En esta publicación se exponen diversos tipos de módulos fotovoltaicos con características y ámbitos de aplicación que se desvían bastante de los estándares habituales del sector. Para cada uno de ellos se indican fabricantes que apuestan por ellos y las especificaciones técnicas de sus productos.
Actualmente (5/2023), la mayoría de los paneles fotovoltaicos suelen estar constituidos por conjuntos rígidos de 60 a 72 células de silicio monocristalino (120-144 si son partidas), que tienen una eficiencia de entorno el ∼ 21%. Esto se traduce en una potencia de ∼ 200 [Wp/m2] en condiciones STC, valor que puede incrementarse hasta los ∼ 250 [Wp/m2] en paneles bifaciales.
Sus dimensiones suelen ser de 1000 a 1300 (ancho) x 2000 a 2200 (alto) x 30 a 40 (espesor) [mm], pudiendo su peso variar de 22 a 35 [kg/módulo]. Estos equipos se transportan en pallets de 25 a 32 unidades, colocadas normalmente en posición horizontal. La cara superior de un módulo suele soportar hasta 5400 [Pa] y la inferior unos 2400 [Pa], si bien el marco de aluminio tiene una capacidad mucho mayor.
Las características eléctricas también están muy estandarizadas, los voltajes de operación oscilan los 30 – 50 [V] y las intensidades máximas los 10 – 18 [A]. La garantía media del sector es de 12 años de producto y 25 de rendimiento, asegurando una pérdida de potencia máxima del 0,80 [%/año]. La vida útil de un panel puede llegar hasta los 40 años pero suele situarse entorno a los 30 años.
ÍNDICE DE CONTENIDOS
- Paneles de teluro de cadmio | First Solar
- Tecnología CIGS | GSHK Solar
- Módulos orgánicos | Heliatek
- Teja solar | Tesla
- Ventanas fotovoltaicas | Photovoltaic Windows
- Colectores híbridos | Abora Solar
- Células de perovskita | Oxford PV
PANELES DE TELURO DE CADMIO | FIRST SOLAR
Los paneles de teluro de cadmio (CdTe) han sido tradicionalmente los únicos competidores destacables de los módulos de silicio. Sus mayores ventajas son: facilidad de reciclaje, bajo impacto ambiental/energético, menor degradación anual (∼ 0,40 [%/año]) y mejor comportamiento frente sombras; no obstante, el rendimiento de esta tecnología es ligeramente inferior (∼ 19%).
Uno de los factores más limitantes para su expansión masiva es que sus componentes son poco abundantes. También cabe destacar que su voltaje es hasta cinco veces superior que el de un módulo convencional equivalente, aunque la intensidad también es inferior en la misma proporción. Esto obliga a realizar un mayor número de series (strings) y de manera externa al inversor mediante el uso de conectores especiales, lo cual complica la ejecución.
El fabricante más destacado que apuesta por esta tecnología es First Solar, empresa estadounidense que inició la comercialización de sus paneles en el año 2002 y que a día de hoy tiene una capacidad de manufactura de unos 10 [GWp/año]. En el siguiente enlace se facilita la ficha técnica su gama Series 6 Plus:
TECNOLOGÍA CIGS | GSHK SOLAR
Los paneles CIGS están compuestos por cobre, indio, galio y selenio (CuInGaSe2). Esta tecnología permite fabricar módulos de película delgada muy eficientes (∼ 15% a nivel comercial), flexibles y ligeros. Sin embargo, debido a la rareza de los materiales que lo componen, su menor eficiencia y alto precio, muchos de los fabricantes que apostaron por ella quebraron.
Actualmente su impacto en el sector fotovoltaico es testimonial, si bien aún se comercializan al existir ciertos campos de aplicación en los destacan sobre el resto de tecnologías. Gracias a su bajo peso (∼ 2 [kg/m2]) y flexibilidad pueden adherirse (sin perforación) a la superficie de vehículos, cubiertas curvas, depósitos y estructuras por el estilo a las que los paneles rígidos a menudo no pueden anclarse fácilmente.
A continuación se facilita la hoja de especificaciones del módulo GSHK FLEX del fabricante hongkonés GSHK Solar. Esta gama viene preparada de fábrica con una capa adhesiva para su fijación directa, sin necesidad de estructuras soporte. Es un equipo recomendado para zonas con viento y movimientos sísmicos, así como edificios con cubiertas o tejados que aguanten poco peso:
MÓDULOS ORGÁNICOS | HELIATEK
Esta tecnología se basa en el uso de semiconductores orgánicos (polímeros), que tienen un peso (< 2 [kg/m2]) y costes de fabricación muy reducidos, de los más económicos del mercado, así como un impacto ambiental y un gasto energético mínimos. Estos módulos no requieren de estructura soporte ni perforaciones, sencillamente se pegan a la superficie donde se deseen montar.
Estas características permiten aprovechar muchas ubicaciones donde es difícil instalar módulos convencionales, como es el caso de fachadas, autocaravanas y tejados ondulados. Las principales desventajas de los módulos orgánicos son: reducida vida útil (15-20 [años]), alta degradación (> 1,00 [%/año]), menor resistencia mecánica (< 2400 [Pa]) y bajo rendimiento (∼ 5-8 [%], i.e ocupan más sitio), además de tratarse de una tecnología relativamente nueva y poco probada.
Un fabricante destacable es Heliatek, cuyos paneles orgánicos se han instalado en varias plantas piloto ubicadas en España, siendo una de las más llamativas el montaje de 9,36 [kWp] sobre la torre de un aerogenerador propiedad de Acciona, perteneciente al parque eólico de Breña ubicado en Albacete. Esta peculiar instalación tiene como objetivo abastecer los sistemas auxiliares del aerogenerador.
TEJA SOLAR | TESLA
Estos productos son básicamente paneles de silicio pero con forma de teja, por lo que no solo producen energía eléctrica, sino que además realizan una función estructural. Como inconvenientes principales caben destacar sus elevados costes de adquisición y montaje (∼ 6,50 [$/Wp] llave en mano sin impuestos).
Además, tienen un rendimiento un ∼ 5% menor que los paneles tradicionales. Por ello, en los únicos escenarios en los que esta solución tiene una rentabilidad interesante es cuando se requiere un cambio de cubierta o en una obra de nueva construcción.
También puede ser una opción viable en aquellas zonas protegidas, como por ejemplo cascos históricos, ya que su impacto sobre el entorno arquitectónico es mucho más reducido, si bien esto dependerá de la ubicación que se esté considerando.
VENTANAS FOTOVOLTAICAS | PHOTOVOLTAIC WINDOWS
Las ventanas fotovoltaicas, al igual que las tejas solares, a parte de producir electricidad forman parte del propio edificio. Por regla general la eficiencia es inversamente proporcional a la transparencia, es decir, a mayor opacidad mayor es la electricidad generada en una misma superficie.
Este tipo de ventanas están poco desarrolladas y la mayoría de las empresas que apuestan por su ellas apenas han alcanzado la fase de comercialización. Su aplicación mas interesante es en edificios con elevados consumos eléctricos, poca superficie en cubierta y gran altura, como es el caso de rascacielos. Otro posible ámbito de uso son los invernaderos.
La tecnología empleada para la obtención de estos paneles varía bastante entre fabricantes. Uno de los que más información aporta sobre su solución es Photovoltaic Windows de Rumania, que utiliza teluro de cadmio para su manufactura. Otras compañías han apostado por materiales orgánicos (e.g. SolarWindow Technologies, Inc. de EEUU).
Cabe advertir que la mayoría de empresas que ofrecen estos productos no muestran en sus webs casos reales de aplicación ni facilitan fichas técnicas detalladas, lo cual delata que las ventanas solares se tratan de productos en fases muy tempranas de desarrollo, aunque con un potencial muy grande.
COLECTORES HÍBRIDOS | ABORA SOLAR
Estos colectores térmicos tienen su placa absorbente recubierta de células fotovoltaicas, permitiéndoles producir tanto agua caliente para calefacción o sanitaria como electricidad. La eficiencia global de estos paneles es de aproximadamente el 50%, pero tienen como desventaja su elevado coste, que es mayor que el de un panel y un colector de características similares adquiridos por separado.
Su aplicación más interesante es en edificios con un alto consumo de agua caliente o calefacción y de electricidad que tengan cubiertas limitadas, como ocurre en hospitales, hoteles y polideportivos. Anteriormente ya se trató en profundidad sobre estos paneles en esta entrada. Sobre esta tecnología cabe destacar el fabricante español Abora Solar.
CÉLULAS DE PEROVSKITA | OXFORD PV
La perovskita es un mineral compuesto de óxido de titanio y calcio (CaTiO3) que puede usarse de manera independiente o en tándem con células de fotoeléctricas de otros materiales para producir energía eléctrica. Actualmente hay varias empresas trabajando en llevar esta tecnología al mercado.
Una de las más destacables es la alemana Meyer Burger, qué está desarrollando paneles de silicio-perovskita con eficiencias de hasta el ∼ 30%, lo cual permitiría en la práctica obtener módulos mono-faciales con potencias de ∼ 285 [Wp/m2] y bifaciales de ∼ 360 [Wp/m2].
Se espera que estos módulos lleguen al mercado en los próximo años de la mano de varios fabricantes, la principal barrera para ello es la alta inestabilidad de este material, que provoca una rápida degradación de la célula, es decir, pérdida de potencia.
