Una célula solar fotovoltaica, también conocida como célula solar, es un dispositivo que convierte la luz solar directamente en electricidad. Utiliza el efecto fotovoltaico, un fenómeno en el que los fotones de luz excitan a los electrones en un material, haciéndolos fluir y generar electricidad. Las células solares son los componentes básicos de los módulos fotovoltaicos, comúnmente conocidos como paneles solares.

La mayoría de los módulos fotovoltaicos del mercado actual están hechos de silicio cristalino, con una cuota de mercado de alrededor del 95%. Sin embargo, también existen células solares de capa delgada que utilizan telururo de cadmio (CdTe) como materia prima.

Estructura y materiales de un módulo fotovoltaico

Si bien existen diversas soluciones y materiales disponibles, la estructura básica de un panel solar sigue una filosofía común entre los fabricantes. A continuación, se detalla un desglose de los componentes clave y sus materiales:

• Células fotovoltaicas: Son el corazón del panel, responsables de captar la luz solar y convertirla en electricidad. Pueden ser monocristalinas o policristalinas según el proceso de fabricación, pero esto no afecta significativamente la producción del módulo en sí. Las características clave a considerar incluyen el tamaño, el color, el número de conductores eléctricos (barras colectoras) y, lo más importante, la eficiencia de conversión. La eficiencia de conversión afecta directamente a la potencia de salida del panel. Actualmente, las células policristalinas son las más comunes con una eficiencia de alrededor del 17,6%, lo que se traduce en un módulo fotovoltaico de 250 vatios con 60 células. Estas células están interconectadas mediante cintas delgadas de cobre recubiertas con una aleación de estaño, llamadas ribbons.

• Vidrio frontal: Este es el componente más pesado, ya que proporciona protección, integridad estructural y alta transparencia para la penetración de la luz solar. El grosor suele oscilar entre 2 mm y 4 mm dependiendo del tipo de vidrio elegido. Las características importantes a tener en cuenta son la calidad del endurecimiento, la transmitancia espectral (longitudes de onda de luz que pueden atravesar) y la transmitancia de luz (cantidad total de luz que atraviesa). También están disponibles vidrios especializados con superficies texturizadas para una mejor captación de la luz. Una selección cuidadosa y revestimientos antirreflectantes adicionales pueden mejorar la eficiencia general del módulo.

• Lámina posterior: Como su nombre lo indica, se trata de una lámina de plástico en la parte posterior del módulo. Aísla eléctricamente, protege y resguarda las células solares de factores ambientales como la humedad. Las láminas posteriores suelen ser blancas y vienen en rollos o láminas. Existen variaciones en el grosor, el color y la inclusión de materiales específicos para una mayor protección o resistencia mecánica.

• Material encapsulante: Este material actúa como agente aglutinante entre las distintas capas del panel solar. El acetato de vinilo de etilo (EVA) es el encapsulante más común, un polímero translúcido que se aplica en láminas antes y después de las células fotovoltaicas. Durante un proceso de laminación al vacío, el EVA se transforma en un gel transparente, incorporando efectivamente las células solares. La calidad de este proceso de laminación afecta significativamente la vida útil del módulo, mientras que el encapsulante en sí afecta la transmisión de luz, la velocidad de procesamiento y la resistencia al amarillamiento por los rayos UV.

• Marco: Generalmente hecho de aluminio, el marco proporciona robustez estructural y facilita el montaje seguro del módulo fotovoltaico. Se aplica una capa de sellador alrededor de los bordes del panel junto con el marco para evitar la entrada de humedad. La silicona es el sellador más utilizado, aunque también se pueden emplear cintas selladoras especiales. Para aplicaciones específicas, existen módulos sin marco o con soluciones especiales de lámina posterior de plástico. Estos a menudo involucran soportes traseros pegados o tecnología de vidrio sobre vidrio.

• Caja de conexiones: Esta caja externa alberga las conexiones eléctricas del módulo fotovoltaico. Contiene diodos de bypass para la gestión de sombras y cables para conectar múltiples paneles en una matriz solar. Los factores clave a considerar al elegir una caja de conexiones incluyen la calidad del plástico utilizado, la efectividad del sellado, el tipo de conexión de cinta y la calidad de los diodos bypass. Los avances recientes incluyen cajas de conexiones con diodos especiales de baja pérdida o microinversores integrados, aunque su adopción generalizada está limitada por el costo.