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Jun 09, 2023

¿Cómo se fabrican los paneles solares? (2023)

Leonardo David es ingeniero electromecánico, MBA, consultor energético y redactor técnico. Su experiencia en consultoría solar y de eficiencia energética cubre sectores como el bancario, el textil

Leonardo David es ingeniero electromecánico, MBA, consultor energético y redactor técnico. Su experiencia en consultoría solar y de eficiencia energética cubre sectores que incluyen la banca, la fabricación textil, el procesamiento de plásticos, la farmacia, la educación, el procesamiento de alimentos, el sector inmobiliario y el comercio minorista. También escribe artículos sobre temas de energía e ingeniería desde 2015.

Tori Addison es una editora que ha trabajado en la industria del marketing digital durante más de cinco años. Su experiencia incluye trabajos de comunicación y marketing en los sectores académico, gubernamental y sin fines de lucro. Periodista de profesión, comenzó su carrera cubriendo política y noticias en Hudson Valley de Nueva York. Su trabajo incluyó la cobertura de presupuestos locales y estatales, regulaciones financieras federales y legislación de atención médica.

Los paneles solares se han vuelto más eficientes y asequibles con el tiempo: entre 2010 y 2022, la eficiencia de los módulos fotovoltaicos (PV) aumentó del 14% a más del 22%. Estas mejoras en la tecnología solar han sido posibles gracias a la innovación y a la inversión a gran escala en procesos de fabricación, pero ¿cómo se fabrican exactamente los paneles solares?

En este artículo, nosotros, en el equipo de guías de MarketWatch, analizamos el proceso de fabricación de paneles solares paso a paso, desde las fases iniciales hasta el montaje, las pruebas y los impactos ambientales.

La mayoría de los módulos solares fotovoltaicos utilizan células solares de silicio, que se pueden clasificar en dos tipos principales: monocristalinas y policristalinas. Ambos tipos de células fotovoltaicas están hechas de silicio de alta pureza pero tienen diferentes procesos de fabricación:

Los paneles solares monocristalinos pueden convertir la luz solar en electricidad de manera más eficiente, pero son más complejos y costosos. Los paneles solares policristalinos son más fáciles de fabricar y más asequibles, pero tienen una eficiencia menor.

Los detalles técnicos de la fabricación de paneles solares son complejos, pero desglosamos cada paso del proceso en las siguientes secciones. Los pasos siguientes se aplican a los paneles solares de silicio cristalino, que representan más del 90% de la cuota de mercado mundial. Otros tipos de paneles, incluidos los de película fina, tienen diferentes procesos de fabricación según el material.

Según la Real Sociedad de Química, el silicio es uno de los elementos más abundantes en la Tierra y constituye el 27,7% de la corteza del planeta. Sin embargo, el silicio natural se combina con otros elementos como oxígeno, fósforo y nitrógeno. Los fabricantes deben procesar estas materias primas para obtener el silicio puro necesario para fabricar paneles solares.

El contenido de oxígeno del sílice mineral se puede eliminar con altas temperaturas, lo que da como resultado un silicio de alta pureza. La industria solar utiliza polisilicio puro al 99,9999% para fabricar células solares tanto policristalinas como monocristalinas.

Las policélulas tienen un proceso de producción más sencillo que implica fundir y cortar bloques de silicio policristalino en obleas cuadradas que se utilizan para fabricar células fotovoltaicas.

Fabricar monocélulas es más complejo ya que los fabricantes de energía solar primero deben asegurarse de que el silicio fundido se solidifique en un solo cristal. El proceso se basa en el método Czochralski, en el que los cristales se "cultivan" sumergiendo un "cristal semilla" más pequeño en silicio fundido. El resultado es un gran bloque cilíndrico hecho de un único cristal de silicio que los fabricantes pueden cortar en células solares.

Los fabricantes pueden mejorar la eficiencia de las células fotovoltaicas añadiendo cantidades controladas de boro y fósforo. La eficiencia del panel solar mide la cantidad de luz solar que una célula solar puede convertir en energía.

Los elementos añadidos actúan como semiconductores: el fósforo produce silicio de tipo n, mientras que el boro produce silicio de tipo p.

En otras palabras, este proceso convierte la luz solar en energía eléctrica.

Los paneles solares constan de múltiples células fotovoltaicas conectadas entre sí mediante conductores de plata y soldadura de cobre. Hay muchos tamaños de paneles, pero la mayoría de los paneles solares residenciales tienen 60 o 72 celdas. Algunos fabricantes fabrican paneles solares con 120 o 144 medias células, que tienen aproximadamente las mismas dimensiones que los paneles de 60 y 72 células.

Los fabricantes cubren las células fotovoltaicas con una capa antirreflectante para aumentar la absorción de la luz solar. Los paneles solares también están encapsulados por dos capas de etileno-acetato de vinilo (EVA), lo que ayuda a proteger los paneles del polvo y la humedad. El montaje final incluye cubrir el panel con una lámina frontal de vidrio templado y una lámina posterior de polímero.

Como se mencionó anteriormente, los paneles solares utilizan una serie de láminas fotovoltaicas encapsuladas por capas de polímero. La parte frontal del panel está cubierta por una lámina de vidrio templado translúcido, mientras que la parte trasera está cubierta por una lámina posterior de plástico resistente a la intemperie. Finalmente, un marco rígido de aluminio mantiene unido el panel solar como soporte estructural.

La lámina posterior también incluye una caja de conexiones que contiene los terminales eléctricos utilizados para conectar los paneles solares entre sí. Los instaladores pueden conectar módulos fotovoltaicos en circuitos de cadena con un inversor común o equipar cada panel con microinversores individuales.

Todos los fabricantes utilizan las mismas condiciones de laboratorio para probar la potencia y la eficiencia de los paneles solares. Las Condiciones de prueba estándar (STC) incluyen las siguientes pautas:

Las empresas también prueban paneles solares contra el impacto del granizo, los vientos huracanados y otras condiciones climáticas adversas. Los módulos de alta calidad están diseñados para resistir granizo con un diámetro de 1” que viaja a 50 mph y vientos de hasta 140 mph. Muchos paneles solares residenciales tienen una garantía del fabricante de 25 años y pueden durar más de 40 años con una limpieza regular.

Según un estudio del Laboratorio Nacional de Energías Renovables (NREL), la huella de carbono de por vida de un sistema de energía solar es de 50 gramos de CO2 equivalente por kilovatio-hora de electricidad producida. El estudio considera todo el ciclo de vida de los paneles solares, incluida la extracción de materias primas, la fabricación, el transporte, la construcción, la operación y el desmantelamiento.

Esto es sólo una pequeña fracción de las emisiones generadas por las centrales eléctricas de combustibles fósiles:

Todos los procesos de fabricación que requieren energía y materias primas tienen un impacto ambiental, incluidos los módulos solares y otras tecnologías de energía limpia. Sin embargo, las tecnologías renovables tienen un impacto de vida útil menor que las centrales eléctricas de combustibles fósiles.

Las instalaciones de paneles solares están creciendo entre los propietarios de viviendas en Estados Unidos. Según la Asociación de Industrias de Energía Solar (SEIA), en 2022 se instalaron más de 700.000 sistemas solares domésticos en todo el país. Pero quizás se pregunte cómo funcionan los paneles solares y de qué están hechos.

Los dos tipos principales de paneles utilizan células solares hechas de silicio de alta pureza, pero existen diferencias importantes en los procesos de fabricación. Como resultado, los paneles monocristalinos ofrecen una mayor eficiencia de conversión de energía a un precio mayor, mientras que los paneles policristalinos son más asequibles.

Las empresas también prueban sistemas de paneles solares en condiciones controladas de laboratorio para medir la potencia y la eficiencia, las cuales influyen en la calidad y el costo. El sistema de energía solar promedio cuesta $2,85 por vatio o $14,250 para un sistema de 5 kilovatios (kW) y $28,500 para un sistema de 10 kW. Puede reducir su precio general solicitando incentivos solares como el crédito fiscal federal para la energía solar.

Comprar paneles solares de alta calidad es clave si desea lograr ahorros de energía a largo plazo. Incluso los mejores paneles solares pueden funcionar mal si no se instalan correctamente, y la mayoría de los fabricantes anularán la garantía si hay evidencia de una instalación incorrecta. Las mejores empresas de energía solar pueden ayudarlo a comprar e instalar paneles solares que satisfagan las necesidades energéticas y el presupuesto de su hogar.

Los paneles solares monocristalinos y policristalinos están hechos de silicio de alta pureza, que no se produce de forma natural. La sílice y otros minerales con un alto contenido de silicio se extraen y procesan para crear polisilicio de grado solar.

Los paneles solares de película delgada utilizan una amplia gama de materiales, incluido el silicio amorfo, el telururo de cadmio (CdTe) y el diseleniuro de cobre, indio y galio (CIGS). Los fabricantes crean paneles de película delgada aplicando estos materiales como una capa delgada sobre superficies rígidas o flexibles.

Algunos componentes de los paneles solares se procesan a partir de combustibles fósiles, incluido el encapsulante y la lámina posterior de EVA. La fabricación de módulos fotovoltaicos también utiliza grandes cantidades de energía, que puede provenir de combustibles fósiles dependiendo de la fuente de energía local.

Según el Departamento de Energía de EE. UU., el país produjo cinco gigavatios (GW), o 5 millones de kW, de capacidad de paneles solares en 2022. La agencia no proporciona el número exacto de paneles solares fabricados en el país. Suponiendo un tamaño medio de panel de 400 vatios, 5 GW equivalen a más de 12 millones de módulos solares.

La cantidad de paneles solares que necesita variará dependiendo de su consumo de energía. Teniendo en cuenta que el hogar promedio de EE. UU. consume 886 kWh de electricidad por mes (o 10,632 kWh de electricidad por año), necesitaría de 15 a 20 paneles solares. Sin embargo, sus necesidades pueden diferir. Recomendamos trabajar con un instalador solar profesional para determinar la cantidad exacta de paneles solares que necesita para alimentar su hogar.

leonardo david Es ingeniero electromecánico, MBA, consultor energético y redactor técnico. Su experiencia en consultoría solar y de eficiencia energética cubre sectores que incluyen la banca, la fabricación textil, el procesamiento de plásticos, la farmacia, la educación, el procesamiento de alimentos, el sector inmobiliario y el comercio minorista. También escribe artículos sobre temas de energía e ingeniería desde 2015.

Tori Addison es un editor que ha trabajado en la industria del marketing digital durante más de cinco años. Su experiencia incluye trabajos de comunicación y marketing en los sectores académico, gubernamental y sin fines de lucro. Periodista de profesión, comenzó su carrera cubriendo política y noticias en Hudson Valley de Nueva York. Su trabajo incluyó la cobertura de presupuestos locales y estatales, regulaciones financieras federales y legislación de atención médica.