la eficiencia y las aplicaciones de los paneles solares. Hay otras tecnologías avanzadas como la tecnología Interdigitated Back Contact (IBC) y la tecnología de celda solar bifacial. Los fabricantes pueden utilizar cualquiera de estas tecnologías o incluso combinar PERC con IBC o bifacial. En esta sección, comparamos IBC y bifacial con la tecnología PERC para comprender completamente las ventajas de esta tecnología.
Panales solares PERC vs. paneles solares IBC
Una mejora interesante realizada en las celdas solares es la implementación de la tecnología Interdigitated Back Contact. La mayoría de las celdas (incluidas las PERC) tienen una delgada tira de conductores en la parte frontal, llamados barras colectoras, que se utilizan para transportar la corriente eléctrica a través de las celdas.
Aunque el espacio ocupado por las barras colectoras no es tan grande, sigue siendo un área de superficie de la celda solar que podría recibir fotones para generar energía solar. Para reducir las pérdidas, las celdas solares IBC colocan los conductores en la parte posterior de la celda, dejando la superficie frontal completamente expuesta al sol, lo que permite que toda la celda solar IBC reciba impactos de fotones y genere energía solar.
La eficiencia de las celdas solares IBC es generalmente mayor, pero la eficiencia máxima registrada para ambas tecnologías es similar. La eficiencia más alta para las celdas solares PERC se registró en un 25,0%, mientras que las celdas solares IBC lograron una eficiencia de conversión del 25,4%.
La mayor desventaja de la tecnología IBC es que tiene un mayor costo que los paneles solares PERC. Una ventaja es que los fabricantes pueden combinar ambas tecnologías y obtener un módulo PV de mayor rendimiento.
Panales solares PERC vs. paneles solares bifaciales
Uno de los recursos más subutilizados en las aplicaciones solares es el albedo. Esta es la radiación solar difusa reflejada desde las superficies sobre el módulo fotovoltaico. Para aprovechar al máximo este recurso solar, los fabricantes implementan lados traseros reflectantes o vidrio de paneles duales, creando módulos PV bifaciales.
La tecnología bifacial puede absorber la luz directa proveniente del sol (como los paneles solares PERC), pero también puede generar energía a partir de la luz de albedo que se refleja en el lado trasero del módulo. Los módulos PV bifaciales pueden ofrecer una relación de rendimiento (PR) más alta para el sistema PV, entregando un 6% más de PR que los módulos de silicio monocristalino, mientras que los módulos PERC pueden ofrecer alrededor de un 1% más de eficiencia que las tecnologías tradicionales.
La buena noticia para la industria solar es que las tecnologías bifaciales y PERC se pueden combinar para crear células solares bifaciales PERC. Estas células solares innovadoras pueden proporcionar hasta un 18% más de energía que las células solares monofaciales.
Clave: Pros y contras de los paneles solares PERC
Comprender cómo funciona la tecnología de paneles solares PERC es clave para comprender los pros y los contras de diferentes aplicaciones. En esta sección, resumimos los principales pros y contras de la tecnología de paneles solares PERC y destacamos algunas de sus mejores características.
Pros
- Hasta un 1% más de eficiencia que los paneles solares de silicio cristalino tradicionales.
- Reducida absorción de calor, lo que permite que los sistemas PV funcionen mejor a altas temperaturas.
- Funcionamiento en un espectro de luz más amplio.
- Mejor uso del espacio disponible.
- Tecnología rentable.
- Los precios de los paneles solares PERC se reducirán a medida que la tecnología se vuelva más popular.
- Las células solares PERC se pueden combinar con tecnología IBC o bifacial.
Contras
- Costo relativamente más alto que las tecnologías tradicionales.
- La Degradación Inducida por la Luz (LID) y la Degradación Inducida por el Potencial (PID) fueron un problema en el pasado para la tecnología (ya no, ya que la mayoría de los fabricantes superaron estas barreras).
Finales
La tecnología Passivated Emitter and Rear Contact (PERC) es una excelente mejora que permite a las celdas solares alcanzar eficiencias más altas. Si bien esta tecnología presentó varios contras en el pasado, como LID y PID, los fabricantes encontraron formas de solucionar esto, lo que resultó en paneles solares PERC de alta eficiencia sin los contras de la tecnología de los años 80.
Dado que los fabricantes pueden diseñar paneles solares PERC regulares o combinarlos con tecnología IBC o bifacial, el rango de aplicaciones para esta tecnología es bastante amplio. La tecnología de paneles solares PERC se puede utilizar en aplicaciones residenciales, comerciales e industriales (incluidas aplicaciones a gran escala).
Para fines residenciales, los paneles solares PERC se pueden utilizar como fotovoltaicos de techo regulares, cargadores solares de techo para vehículos eléctricos y cobertizos solares. Para aplicaciones comerciales e industriales, esta tecnología se puede utilizar para estaciones de energía fotovoltaica en tierra (especialmente cuando se combina con tecnología bifacial), Fotovoltaica Integrada en Edificios (BIPV), estaciones de energía en superficies de agua y mucho más.
El uso de esta tecnología es muy conveniente para la industria solar en general. Con el aumento de los paneles solares PERC, los propietarios de viviendas y las compañías de servicios públicos pueden beneficiarse al utilizar menos espacio, menos componentes de instalación y utilizar módulos PV con un rendimiento más alto y una infinidad de aplicaciones.