La prise de conscience croissante des problèmes environnementaux et de la nécessité de sources d’énergie durables a conduit à une augmentation significative de l’adoption de panneaux photovoltaïques dans le monde.
Les panneaux photovoltaïques sont un type de panneaux solaires dont la fonction est de produire de l'électricité à partir de la lumière du soleil. Ces types de panneaux sont un composant essentiel de toutes les installations photovoltaïques.
Comment fonctionnent les panneaux photovoltaïques ?
Les panneaux photovoltaïques profitent de l’effet photovoltaïque, qui repose sur la capacité de certains matériaux à générer de l’électricité lorsqu’ils sont exposés au soleil.
Au niveau atomique, ce processus se produit en raison du mouvement des électrons dans le matériau lorsqu’ils sont frappés par des photons de la lumière solaire.
Voici une description détaillée du fonctionnement des panneaux photovoltaïques :
Matériaux photovoltaïques
Les matériaux photovoltaïques utilisés dans les panneaux solaires sont généralement de deux types : le silicium cristallin et le silicium amorphe. Le silicium cristallin est le plus courant et le plus efficace, tandis que le silicium amorphe est plus flexible et utilisé dans des applications spécifiques, telles que les panneaux minces.
Production d'électricité
Lorsque la lumière du soleil frappe la surface d’un panneau photovoltaïque, l’énergie des photons lumineux excite les électrons de surface des atomes de silicium, les faisant sauter vers un autre atome.
Cette propriété crée un flux d'électrons ou de courant électrique, qui est capturé et canalisé via des câbles connectés au panneau .
Le courant électrique généré par les panneaux solaires se présente sous forme de courant continu (DC). Pour être utilisé dans la plupart des applications électriques, ce courant doit être converti en courant alternatif (AC) à l'aide d'un appareil appelé onduleur solaire.
Une autre option consiste à stocker l’électricité produite dans des batteries pour l’utiliser la nuit ou par temps nuageux. Dans ce cas, il n’est pas nécessaire de convertir le courant, mais je recommande d’installer un régulateur de charge.
Utilisations et applications des panneaux photovoltaïques
Les modules photovoltaïques sont utilisés pour produire de l'électricité. Cependant, les caractéristiques de ces panneaux en font un choix idéal pour une large gamme d’applications dans diverses industries et environnements.
Ci-dessous, je vous propose quelques-unes des applications les plus courantes :
Production d'énergie électrique pour le réseau électrique
De nombreuses compagnies d’électricité achètent l’excédent d’électricité produit par les petits et moyens producteurs pour contribuer à approvisionner le reste de la population.
De l'électricité pour les maisons isolées
Dans les zones rurales ou isolées où l’accès au réseau électrique traditionnel n’est pas possible, les panneaux solaires constituent une solution viable pour produire de l’électricité.
Cela permet aux gens de vivre plus confortablement et de manière durable sans avoir besoin de construire de longues lignes électriques.
Électrification des véhicules
Los coches solares son un tipo de vehículos eléctricos que utilizan paneles solares para cargar sus baterías mientras están estacionados. Esta solución permite aumentar la eficiencia y la autonomía del vehículo reduciendo la dependencia de la red eléctrica.
A pesar de que esta opción todavía se encuentra en una fase embrionaria de desarrollo, numerosas empresas están invirtiendo para poder producir este tipo de vehículos a un costo razonable.
Bombeo de agua
En regiones agrícolas y áreas donde se necesita agua para riego o consumo, los paneles solares se utilizan para alimentar bombas de agua, reduciendo la necesidad de motores de combustión y la dependencia de fuentes de energía convencionales.
Aplicaciones espaciales
Los paneles solares también se utilizan en naves espaciales y satélites para convertir la luz solar en energía eléctrica en el vacío del espacio. La eficiencia de los paneles fotovoltaicos es mucho mayor en el espacio ya que no se pierde la parte de la radiación que absorbe la atmósfera de la Tierra .
Ventajas de los paneles fotovoltaicos
La adopción de paneles solares se ha acelerado debido a una serie de ventajas clave:
Energía renovable y sostenible
La energía solar es inagotable y amigable con el medio ambiente, ya que no emite gases de efecto invernadero ni otros contaminantes durante su funcionamiento.
Reducción de costos a largo plazo
A pesar de la inversión inicial, los paneles solares reducen significativamente los costos de electricidad a lo largo del tiempo, ya que la luz solar es gratuita y abundante.
Independencia energética
La generación de electricidad a partir de paneles solares otorga a los usuarios una mayor independencia de las fluctuaciones en los precios de los combustibles fósiles y de la red eléctrica.
Bajos costos de mantenimiento
Los paneles fotovoltaicos requieren un mantenimiento mínimo y tienen una vida útil de décadas, lo que los convierte en una inversión a largo plazo.
Inconvenientes
A pesar de las numerosas ventajas, la adopción generalizada de paneles solares también enfrenta desafíos:
Costo inicial
La instalación de un sistema fotovoltaico puede ser costosa, aunque los costos han disminuido significativamente en los últimos años debido a avances tecnológicos y subsidios gubernamentales.
Variabilidad climática
La cantidad de energía generada por los paneles solares depende de las condiciones climáticas y la ubicación geográfica. Los días nublados o lluviosos pueden reducir la eficiencia de generación.
Almacenamiento de energía
La falta de una solución de almacenamiento efectiva puede hacer que la energía solar sea menos confiable durante la noche o en días nublados.
Impacto ambiental de la fabricación
La producción de paneles solares implica la extracción y procesamiento de materiales, lo que tiene un impacto ambiental inicial. Sin embargo, este impacto suele ser menor que el de la producción de energía a partir de combustibles fósiles.
Producción eléctrica de los paneles fotovoltaicos
Los valores de la tabla que te presento a continuación se basan en condiciones estándar de prueba (STC) y para cada tipo de panel solar (1.9m2) en una región con un promedio de 6 horas de sol al día:
|
Tipo de panel solar |
Producción estimada (Wp) por panel |
Producción promedio diaria (Wh) |
|
Silicio monocristalino |
300-400 Wp |
1800-2400 Wh |
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Silicio policristalino |
250-350 Wp |
1500-2100 Wh |
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Silicio amorfo (thin-film) |
150-250 Wp |
900-1500 Wh |
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Paneles bifaciales |
350-450 Wp (puede variar más) |
2100-2700 Wh (puede variar más) |
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Paneles de capa fina (CIGS) |
200-300 Wp |
1200-1800 Wh |
Cálculo de ejemplo: ¿Cuántas placas solares necesito para una casa de 150m2?
La cantidad de paneles fotovoltaicos que necesitas para abastecer una casa de 150 metros cuadrados con electricidad depende de varios factores, incluyendo el consumo eléctrico promedio, la ubicación geográfica, el tipo de paneles escojido y la orientación e inclinación de los paneles.
Sin embargo, para obtener una estimación aproximada, se puede considerar que en áreas con buena radiación solar, un panel solar típico de 300-400 vatios-pico (Wp) puede producir alrededor de 1.5-2.0 kilovatios-hora (kWh) de electricidad por día bajo condiciones ideales (aproximadamente 6 horas de sol efectivas al día).
Si tu casa consume, por ejemplo, 20 kWh por día, necesitarías alrededor de 10 a 13 paneles solares de 300 Wp cada uno para cubrir esa demanda diaria bajo condiciones ideales.
Condiciones estándar de prueba (STC) de un panel solar
Las "condiciones estándar de prueba" (STC, por sus siglas en inglés) se utilizan para estandarizar la medición de las características de rendimiento de los paneles solares y permitir comparaciones precisas entre diferentes fabricantes y modelos. Las condiciones estándar de prueba son las siguientes:
- Irradiancia solar: La irradiancia solar es de 1000 vatios por metro cuadrado (W/m²).
- Temperatura de la celda: La temperatura de la celda solar se mantiene a 25 grados Celsius (77 grados Fahrenheit) durante las pruebas.
- Espectro de la luz solar: La luz solar utilizada para las pruebas se ajusta al espectro AM1.5, que representa la distribución de energía de la luz solar en la atmósfera terrestre al mediodía.
- Ángulo de incidencia: El ángulo de incidencia de la luz solar se ajusta para que sea perpendicular al panel solar.
- Vitesse du vent : La vitesse du vent est maintenue à zéro.