¿Qué son los paneles solares de película delgada?

1. ¿Qué son los paneles solares de película delgada?

A diferencia de las células solares de primera generación, que están hechas de silicio monocristalino o multicristalino, los paneles solares de película delgada se fabrican utilizando una o varias capas de elementos fotovoltaicos sobre una superficie compuesta de una variedad de vidrio, plástico o metal para convertir luz solar en electricidad. Y los más utilizados para la tecnología solar de película delgada son el telururo de cadmio (CdTe), el seleniuro de cobre, indio y galio (CIGS), el silicio amorfo (a-Si) y el arseniuro de galio (GaAs).

2 La estructura de los paneles solares de película delgada

Los paneles solares de película delgada constan de una gran cantidad de células solares de película delgada y utilizan la energía luminosa (fotones) del Sol para generar electricidad mediante el efecto fotovoltaico. También incluye capas, lámina posterior y caja de conexiones, todas ellas trabajan en conjunto para asegurar el normal funcionamiento de los paneles solares.

¿Qué son las células solares de película delgada?

Las células solares de película delgada son dispositivos electrónicos que convierten la luz solar en energía eléctrica mediante el efecto fotovoltaico. Las células de película delgada tienden a utilizar mucho menos material: el área activa de la célula suele tener sólo de 1 a 10 micrómetros de espesor. Además, las células de película delgada normalmente se pueden fabricar en un proceso de gran superficie, que puede ser un proceso de producción continuo y automatizado.

Es más, los paneles solares de película delgada utilizan una fina capa de un óxido conductor transparente, como el óxido de estaño, para funcionar. Mientras que las células de película delgada están hechas de muchos pequeños granos cristalinos de materiales semiconductores para crear mejor el campo eléctrico con una interfaz, llamada heterounión. En general, este tipo de dispositivos de película delgada se pueden fabricar como una sola unidad, es decir, monolíticamente, depositándose capa tras capa secuencialmente sobre algún sustrato, incluida la deposición de un revestimiento antirreflectante y un óxido conductor transparente.

¿Qué son las capas?

Por lo general, los paneles solares de película delgada tienen una capa muy delgada (menos de 0,1 micrones) en la parte superior llamada capa de "ventana" para absorber la energía luminosa únicamente del extremo de alta energía del espectro. Debe ser lo suficientemente delgado y tener una banda prohibida lo suficientemente amplia (2,8 eV o más) para permitir que toda la luz disponible atraviese la interfaz (heterounión) hacia la capa absorbente. La capa absorbente debajo de la ventana, generalmente dopada de tipo p, está equipada con una alta absortividad (capacidad de absorber fotones) para alta corriente y una banda prohibida adecuada para proporcionar un buen voltaje.

¿Qué es la hoja trasera?

Como polímero o combinación de polímeros con varios aditivos, la lámina posterior está diseñada para proporcionar una barrera entre las células solares y el ambiente exterior. De lo cual podemos ver que la lámina posterior es un componente crítico en la durabilidad, eficiencia y longevidad de un panel solar.

¿Qué es la caja de conexiones?

Como gabinete eléctrico utilizado para albergar y proteger conexiones eléctricas, la caja de conexiones está especialmente diseñada para proporcionar un entorno seguro para las conexiones eléctricas a fin de evitar el contacto accidental con cables activos y simplificar el mantenimiento o las reparaciones futuras. Por lo general, se adjunta una caja de conexiones fotovoltaica a la parte posterior del panel solar y funciona como interfaz de salida. Las conexiones externas para la mayoría de los módulos fotovoltaicos utilizan conectores MC4 para facilitar conexiones fáciles y resistentes a la intemperie con el resto del sistema. También se puede utilizar una interfaz de alimentación USB.

3 La historia del desarrollo de los paneles solares de película delgada

La historia de los paneles solares de película delgada se remonta a la década de 1970, cuando los investigadores comenzaron su primera exploración sobre el uso de película delgada (a-Si) de semiconductores para aprovechar la energía solar, en ese momento surgió el interés en la tecnología de película delgada para uso comercial. y las aplicaciones aeroespaciales promueven el desarrollo de dispositivos solares de película delgada de silicio amorfo.

En la década de 1980, los avances tecnológicos facilitaron la expansión de los materiales de película delgada existentes hacia otros nuevos, como el telururo de cadmio (CdTe) y el seleniuro de cobre, indio y galio (CIGS), que tienen mayores eficiencias de conversión y menores costos de producción.

Las décadas de 1990 y 2000 fueron una época de avances significativos en la exploración de nuevos materiales solares de tercera generación, materiales con el potencial de superar los límites teóricos de eficiencia de los materiales tradicionales de estado sólido. Se desarrollaron muchos productos nuevos, como células solares sensibilizadas con tintes y células solares de puntos cuánticos.

En la década de 2010 y principios de la de 2020, la innovación en la tecnología solar de película delgada incluyó esfuerzos para expandir la tecnología solar de tercera generación a nuevas aplicaciones y disminuir los costos de producción. En 2004, el Laboratorio Nacional de Energías Renovables (NREL) logró una eficiencia récord mundial del 19,9% para un módulo de película delgada CIGS. En 2022, se integraron células solares orgánicas flexibles de película delgada en la tela.

Hoy en día, las células solares orgánicas flexibles de película delgada integradas en las fabricaciones las convierten en una mejor opción que los paneles de silicio tradicionales. Y la tecnología de película delgada capturó aproximadamente el 19% del total de EE. UU. participación de mercado en el mismo año, incluido el 30% de la producción a escala de servicios públicos.

4.Los tipos de paneles solares

Existen varios tipos de materiales utilizados para fabricar células solares de película delgada y, según sus materias primas, se pueden dividir en cuatro tipos. 

l Los paneles de película delgada de telururo de cadmio (CdTe) son un tipo de panel solar que utiliza una capa delgada de telururo de cadmio depositada sobre un material de sustrato, como vidrio o acero inoxidable, como material semiconductor. No sólo son livianos y fáciles de instalar, sino que también tienen una alta producción de energía en condiciones de poca luz, lo que significa que pueden generar electricidad incluso en climas nublados o cubiertos. Se estima que los paneles solares de película delgada de CdTe alcanzaron una eficiencia del 19 % en condiciones de prueba estándar (STC), pero las células solares individuales han alcanzado eficiencias del 22,1 %. Sin embargo, existen algunas preocupaciones sobre la toxicidad del cadmio, ya que es un metal pesado que puede causar daños al medio ambiente si no se elimina adecuadamente.

l Los paneles de película delgada de cobre, indio, galio y seleniuro (CIGS) se fabrican colocando una capa de electrodo de molibdeno (Mo) sobre el sustrato mediante un proceso de pulverización catódica. En comparación con otras tecnologías fotovoltaicas, tienen una alta eficiencia y pueden alcanzar una eficiencia teórica del 33% en el futuro. Además, son menos propensos a agrietarse o romperse y son fáciles de operar. Sin embargo, a pesar de estas ventajas, el coste es relativamente más elevado que el de otras tecnologías, lo que puede obstaculizar su desarrollo posterior.

l Los paneles de película delgada de silicio amorfo (a-Si) se fabrican procesando placas de vidrio o sustratos flexibles, junto con una configuración p-i-n o n-i-p. Las ventajas de los paneles de película delgada a-Si incluyen su flexibilidad y construcción liviana, lo que los hace ideales para su uso en aplicaciones portátiles, como acampar o alimentar sensores remotos. Sin embargo, dado que el vidrio conductor para estos paneles es caro y el proceso es lento, su precio es relativamente caro, de casi 0,69 dólares/W.

l Los paneles de película delgada de arseniuro de galio (GaAs) son más complejos que el proceso de fabricación de las células solares de película delgada normales. Cabe mencionar que alcanzan altas eficiencias de hasta el 39,2% y son más resistentes al calor y la humedad. Sin embargo, el tiempo de fabricación, el coste de los materiales y el alto crecimiento de los materiales lo convierten en una opción menos viable.

5.Las aplicaciones de los paneles solares de película delgada

Como clase emergente de alternativas a la energía fotovoltaica de silicio, los paneles solares de película delgada se utilizan principalmente en los siguientes campos.

l Energía fotovoltaica integrada en edificios (BIPV)

Dado que los paneles fotovoltaicos de película fina pueden ser hasta un 90 % más ligeros que los paneles de silicio, una aplicación que está empezando a volverse muy popular en todo el mundo es BIPV, en la que los paneles solares se fijan a tejas, ventanas, estructuras débiles, etc. Además,  Algunos tipos de energía fotovoltaica de película delgada se pueden hacer semitransparentes, lo que ayuda a mantener la estética de los hogares y edificios y al mismo tiempo permite la posibilidad de generación de energía solar.

l aplicaciones espaciales

Debido a las ventajas de ser livianos, altamente eficientes, un amplio rango de temperatura de operación e incluso la resistencia al daño contra la radiación, los paneles solares de película delgada, especialmente los paneles solares CIGS y GaAs, han sido ideales para aplicaciones espaciales.

l Vehículos y aplicaciones marinas

Una aplicación común de los paneles solares de película delgada es la instalación de módulos fotovoltaicos flexibles en los techos de los vehículos (especialmente vehículos recreativos o autobuses) y en las cubiertas de barcos y otras embarcaciones, que pueden usarse para generar electricidad manteniendo al mismo tiempo la estética.

l aplicaciones portátiles

Su portabilidad y tamaño le han proporcionado un desarrollo sostenible en el sector de la pequeña electrónica autoalimentada y del Internet de las cosas (IoT), que se espera que crezca sustancialmente en los próximos años. Y con su avance, se podrá aplicar aún más en lugares remotos con paneles solares plegables, bancos de energía solar, computadoras portátiles alimentadas por energía solar, etc.

6.Las tendencias de desarrollo de los paneles solares de película delgada

Con la creciente aceptación de la energía solar en todo el mundo, la implementación de estrictas restricciones energéticas y los crecientes esfuerzos gubernamentales para integrar fuentes verdes en la red, se espera que los paneles solares de película delgada alcancen alrededor de USD 27,11 mil millones para 2030 con una notable CAGR del 8,29% de 2022 a 2030 El aumento está impulsado por sus ventajas y R&D, ya que son extremadamente económicos y fáciles de crear, utilizan menos material y producen menos residuos. y la r&D para mejorar la resistencia y el rendimiento de las células solares también creará nuevas oportunidades para el crecimiento del mercado.

Sin embargo, las oportunidades van acompañadas de desafíos. Los altos niveles de competencia, un entorno regulatorio cambiante y la disponibilidad de finanzas y recursos escasos significan que en la actualidad tal vez no puedan hacerse con una porción considerable de la cuota de mercado global.

7 El análisis de inversión en paneles solares de película delgada

El mercado de células solares de película fina parece estar desarrollándose en los últimos años, impulsado por varios factores.

l Análisis de tipo de producto

En 2018, el CdTe produjo electricidad a un precio significativamente inferior o equivalente al de las fuentes de energía convencionales de combustibles fósiles. Debido a sus costos de operación y producción baratos y no tóxicos, en la actualidad la categoría de telururo de cadmio domina el mercado mundial de células solares de película delgada, y se anticipa que continuará creciendo al ritmo más rápido durante el período de predicción.

l Análisis del usuario final

El creciente desarrollo y la investigación para reducir los costos de instalación y mantenimiento pueden aumentar las necesidades de los consumidores. En 2022, el mercado de servicios públicos dominó el mercado mundial de células solares de película delgada y se prevé que continuará desarrollándose al ritmo más rápido durante todo el período de pronóstico. . Dado que los paneles solares de película delgada se degradan a un ritmo mucho más lento, ofrecen una alternativa potencial a los paneles solares tradicionales de c-Si.

lAnálisis Regional

Asia-Pacífico fue la región más grande del mundo en células solares de película delgada en 2022, y se prevé que continuará expandiéndose al ritmo más alto, impulsado por muchos factores. Por ejemplo, China, el mayor mercado de energía solar fotovoltaica del mundo, aumentará el objetivo de energía renovable del 20% al 35% para 2030. Y las instalaciones solares fotovoltaicas a gran escala en China emplean principalmente tecnología de película delgada. Además, Japón también ha declarado su intención de utilizar en el futuro únicamente energía sostenible.

8 Cosas a considerar para paneles solares de película delgada de alta calidad

A la hora de comprar paneles solares no sólo hay que tener en cuenta el precio y la calidad, también hay que tener en cuenta otros factores.

Eficiencia: La alta eficiencia puede convertir una mayor cantidad de energía solar en electricidad. Generalmente, tener una mayor concentración de portadores de carga puede aumentar la eficiencia de la célula solar al aumentar la conductividad. La adición de un concentrador a una célula solar no sólo ayuda a aumentar la eficiencia, sino que también puede reducir el espacio, los materiales y el coste necesarios para producir la célula.

l Durabilidad y vida útil: Algunos módulos de película delgada también tienen problemas de degradación en diversas condiciones. Entre todos los materiales, el CdTe muestra la mejor resistencia a la degradación del rendimiento con la temperatura. Y a diferencia de otros materiales de película delgada, el CdTe tiende a ser bastante resistente a condiciones ambientales como la temperatura y la humedad, pero los paneles de CdTe flexibles pueden experimentar una degradación del rendimiento bajo tensiones o tensiones aplicadas.

Peso: Se refiere a la densidad del panel solar de película delgada. En general, los paneles solares de película delgada tienen un peso liviano, por lo que no debe tener miedo de aplicar peso muerto en su techo. No obstante, aún es necesario considerar el peso al seleccionarlos para garantizar que no se sobrecarguen durante la instalación.

l temperatura: Esto significa la temperatura mínima y máxima a la que puede funcionar el panel solar de película delgada. En general, se considera que los mejores paneles solares de película delgada tienen una temperatura mínima de -40°C y una temperatura máxima de 80°C.