¿Cómo funcionan los paneles solares?
La energía solar es la fuente de energía más abundante en nuestro planeta. Aproximadamente 173,000 teravatios de energía solar impactan la Tierra a cada instante. En palabras más simples: la energía que emite el sol durante una hora sería suficiente para cubrir la demanda de energía de toda la humanidad durante un año.
¿Quieres saber cómo funcionan los paneles solares y cómo puedes ayudar al planeta con su uso? ¡Echa un vistazo a nuestra guía!
Índice
Cómo funcionan los paneles solares
Ya sea que hablemos de
paneles solares para casa o industria, la transformación de energía solar en electricidad opera de la siguiente forma:
- Las células solares se agrupan y se colocan estratégicamente en azoteas o en espacios al aire libre para absorber la luz solar durante el día.
- Al interior de cada celda solar hay una delgada oblea semiconductora hecha de dos capas de silicio. Una capa está cargada positivamente y la otra negativamente; juntas crean un campo eléctrico.
- La energía del sol llega a los paneles solares y eso hace que los electrones se liberen de los átomos al interior de la oblea semiconductora.
- Los electrones liberados se ponen en movimiento y generan electricidad de corriente continua (CC).
- Un inversor solar convierte la electricidad de corriente directa a electricidad de corriente alterna (AC), que es utilizada para operar la mayoría de los dispositivos usados en hogares y negocios.
- El excedente de electricidad producida por los paneles solares alimenta a la red eléctrica y se acredita al recibo del consumidor.
El efecto fotovoltaico
Los paneles son capaces de generar electricidad gracias al efecto fotovoltaico descubierto por primera vez en 1839 por Edmond Becquere. Este efecto es una propiedad de los materiales
semiconductores que les permite generar una corriente eléctrica cuando se exponen a la luz solar.
Primero, la luz impacta en una celda fotovoltaica y es absorbida por su componente principal, el silicio. Estos fotones entrantes hacen que los electrones del silicio se suelten, lo que eventualmente se convertirá en electricidad. ¿Cómo ocurre esto exactamente? Bueno, hay dos capas de silicio que se utilizan en las células fotovoltaicas, y cada una está especialmente tratada para crear un campo eléctrico. Es decir, un lado tiene una carga neta positiva (gracias al boro) y el otro tiene una carga neta negativa (gracias al fósforo). Este campo eléctrico hace que los electrones sueltos fluyan en una dirección a través de la celda solar, generando una corriente eléctrica continua.
Una vez con la corriente generada, los electrones se transfieren a cables para llegar en forma de electricidad a un inversor de corriente para que puedas ahora sí usar electricidad alterna en tu hogar o negocio.
Tras entender cómo funciona un sistema de paneles solares, veamos a detalle los componentes de esta aplicación de energías renovables.
¿Qué son los paneles solares?
Un panel solar es un conjunto de células fotovoltaicas que generan electricidad a partir de la radiación del sol.
Componentes de un panel solar
Hay 8 componentes que conforman a un panel solar, que a su vez es parte esencial de todo
sistema fotovoltaico. Cada uno juega un rol elemental en el funcionamiento óptimo del sistema y aquí te explicamos sus funciones.
1. Celdas solares
Las celdas solares fotovoltaicas son el corazón de los paneles solares. Son las que convierten la luz solar directamente en energía eléctrica de corriente directa. Su rendimiento dependerá en gran medida del tipo silicio utilizado en su construcción: silicio monocristalino o silicio policristalino. Mientras que las celdas de silicio monocristalino están conformadas por un único cristal de silicio, las de silicio policristalino están constituidas por un conjunto de cristales y suelen tener un desempeño mínimo inferior. Sin embargo, en los últimos años los nuevos desarrollos tecnológicos han prácticamente igualado la eficiencia entre las dos configuraciones.
En el mercado hay muchos tamaños y configuraciones de celdas diferentes y que ofrecen diferentes niveles de eficiencia y rendimiento. Entre ellas encontramos las celdas de medio corte o divididas, celdas de múltiples barras colectoras (MBB) y celdas escalonadas. Actualmente la mayoría de los paneles solares contienen 72 celdas (pueden ser 144 Half Cell) mono o policristalinas unidas entre sí a través de barras colectoras en serie.
2. Vidrio
La hoja de vidrio frontal protege las celdas fotovoltaicas de la intemperie (lluvia fuerte, granizo, etc.). El vidrio más empleado es el templado y usualmente con un grosor que va de 3.0 a 4.0 mm. el cual le permite resistir cargas mecánicas y temperaturas extremas. Además, este tipo de vidrio es similar al de los automóviles, pues en caso de un impacto severo se romperá en pequeños fragmentos en lugar de en secciones afiladas.
Para mejorar la eficiencia y el rendimiento del panel, se prefiere el vidrio de alta transmisión con bajo contenido hierro y un revestimiento antirreflectante en la parte posterior. Esto es para reducir las pérdidas energéticas y mejorar la transmisión de la luz.
3. Marco de aluminio
El marco cumple la función de proteger el borde de la sección laminada que aloja las celdas y proporcionar una estructura sólida para montar el panel solar en su posición. Las secciones de aluminio son extra ligeras, pero a la vez rígidas y capaces de soportar tensiones extremas como la ejercida por el ambiente (granizo, viento, etc.).
4. Película EVA (encapsulante)
Las celdas solares necesitan encapsularse y fijarse durante el ensamblaje, y para ese fin no hay nada mejor que el EVA. EVA es el nombre común y abreviado del "Etileno Acetato de Vinilo" y es una capa de polímero altamente transparente
El material del EVA debe ser extremadamente duradero y tolerante a condiciones ambientales extremas. De su calidad dependerá en buena medida la vida del panel solar, pues evitará la entrada de humedad y suciedad a las celdas. Además deberá proporcionar cierta absorción de impactos y ayudar a proteger las celdas y los cables de interconexión de agentes mecánicos externos.
5. Lámina trasera
La lámina trasera es la capa posterior del panel que actúa como barrera contra la humedad y como revestimiento externo final. ¿Su objetivo? Proporcionar protección mecánica y aislamiento eléctrico. Esta lámina posterior suele fabricarse a partir de plásticos como el PP, PET y PVF. La función de estos es ofrecer diferentes niveles de protección, estabilidad térmica y resistencia a los rayos UV.
Nota: algunos paneles solares, como los paneles bifaciales y sin marco, utilizan un panel de vidrio trasero en lugar de una lámina posterior de polímero para obtener una vida útil más extensa.
6. Caja de conexiones y conectores
Los cables del panel solar necesitan conectarse de manera segura. Para ello entra en juego la caja de conexiones, que no es más que una pequeña caja resistente a la intemperie ubicada en la parte posterior del panel. La caja de conexiones es el punto convergente donde todos los conjuntos de celdas se interconectan y debe mantenerse aislado y protegido de la humedad y la suciedad.
La caja de conexiones también alberga los diodos de derivación necesarios para evitar la contracorriente que se produce cuando las celdas están sucias o sombreadas. Esta caja también aloja los conectores MC4, conectores multicontacto de 4 mm de diámetro, y que se usan para conectar los paneles solares entre sí. Estos conectores deben ser muy resistentes a los rayos UV y mantener una buena conexión con una resistencia mínima tanto a baja como a alta tensión.
7. Cables
Un cable de 12V será necesario para regular la cantidad de energía que se transfiere a tu inversor. Un cable con las especificaciones idóneas contribuirá a la sostenibilidad y eficiencia del sistema de paneles solares.
Por otro lado, se emplearán cables bus para conectar las células solares de silicio en paralelo. Estos cables están especialmente diseñados para facilitar la soldadura y transportar corrientes eléctricas eficientemente.
8. Silicón
Todo este sistema requiere de un adhesivo con la resistencia adecuada a agentes químicos. Aquí entra en juego el silicón que además de ser un excelente semiconductor, proporciona la protección y aislamiento ideal contra la suciedad, humedad y las condiciones cambiantes del medio ambiente.
¿Cuáles son los componentes de un sistema de paneles solares?
Ahora que ya conoces cómo se conforma un panel solar y cómo este genera electricidad, es conveniente entender cómo funciona un sistema de paneles fotovoltaicos. Además de las
celdas solares, el
corazón
del sistema, hay otros componentes esenciales para que puedas gozar de electricidad de manera eficiente y ecológica durante muchos años. Estos elementos son:
Inversores
Como ya lo mencionamos, las celdas fotovoltaicas generan electricidad de corriente continua (CC) en la cual los electrones fluyen en una dirección alrededor de un circuito. Con la electricidad de corriente alterna (CA), los electrones invierten periódicamente su dirección. La cuestión aquí es que la gran mayoría de nuestros aparatos electrónicos emplean corriente alterna y para obtenerla a partir de un panel solar necesitaremos de un inversor.
Un inversor solar toma la electricidad de corriente continua de las celdas y la usa para crear electricidad de CA. Pero su trabajo no para ahí. También protegen al sistema contra fallas a tierra y generan estadísticas del sistema, incluido el voltaje y la corriente en los circuitos de CA y CC y la producción de energía, entre otras.
Sistemas de montaje
Los sistemas de montaje cumplen la tarea de fijar los paneles solares al techo o al suelo, según sea el caso. Usualmente se obtiene mejor rendimiento cuando los paneles solares están orientados hacia el sur y están instalados en un ángulo de entre 18 y 22 grados (el caso de México).
Los soportes fijos son aquellos en los que los paneles permanecen estacionarios. Los soportes de seguimiento, por el contrario, permiten que los paneles "sigan" al sol mientras se mueve por el cielo durante el día y acorde a las estaciones del año.
Sistemas de monitoreo de desempeño
Los sistemas de monitoreo permiten medir y rastrear la cantidad de electricidad que el sistema de paneles produce por hora.
Hay dos tipos principales de sistemas. El monitoreo en el sitio se da gracias a un dispositivo que está ubicado físicamente en tu propiedad y registra la cantidad de electricidad producida. Por el contrario, con un monitoreo remoto, el sistema transmite los datos de rendimiento a un servicio de monitoreo que puedes consultar desde tu teléfono o computadora.
¿Cómo medir la eficiencia de un panel solar?
Esta es una de las preguntas más comunes. Sin embargo, primero hay que aclarar algo primero:
¿Qué es la eficiencia de un panel solar?
Pues bien la eficiencia del panel solar es el porcentaje de energía de la luz solar que un panel puede transformar en electricidad. Es decir la eficiencia energética se obtiene al dividir la electricidad producida (en watts) entre la energía solar absorbida por el panel.
Para que tengas un contexto más claro, la gran mayoría de los paneles solares en el mercado tienen una eficiencia que va del 15% al 24%. Ahora bien, la eficiencia puede estar determinada por distintos factores más allá de la tecnología y calidad de las celdas. Por ejemplo:
- La ubicación y orientación de los paneles
- El tipo de estructura (fija o móvil)
- La uniformidad operativa del sistema; o sea por cuánto tiempo el panel solar operará bajo la eficiencia que declara el fabricante
- El comportamiento de los paneles con poca luz solar y bajo temperaturas altas (+30°C)
- La exposición del panel a agentes externos (mucho viento, suciedad, etc.)
¿Cuántos paneles solares necesito para mi casa o negocio?
Esta es también una de las preguntas más comunes de todas las personas o clientes pensando en instalar paneles solares. La respuesta no es complicada, pero para dar la respuesta más acertada, es necesario conocer ciertos factores como el clima típico de tu localidad, las horas de luz solar promedio que recibe tu casa y la eficiencia y tamaño de los paneles que deseas instalar en tu hogar o negocio.
Ahora, si quieres una respuesta más directa, pero quizás no tan precisa, puedes dividir el requisito de potencia por hora de tu casa entre el voltaje de los paneles solares indicados por el fabricante. Si no tienes esa información a la mano, puedes utilizar esta tabla para darte una aproximación:
| CONSUMO Bimestral KWh | NUMERO DE PANELES |
|---|---|
| 0-500 | hasta 4 |
| 500-1000 | hasta 8 |
| 1000-1500 | hasta 12 |
| 1500-2000 | hasta 16 |
| 2000-2500 | hasta 20 |
| 2500-3000 | hasta 24 |
| 3000-3500 | hasta 28 |
| 3500-4000 | hasta 32 |
| 4000-4500 | hasta 36 |
Beneficios de los paneles solares
La cantidad de personas, negocios y empresas que instalan sistemas fotovoltaicos sigue creciendo año tras año. Pero, ¿quieres saber si es realmente algo conveniente para tu caso en particular? ¡Sigue leyendo!
1. Ahorros en la factura de electricidad
El uso de energía solar te podría generar ahorros financieros muy importantes. Puedes considerar una reducción de hasta el 99% en tu consumo de energía eléctrica y recuperar tu inversión a un ritmo de entre el 30% y 60% anual. Y si consideras que un sistema de paneles solares tiene una vida útil de 25 a 35 años, te ahorrarás gran parte de tus gastos eléctricos durante décadas.
2. Apoyos y beneficios del gobierno
Dependiendo de tu país, puedes gozar de distintos apoyos fiscales federales y estatales cuando instalas paneles solares en tu casa, negocio o empresa. La energía solar beneficia a toda la red eléctrica.
En varios países de Europa, el Estado paga a los usuarios de energía solar por su excedente de electricidad y les da un crédito contra el uso de electricidad de la red por la noche. Mientras tanto, en México la inversión en un sistema de paneles es 100% deducible del Impuesto sobre la Renta en depreciación acelerada.
3. Autonomía energética
Aceptémoslo, hay poco o nada que puedas hacer para controlar la tarifa de electricidad que pagas. Y mientras el costo de la generación de energía solar ha disminuido en alrededor del 70% en la última década, el costo de la electricidad ha aumentado aproximadamente entre un 5% y 12% anualmente en el mismo periodo. Y hay altas probabilidades de que esta tendencia continúe.
Así que, al emplear la energía solar que es gratuita y prácticamente infinita, tienes mucho mayor control sobre tus costos energéticos.
4. Reduces tu huella de carbono
El uso de energía solar ayuda a reducir las emisiones de dióxido de carbono y disminuir nuestro impacto en el medio ambiente natural. Así es, la energía solar no libera directamente contaminantes a la atmósfera y al suministro de agua, como sí lo hacen el carbón y el petróleo.
Y aunque la cadena de suministro de los paneles solares no se puede librar de dejar su propia huella de carbono, la energía producida es libre de contaminantes y no emite gases de efecto invernadero. Estudios recientes en Estados Unidos estiman que una casa promedio americana puede reducir hasta en un 20% su huella de carbono al instalar un sistema de paneles fotovoltaicos.
5. Larga vida
Un panel solar tiene una vida promedio de al menos 25 años. Están hechos para soportar las fuertes inclemencias del tiempo, cambios bruscos de temperatura e impactos de granizo. Y lo mejor: requieren poco mantenimiento. Sin embargo, es altamente recomendable que te acerques a tu proveedor de paneles para que te aconseje e implemente un plan de limpieza y mantenimiento rutinario.
6. Funciona en distintos climas
Podrías pensar que tu sistema de paneles no será muy eficiente en un clima frío. Sin embargo, la verdad es que funciona mejor en temperaturas más frías porque mucho calor reduce la producción de voltaje. Por si fuera poco, nuevos estudios indican que incluso en climas nublados se logra equilibrar la disminución de generación de energía, debido al rebote de luz solar en las nubes, que replica nuevamente sobre los paneles solares, obteniendo un remanente adicional de producción solar.
Así que independientemente de que vivas junto a la playa o en una región alta y montañosa, un sistema fotovoltaico adecuado podrá seguir ayudándote a reducir tus gastos de electricidad.
7. Aumenta el valor de tu vivienda.
Muchas personas temen esto. Les da miedo invertir en un sistema de paneles y que eventualmente terminen mudándose sin aprovechar su inversión. Pero la realidad es que es completamente factible trasladar un sistema fotovoltaico para continuar aprovechando la energía solar en otro lugar diferente al de su instalación original.
Además, lo que pocos también saben es que un sistema fotovoltaico puede incrementar el valor de reventa de una vivienda. Por ejemplo, un estudio de 2015 de la
Universidad de Berkeley analizó alrededor de 22.000 ventas de viviendas y concluyó que un sistema de paneles solares agregaba alrededor de $15,000 USD al valor de cada casa.
8. La energía solar llegó para quedarse.
La energía solar es una fuente de energía inagotable, gratuita y limpia. Se emplea tanto para generar electricidad, como para operar un automóvil y para calentar el agua de nuestras duchas y albercas. Cada vez más negocios y empresas la emplean para reducir sus costos energéticos, a la vez que los estímulos fiscales de gobiernos alrededor del mundo incrementan. Ante los efectos cada vez más notorios del calentamiento global, la energía generada por paneles solares eventualmente formará parte de nuestras vidas cotidianas.
Desventajas de los paneles solares
Si bien los beneficios de un sistema fotovoltaico son varios e innegables, también hay que tener en cuenta ciertos inconvenientes antes de tomar la decisión de instalarlos en nuestra casa o empresa.
1. Necesitas espacio
Para que tu sistema de paneles funcione a su máximo potencial necesitas espacio. Por cada Módulo Fotovoltaico instalado, necesitarás en promedio 2 m2 de espacio libre de sombra en tu techo. No todas las casas cuentan con este espacio suficiente e incluso (increíblemente) hay fraccionamientos privados que ponen restricciones al número de paneles que se pueden instalar por cuestiones estéticas. La buena noticia es que con el trabajo de un buen equipo de ingeniería,
el 98% de las instalaciones fotovoltaicas son factibles de ejecución.
2. No son completamente inofensivos al medio ambiente
Para ser justos, ningún producto o servicio de cualquier industria puede ser 100% ecológico. El transporte de insumos hasta el fabricante y del producto final hasta el almacén de tu proveedor y tu casa, generan emisiones contaminantes. Además, los materiales químicos que componen los paneles solares deben ser manejados adecuadamente o de lo contrario contaminarán mantos acuíferos. Sin embargo, a mediano y largo plazo la reducción de CO2 generada por un sistema de paneles fotovoltaicos en lugar de petróleo, compensa y supera por los contaminantes que pudieran llegarse a producir.
3. Generación lntermitente
La generación de electricidad a partir de los paneles solares ocurre, evidentemente, durante el día. Es decir, a lo largo de la noche y en días muy nublados, la electricidad generada por el sistema fotovoltaico podría ser interrumpida o inconstante. Este inconveniente, sin embargo, se puede superar con un sistema de almacenamiento de tu excedente energético generado durante las horas de sol.
4. No los puedes instalar por tu cuenta
Ante la proliferación de paneles solares en tiendas mayoristas e incluso su venta en tiendas en línea, hay gente que cree que es fácil ahorrarse la instalación y que lo pueden hacer por sí mismos. Nada más erróneo. Un panel solar está diseñado para soportar cargas físicas extraordinarias (granizo), pero aun así necesita manejarse con cuidado. Las conexiones también deben hacerse con extremo cuidado o podrías terminar dañando tu inversión antes de que siquiera comience a operar. Por ello y también para conservar la garantía de tus paneles, lo más recomendable es contratar a un proveedor de paneles solares experto.
Estadísticas de los paneles solares (2024)
El 2024 se ha caracterizado por los efectos cada vez más tangibles del cambio climático. Además, en ciertos países como México, los paneles solares han estado en el centro de la discusión político-económica a raíz de la reforma eléctrica propuesta por el ejecutivo federal. Sin duda alguna el conocer datos y estadísticas sobre el aprovechamiento de la energía solar es algo que nos concierne a todos.
Antes de mostrarte algunos de los datos más relevantes alrededor de los paneles fotovoltaicos, queremos darte un marco teórico sencillo para que comprendas mejor el contexto. Cabe resaltar que la gran mayoría de estos datos son tomados directamente del informe llamado Potencial de Poder Fotovoltaico Global por País y emitido por el Banco Mundial en 2020.
Potencial de Electricidad Fotovoltaica o (photovoltaic electricity potential o PVOUT) es la Producción Esperada de un Sistema Fotovoltaico
Irradiación horizontal global (Global Horizontal Irradiation o GHI):
se refiere a la radiación solar de onda corta recibida por una superficie horizontal. Este es el parámetro más importante para el cálculo del rendimiento energético y la evaluación del rendimiento de los módulos fotovoltaicos de placa plana, que es actualmente la tecnología más difundida.
- En general, el potencial teórico más alto de electricidad FV se observa en el norte y sur de África, Oriente Medio y la Península Arábiga, Australia, México, partes de Brasil y Estados Unidos, el Caribe y las regiones mediterráneas (Banco Mundial, 2020).
- Alrededor del 20% de la población mundial vive en 70 países que cuentan con excelentes condiciones para la energía fotovoltaica, donde los promedios PVOUT diarios a largo plazo superan los 4,5 kWh/kWp. (Banco Mundial, 2020).
- Los países de la región de Medio Oriente y África del Norte y África Subsahariana tienen las mejores condiciones para aprovechar la energía solar, seguidos por Afganistán, Argentina, Australia, Chile, Irán, México, Mongolia, Pakistán, Perú y muchas naciones de las islas del Pacífico y el Atlántico. (Banco Mundial, 2020).
Países con Mayor Producción Fotovoltaica en Megawatts (2020)
| País | Capacidad Fotovoltaica en MW (2020) |
|---|---|
| China | 254,355 |
| Unión Europea | 152,917 |
| Estados Unidos | 75,572 |
| Japón | 67,000 |
| Alemania | 53,783 |
| India | 39,211 |
| Italia | 21,600 |
| Australia | 17,627 |
| Vietnam | 16,504 |
| Corea del Sur | 14,575 |
Fuente:
Agencia Internacional de Energía, 2020.
Países con Mayor Producción de Electricidad a Partir de Energía Fotovoltaica (2020)
| País | % de Electricidad producida por Energía Fotovoltaica |
|---|---|
| Honduras | 12.9% |
| Australia | 10.7% |
| Alemania | 9.7% |
| Grecia | 9.3% |
| Chile | 9.1% |
| España | 9.0% |
| Países Bajos | 8.9% |
| Japón | 8.3% |
| Italia | 8.3% |
| Bélgica | 6.6% |
Fuente:
Agencia Internacional de Energía, 2020.
Los Paneles Solares en México
México se encuentra en una posición geográfica privilegiada que lo coloca como uno de los países con mayor potencial para la generación de energía fotovoltaica. Aquí te dejamos algunos datos reveladores:
- México necesitaría dedicar solo alrededor del 0.1% de su territorio a plantas de energía fotovoltaica a escala de servicios públicos para cubrir todo su consumo anual de electricidad, el cual es de alrededor de 270 TWh (Banco Mundial, 2020).
- De acuerdo a un estudio de Green Tech Media, los recursos solares promedio de México para fotovoltaica (5 kWh/m2/día) son más de un 60% más altos que los de la mejor energía solar en Alemania (5.4 GW de fotovoltaica instalada).
- El 70% del territorio de México tiene valores de GHI superiores a 4.5kWh/m2
- Según datos de la Agencia Internacional de Energía, al 2021 el
3.2% de la energía eléctrica en México
se produce a partir de celdas fotovoltaicas, mientras que
Honduras, líder mundial en este rubro, genera el 12.9% de su electricidad de la misma manera.
¿Quieres saber más?
La energía solar y su aprovechamiento es un tema apasionante. Y aunque tal vez esta guía te parezca extensa, apenas hemos rascado la superficie. Si quieres ahondar más en el tema te recomendamos algunas de nuestras fuentes:
Conclusiones
Hasta aquí llega nuestra Guía sobre los Paneles Solares. Como pudiste ver, es una tecnología muy amigable con el ambiente y con un gran potencial para convertirse en una de las principales fuentes de electricidad en el corto plazo.
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