Qué es un panel fotovoltaico, cómo funciona y de qué depende su producción de electricidad

La transición hacia fuentes de energía renovable se ha convertido en una prioridad global en la lucha contra el cambio climático. Entre las diversas tecnologías disponibles, los paneles fotovoltaicos destacan por su capacidad de transformar la luz solar en electricidad de manera directa y eficaz.

Te invitamos a profundizar en cómo funcionan estos dispositivos, cuáles son sus componentes principales y qué factores influyen en su capacidad de producción eléctrica.

¿Qué es y cómo funciona un panel solar fotovoltaico?

Un panel solar fotovoltaico es un dispositivo que convierte la luz solar en electricidad mediante el efecto fotovoltaico. Este efecto se basa en la capacidad de ciertos materiales para generar una corriente eléctrica cuando se exponen a la luz.

Los paneles solares fotovoltaicos están compuestos principalmente de células fotovoltaicas, generalmente hechas de silicio. Sus componentes principales son los siguientes:

• Células fotovoltaicas: son la unidad básica de un panel solar. Están hechas de materiales semiconductores que absorben la luz solar y generan electrones libres, creando una corriente eléctrica.
• Vidrio protector: cubre la parte frontal del panel y protege las células fotovoltaicas de los daños ambientales, como la lluvia, el granizo y la suciedad, permitiendo al mismo tiempo el paso de la luz solar.
• Encapsulante: es una capa de material que protege las células y las mantiene en su lugar. Normalmente, se utiliza etileno-vinil-acetato (EVA).
• Marco: generalmente de aluminio, que es más ligero, proporciona soporte estructural al panel y facilita su instalación.
• Caja de conexiones: en la parte trasera del panel, permite la conexión eléctrica de las células y protege las conexiones contra el clima.

El funcionamiento básico de un panel solar fotovoltaico comienza cuando la luz solar incide sobre las células fotovoltaicas y los fotones (partículas de luz) transfieren su energía a los electrones en el material semiconductor.

La energía transferida hace que los electrones se desplacen, creando una corriente eléctrica continua (DC). Esta se envía a un inversor, que la convierte en corriente alterna (AC), la forma de electricidad utilizada en la mayoría de los hogares y negocios.

Finalmente, la corriente alterna producida puede ser utilizada directamente en la vivienda o negocio, almacenada en baterías para su uso posterior, o inyectada a la red eléctrica pública.

¿Qué diferencia hay entre un panel solar y uno fotovoltaico?

Un panel fotovoltaico es un panel solar, pero no todos los paneles solares son fotovoltaicos. Existen varios tipos de paneles solares, principalmente divididos en dos grandes categorías: paneles solares térmicos y paneles solares fotovoltaicos.

Los paneles solares térmicos se utilizan para calentar agua o aire aprovechando la energía solar. Dentro de esta categoría, hay subtipos como los colectores planos y los tubos de vacío.

Por otro lado, los paneles solares fotovoltaicos generan electricidad a partir de la luz solar y se dividen principalmente en tres tipos: monocristalinos, policristalinos y de capa fina.

Los paneles monocristalinos se fabrican a partir de un único cristal de silicio, lo que les da una alta eficiencia. Los policristalinos están hechos de múltiples cristales de silicio, lo que los hace más económicos pero menos eficientes.

Los de capa fina se producen depositando capas de material fotovoltaico sobre un sustrato, siendo flexibles y ligeros, pero generalmente menos eficientes que los de silicio cristalino.

¿Cuántos kWh genera un panel fotovoltaico?

La cantidad de kilovatios hora (kWh) que genera un panel fotovoltaico depende de varios factores, como la potencia nominal del panel, las horas de sol disponibles y la eficiencia del sistema.

Un panel fotovoltaico típico tiene una potencia nominal que oscila entre 250 y 400 vatios (W). Para calcular la producción anual de electricidad de un panel fotovoltaico, podemos usar la siguiente fórmula básica:

Producción anual = Potencia nominal x Horas de sol al año x Eficiencia del sistema

Supongamos un panel de 300 W en una ubicación con 5 horas de sol diarias en promedio, y una eficiencia del sistema del 75 % (considerando pérdidas por temperatura, polvo, sombreado, etc.).

1. Potencia nominal: 300 W = 0,3 kW
2. Horas de sol al año: 5 horas/día x 365 días/año = 1825 horas/año
3. Eficiencia del sistema: 75 % = 0,75

Entonces, la producción anual sería:

0,3 kW × 1825 horas/año × 0,75 = 410,625 kWh/año

Es decir, un panel fotovoltaico de 300 W en una ubicación con unas condiciones solares promedio puede generar aproximadamente 410 kWh al año, aunque esta cifra puede variar según la ubicación y las condiciones específicas de instalación.

¿De qué depende la producción de un panel solar fotovoltaico?

La producción de un panel solar fotovoltaico depende de varios factores clave:

• Potencia nominal del panel: es la capacidad máxima de producción del panel, medida en vatios (W) y bajo condiciones estándar de prueba.
• Horas de sol disponibles: la cantidad de luz solar directa que recibe el panel, medida en horas de sol pico (equivalente a una hora de luz solar directa a 1000 W/m²). Esto varía según la ubicación geográfica y la estación del año.
• Orientación e inclinación: la orientación (idealmente hacia el sur en el hemisferio norte y hacia el norte en el hemisferio sur) y la inclinación (el ángulo respecto al suelo) del panel afectan cuánto sol recibe.
• Sombreado: la sombra parcial o total causada por árboles, edificios, nubes, o cualquier obstáculo reduce la cantidad de luz solar que llega al panel.
• Temperatura: los paneles solares funcionan de manera más eficiente a temperaturas moderadas. A altas temperaturas, su eficiencia disminuye. Se estima que la temperatura ideal es 25 ºC de temperatura ambiente.+
• Eficiencia del panel: la capacidad del panel para convertir la luz solar en electricidad. Los paneles monocristalinos suelen ser más eficientes que los policristalinos o los de capa fina.
• Condiciones meteorológicas: las condiciones meteorológicas locales, como la presencia de nubes o la frecuencia de días soleados, influyen en la cantidad de energía solar disponible.
• Mantenimiento y limpieza: la acumulación de polvo, suciedad o nieve en la superficie del panel puede reducir su eficiencia. Un mantenimiento adecuado asegura una producción óptima.
• Degradación del panel: con el tiempo, la eficiencia de los paneles solares disminuye debido a la degradación de los materiales. La tasa de degradación típica es de aproximadamente entre un 0,5 % y un 1 % anual.

En conjunto, estos factores determinan la cantidad de electricidad que un panel solar fotovoltaico puede generar en un periodo determinado.