La eficiencia de los paneles solares fotovoltaicos

La energía solar se puede aprovechar de dos formas básicas. En primer lugar, las tecnologías solares térmicas utilizan la luz solar para calentar agua para uso doméstico, calentar espacios de edificios o calentar fluidos para impulsar turbinas generadoras de electricidad. En segundo lugar, los paneles fotovoltaicos (PV) son semiconductores que generan electricidad directamente a partir de la luz solar. Las tecnologías solares generaron el 3,4% de la electricidad en los Estados Unidos en 202

Recurso solar y potencial

En promedio, 1,73 x 10⁵ teravatios (TW) de radiación solar llegan continuamente a la Tierra, mientras que la demanda global de electricidad promedia 2,9 TW.

La demanda de electricidad varía a lo largo del día. El almacenamiento de energía y la previsión de la demanda ayudarán a igualar la generación de PV con la demanda.

Si se encuentra junto a la demanda, los paneles solares fotovoltaicos pueden usarse para reducir el estrés en las redes de distribución de electricidad, especialmente durante los picos de demanda.

La eficiencia de conversión de los paneles solares fotovoltaicos

La eficiencia de conversión de PV es el porcentaje de energía solar incidente que se convierte en electricidad. Aunque la mayoría de los paneles comerciales tienen eficiencias del 17% al 20%, los investigadores han desarrollado células solares con eficiencias de hasta el 50%.

Suponiendo una eficiencia intermedia, si se cubriera el 0,6% del área terrestre de los Estados Unidos con paneles solares, se generaría suficiente electricidad para satisfacer la demanda nacional.

En 2011, el Departamento de Energía de los Estados Unidos (DOE) anunció la Iniciativa SunShot. Su objetivo era reducir el costo de la energía solar en un 75%, haciéndola competitiva en costos con otras opciones energéticas. En 2017, el DOE anunció que se había alcanzado tres años antes la meta de 2020 de energía solar a escala de servicios públicos por $0.06/kWh. La meta para 2030 incluye reducir la energía solar a escala de servicios públicos a $0.03/kWh, más barata que la electricidad de los recursos energéticos de combustibles fósiles.

Tecnología y impactos de los paneles solares fotovoltaicos

Las células solares fotovoltaicas están hechas de materiales semiconductores que liberan electrones cuando la luz golpea la superficie, produciendo una corriente eléctrica. La mayoría de las células fotovoltaicas son pequeñas, rectangulares y producen unos pocos vatios de corriente continua (CC) de electricidad. También incluyen contactos eléctricos que permiten que los electrones fluyan hacia la carga y recubrimientos superficiales que reducen la reflexión de la luz. Se pueden utilizar varios materiales semiconductores para los paneles solares fotovoltaicos, incluyendo silicio, cobre indio galio diselenuro (CIGS), telururo de cadmio (CdTe), perovskitas e incluso algunos compuestos orgánicos (OPV).

Los módulos fotovoltaicos generalmente están compuestos por una rejilla rectangular de 60 a 72 células, laminadas entre una superficie frontal transparente y una superficie posterior estructural. Por lo general, tienen marcos metálicos y pesan entre 34 y 62 libras. Un conjunto de módulos fotovoltaicos es un grupo de módulos conectados eléctricamente y sujetos a una estructura rígida. Los componentes del sistema incluyen cualquier elemento necesario además de los paneles solares reales, como cables que conectan los módulos, cajas de conexiones para fusionar los circuitos, hardware de montaje y electrónica de potencia que gestiona la salida del conjunto de paneles solares. Un inversor es un dispositivo electrónico de potencia que convierte la electricidad generada por los sistemas fotovoltaicos de CC a corriente alterna (CA). Un controlador de carga es un dispositivo electrónico de potencia utilizado para gestionar el almacenamiento de energía en las baterías, que a su vez son componentes del sistema. A diferencia de un conjunto de paneles solares montado en bastidor, la integración de paneles solares en edificios (BIPV) reemplaza materiales de construcción como tejas y mejora la estética de los paneles solares. Algunos conjuntos de paneles solares montados en el suelo utilizan un seguidor solar. Esta tecnología puede aumentar la producción de energía hasta en un 100%.

Instalación, fabricación y costos de los paneles solares

En 2022, la capacidad de energía solar fotovoltaica aumentó en 239 GW a nivel mundial y alcanzó casi 1,200 GW, o 2 teravatio (TW). La capacidad de energía solar fotovoltaica ha crecido casi 750 veces desde 2000. Los principales instaladores en 2022 fueron China (97 GW), Estados Unidos (29 GW) e India (14 GW). Las nuevas instalaciones de energía solar fotovoltaica aumentaron un 45% en 2022 y representaron el 66% de las adiciones de capacidad renovable a nivel mundial. A pesar de este crecimiento significativo, la energía solar solo representa el 5% de la generación de energía global. El costo de la energía solar ha disminuido más del 80% desde 200Se han firmado varios contratos en todo el entorno con precios de energía solar tan bajos como 1-2 centavos de dólar por kilovatio hora (kWh), lo cual es mucho más barato que las fuentes de energía convencionales. En comparación, el precio promedio de la electricidad minorista en los Estados Unidos fue de 149 centavos de dólar por kWh para todos los sectores y 112 centavos de dólar por kWh para los usuarios residenciales en 202En 2023, se estima que la inversión mundial en energía solar será de $380 mil millones, lo que representa el 14% del monto total invertido en energía en todo el entorno. Incluyendo sectores como la fabricación, venta, distribución e instalación, hay más de 231,000 empleos solares en los Estados Unidos.

Desempeño energético e impactos ambientales

La relación de energía neta compara la energía generada durante el ciclo de vida de un sistema fotovoltaico con la energía primaria consumida en su ciclo de vida. Un estudio mostró que las células de silicio amorfo generan de 3 a 6 veces más energía de la requerida para producirlas. La reutilización de células multicristalinas puede reducir el consumo de energía en más del 50%. Aunque se emiten contaminantes y sustancias tóxicas durante la fabricación de los paneles solares, las emisiones durante el ciclo de vida son bajas. Por ejemplo, las emisiones durante el ciclo de vida de las células de telururo de cadmio (CdTe) de capa fina son aproximadamente de 14 g CO₂e por kWh entregado, muy por debajo de las fuentes de electricidad como el carbón (1,001 g CO₂e/kWh). Los paneles solares en promedio consumen menos agua para generar electricidad (26 galones por MWh) en comparación con tecnologías no renovables como el carbón (687 galones por MWh).

Acciones sostenibles y soluciones

Existen políticas que promueven las energías renovables. Los consumidores que no tienen espacio en el techo para paneles solares pueden unirse a programas de energía solar comunitaria, que son proyectos solares locales que los miembros de la comunidad pueden compartir y recibir crédito en sus facturas de electricidad. Los programas de financiación de energía limpia evaluada por la propiedad (PACE) permiten a los propietarios financiar los costos iniciales de una instalación solar a través de una evaluación voluntaria sobre los impuestos anuales a la propiedad. Se están desarrollando bancos verdes y otras instituciones financieras para financiar y respaldar proyectos de energía limpia a nivel local, regional y nacional. Las políticas de límite y comercio de carbono favorecerían a los paneles solares al aumentar el costo de la generación de energía con combustibles fósiles. La Ley de Reducción de la Inflación de 2022 amplió el Crédito Tributario a la Inversión (ITC, por sus siglas en inglés) federal al 30% hasta 2032 para la instalación de un sistema solar fotovoltaico, lo que representa un ahorro de más de $7,500 para un sistema promedio. Las políticas de incentivos para paneles solares incluyen estándares de cartera renovable (RPS, por sus siglas en inglés), tarifas de alimentación (FIT, por sus siglas en inglés), reembolsos de capacidad y medición neta. Un RPS requiere que los proveedores de electricidad obtengan una fracción mínima de energía de fuentes renovables. Un FIT establece un precio mínimo por kWh que los proveedores de electricidad al por menor deben pagar a los generadores de electricidad renovable. Los reembolsos de capacidad son pagos únicos por adelantado para proyectos de energía renovable basados en la capacidad instalada (en vatios). Con la medición neta, los propietarios de paneles solares reciben crédito de la compañía eléctrica (hasta su consumo anual de energía) por la energía devuelta a la red.

Lo que puedes hacer

El precio verde permite a los clientes pagar un extra por la electricidad que respalda la inversión en tecnologías renovables. Se pueden comprar Certificados de Energía Renovable (RECs, por sus siglas en inglés) para compensar el consumo de electricidad de la red y ayudar a que la energía renovable sea más competitiva.

Tecnología futura

Las tecnologías emergentes de paneles solares incluyen perovskitas, módulos solares bifaciales y tecnología de paneles solares concentradores (CPV, por sus siglas en inglés). Las células solares de perovskita tienen una alta eficiencia de conversión (más del 25%) y un bajo costo de producción. Los módulos bifaciales pueden recolectar luz en ambos lados de las células solares. El CPV utiliza óptica de bajo costo para concentrar la luz en una pequeña célula solar. Diseñar para el final de la vida útil podría mejorar la tasa actual de reciclaje de paneles solares, que es del 10%.

Referencias:

• Fuente 1
• Fuente 2
• Fuente 3

Consultas habituales:

¿Qué es la eficiencia de los módulos solares fotovoltaicos?

La eficiencia de los módulos solares fotovoltaicos es el porcentaje de energía solar incidente que se convierte en electricidad. Mientras más eficiente sea un módulo, mayor será la cantidad de electricidad que generará a partir de la misma cantidad de luz solar.

¿Cuáles son los tipos de células solares utilizadas en los paneles solares fotovoltaicos?

Los paneles solares fotovoltaicos utilizan principalmente células solares de silicio amorfo, silicio policristalino y silicio monocristalino. Estas células difieren en la estructura cristalina de sus impurezas y tienen diferentes eficiencias de conversión.

¿Cuál es el costo de la energía solar en comparación con otras fuentes de energía?

El costo de la energía solar ha disminuido significativamente en los últimos años y ahora es más barato que muchas fuentes de energía convencionales. Los contratos de energía solar en algunos lugares del entorno se han firmado a precios tan bajos como 1-2 centavos de dólar por kilovatio hora, lo cual es mucho más económico que la electricidad generada a partir de combustibles fósiles.

¿Qué políticas existen para promover la energía solar?

Existen políticas como los estándares de cartera renovable, las tarifas de alimentación y la medición neta que promueven la adopción de la energía solar. Además, los programas de energía solar comunitaria y los programas de financiamiento a través de impuestos a la propiedad también ayudan a fomentar la instalación de paneles solares.

¿Cuál es el impacto ambiental de los paneles solares?

Los paneles solares tienen un bajo impacto ambiental en comparación con otras fuentes de energía. Durante su ciclo de vida, emiten bajas cantidades de sustancias tóxicas y tienen un consumo de agua mucho menor en comparación con tecnologías no renovables como el carbón.