La energía solar se considera actualmente la fuente de energía más barata del mundo, y mucha gente se pregunta cómo puede ser la fotovoltaica tan eficiente y económica, a la vez que proporciona energía «verde». Para responder a esta pregunta, es necesario entender cómo funciona la energía solar, cómo se fabrican los módulos solares y de qué componentes consta un módulo solar. La mayoría de los módulos disponibles en el mercado son de silicio monocristalino, policristalino o fino («amorfo»). En este artículo, explicamos las diferentes formas de fabricación de las células solares y las piezas necesarias para fabricar un módulo solar.

Los descubrimientos más importantes sobre la fabricación de células solares

• Los módulos solares suelen estar formados por unos pocos componentes principales: silicio, metal y vidrio.
• Los módulos estándar son de silicio monocristalino o policristalino.

¿De qué están hechos los módulos solares?

Los materiales utilizados para fabricar las células de los módulos solares son sólo una parte del módulo solar en sí. En la producción de módulos solares, seis componentes diferentes se unen para formar un módulo solar funcional. Estas piezas incluyen células solares de silicio, un marco metálico, una placa de vidrio, un cable estándar de 12 V y un cable bus.

Si eres un aficionado al bricolaje y estás interesado en los materiales de los paneles solares, también puedes obtener una hipotética «lista de ingredientes» para fabricar uno tú mismo. Aquí se explican los componentes habituales de un módulo solar:

Células solares de silicio

Las células solares de silicio convierten la luz solar en electricidad mediante el efecto fotovoltaico. Las células de silicio soldadas en una estructura matricial entre placas de vidrio interactúan con la fina placa de vidrio y generan una carga eléctrica.

Marco metálico (normalmente de aluminio)

El marco metálico de un módulo solar es útil por muchas razones: protege contra las inclemencias del tiempo u otros escenarios peligrosos y permite montar el módulo solar en el ángulo deseado.

Panel de vidrio

El panel de vidrio suele tener un grosor de 6 a 7 milímetros y, aunque es delgado, desempeña un papel importante en la protección de las células solares de silicio que contiene.

Además de las propias células solares, un módulo solar estándar contiene una envoltura de vidrio en la parte delantera del módulo para proporcionar durabilidad y protección al silicio fotovoltaico. Debajo de la envoltura de vidrio hay un aislamiento y un revestimiento protector para limitar la disipación del calor y la humedad dentro del panel. El aislamiento es especialmente importante porque un aumento de la temperatura conlleva una reducción de la eficiencia y, por tanto, una disminución de la producción de los módulos solares. Por ello, los fabricantes de módulos fotovoltaicos deben hacer un esfuerzo especial para garantizar la captación de luz sin sobrecalentar la tecnología.

Cable estándar de 12 V

Un cable de 12V le permite regular la cantidad de energía transferida a su inversor, contribuyendo a la durabilidad y eficiencia del módulo.

Cable de bus

Los cables bus se utilizan para conectar las células solares de silicio en paralelo. Los cables del bus están recubiertos con una fina capa de soldadura para facilitar la soldadura y son lo suficientemente gruesos como para transmitir corrientes eléctricas.

Cómo se fabrican los módulos solares

Los módulos solares están formados por células solares de silicio monocristalino o policristalino que se sueldan entre sí y se sellan bajo una cubierta de vidrio antirreflectante. En cuanto la luz incide sobre las células solares, se activa el efecto fotovoltaico y se genera electricidad. Los cinco pasos más importantes en la producción de un módulo solar son

1. fabricación de las células solares

2. Soldar las células solares para formar un panel.

3. instalar una placa trasera, una placa de vidrio frontal y un marco.

4. Instala una caja de conexiones.

5. Control de calidad

Producción de células solares

Los principales componentes de un módulo solar son las células solares. Las células solares de tipo P o N son una mezcla de silicio cristalino y galio o boro para formar un lingote de silicio. Cuando se añade fósforo a la mezcla, las células son capaces de conducir la electricidad. A continuación, el lingote de silicio se corta en finas láminas y se recubre con un revestimiento antirreflectante. A continuación, se cortan finas ranuras en las celdas para conducir el flujo de electricidad.

Células solares de tipo N frente a células solares de tipo P.

La diferencia entre las células de silicio de tipo p y de tipo n radica en su química. Las células de tipo P se cargan positivamente a través de una capa de boro, mientras que las células de silicio de tipo N se construyen sobre una base de fósforo, lo que hace que se carguen negativamente. Las células de tipo N suelen ser más eficientes que las de tipo P debido a la forma en que interactúan con la luz incidente. A diferencia de las células de tipo p, las de tipo n se deterioran más rápidamente cuando se exponen a niveles de luz elevados, por ejemplo, durante los meses de verano.

Soldadura de células solares para formar un panel

Una vez que el fósforo ha dado a las obleas de silicio su carga eléctrica, las células solares individuales se unen mediante conectores metálicos, lo que se denomina soldadura. El número de células que hay que soldar depende del tamaño del panel solar. Los paneles de 60 celdas son el tamaño estándar, y los de 72 celdas se utilizan generalmente para proyectos comerciales.

Instalación de un panel trasero, una capa de vidrio frontal y un marco

En la parte inferior de las células solares se coloca una lámina protectora para protegerlas. Suele estar hecho de un material plástico muy resistente. A continuación, se coloca una fina lámina de vidrio sobre las células solares para filtrar la radiación solar hacia ellas. Estas piezas se mantienen unidas por un adhesivo llamado acetato de vinilo de etileno (EVA). Todos estos componentes están enmarcados por una estructura metálica que se sujeta a los soportes de montaje en su techo.

Instalación de la caja de conexiones

La caja de conexiones protege el cableado de un módulo solar contra daños para mantener el flujo de corriente del módulo al inversor y evitar la inversión del sentido de la corriente. Esta función es importante cuando un módulo solar no produce electricidad, ya que el módulo intentará consumir energía en su lugar. La caja de conexiones no permite invertir el flujo de corriente para que sus módulos solares puedan funcionar correctamente.

Control de calidad

Todos los paneles solares que llegan al mercado se prueban en condiciones de ensayo estándar (STC) para garantizar que los paneles rinden como promete el fabricante en sus fichas técnicas. Los paneles se colocan en un flash-tester donde se simulan las condiciones «estándar»: irradiación de 1000 W/m2, temperatura de la célula de 25°C y masa de aire de 1,5 g. Si pasa la prueba, el panel solar está listo para ser enviado e instalado.

Efectos fotovoltaicos, paneles monocristalinos, policristalinos y de capa fina

La energía fotovoltaica se compone de una serie de elementos, de los cuales las células de silicio son los más importantes. El silicio (número atómico 14 en la tabla periódica) es un no metal con propiedades conductoras que le confieren la capacidad de convertir la luz solar en electricidad. Cuando la luz incide en una célula de silicio, los electrones se ponen en movimiento, provocando un flujo de electricidad. Este proceso se conoce como «efecto fotovoltaico».

Sin embargo, las células de silicio por sí solas no pueden suministrar energía a su hogar. Deben tener una carcasa metálica y un cableado para que los electrones de la célula solar puedan escapar y proporcionar electricidad útil. El silicio se encuentra en diversas estructuras celulares: Monocristalina, policristalina o formas amorfas, más a menudo asociado a las células solares de película fina.

Proceso de fabricación de módulos solares

Monocristalino Los módulos solares están formados por un gran bloque de silicio y se fabrican como obleas de silicio. Durante la producción, se cortan obleas de silicio individuales que pueden aplicarse a un módulo solar. Las células de silicio monocristalino tienen una mayor eficiencia que las células solares policristalinas o amorfas. La producción de obleas monocristalinas individuales requiere más mano de obra y, por tanto, es más cara que las células policristalinas. Las células monocristalinas tienen una estética negra distintiva y a menudo se asocian con el aspecto elegante de los módulos premium de la marca SunPower.

Células policristalinas Las células solares también son células de silicio, pero en lugar de formar un gran bloque y cortarlo en obleas, se fabrican fusionando varios cristales de silicio. Muchas moléculas de silicio se funden entre sí y luego se vuelven a fundir para formar un panel. Las células policristalinas tienen una eficiencia menor que las monocristalinas, pero también son más baratas.

En resumen, silicio amorfo son materiales flexibles para células solares que suelen utilizarse en las células solares de película fina. Las células de silicio amorfo no son cristalinas y se depositan sobre un sustrato como el vidrio, el plástico o el metal. Por ello, los módulos solares de capa fina reciben un nombre muy acertado: son delgados y flexibles, a diferencia de un módulo estándar. Aunque las células solares amorfas son una aplicación ideal por su versatilidad, son muy poco eficientes en comparación con las células mono o policristalinas. La marca First Solar, es más conocida por su producción de módulos de capa fina en Estados Unidos.

Tras producir el tipo específico de célula solar, los fabricantes de módulos solares completan el proceso conectando los sistemas eléctricos, aplicando un revestimiento antirreflectante a las células y colocando todo el sistema en una caja de metal y cristal.