Efectos del calor en paneles solares

A pesar de que los paneles solares dependen del sol para generar energía, el calor es uno de sus mayores enemigos. Las altas temperaturas afectan negativamente en su rendimiento y pueden reducir su eficiencia considerablemente, repercutiendo en una pérdida de producción energética muy importante. Tanto a nivel de autoconsumo como de plantas a gran escala, esto se traduce en una pérdida de oportunidad, tanto sostenible como económica. En este artículo vamos a ver el efecto del calor en los módulos solares y las posibles soluciones para mitigar su impacto.

Introducción 

Como hemos explicado en nuestro blog anteriormente, los paneles solares están formados por células fotovoltaicas hechas principalmente de silicio, un material semiconductor que reacciona cuando la luz solar incide en él. Los fotones hacen actuar a los electrones del silicio, generando la corriente eléctrica que se transformará según la aplicación para la que estén destinados los módulos solares.

¿Cómo influye el calor? 

La radiación solar es la gran aliada de los módulos fotovoltaicos, que pueden aprovecharla cuando es directa o incluso difusa (la que llega a la tierra reflejada en las nubes). Sin embargo, la relación entre la temperatura y la eficiencia de los paneles solares es inversamente proporcional: a medida que la primera aumenta, la eficiencia de conversión de los paneles disminuye. De ahí que, además, cobre tanta importancia el mantenimiento de los módulos, para garantizar su buen funcionamiento con el paso del tiempo y su exposición a fenómenos climatológicos como olas de calor, cada vez más comunes debido al cambio climático.

Efectos adversos del calor 

Podemos distinguir tres efectos nocivos del calor sobre estos equipos.

1. Disminuye el Voltaje de Salida

A medida que la temperatura de las células solares aumenta, el voltaje que generan a su salida disminuye, produciendo menos electricidad. Se trata de un fenómeno natural de los semiconductores como el silicio, donde el calor excesivo afecta negativamente a la velocidad de los electrones en movimiento.

2. Menor eficiencia de conversión

La eficiencia de un panel solar es la proporción de la energía solar que se convierte en electricidad. Cuando la temperatura aumenta, la eficiencia de conversión disminuye debido a la pérdida de voltaje mencionada en el punto anterior. Según múltiples estudios, por cada grado Celsius de aumento de un panel solar respecto a su temperatura estándar de prueba (25 °C, normalmente), la eficiencia de conversión puede disminuir entre un 0,3% y un 0,5%, según el modelo, el fabricante y la tecnología. En regiones con altas temperaturas, como los desiertos, este efecto es sumamente significativo.

3. Degradación

El calor no solo afecta la eficiencia a corto plazo de los paneles solares, sino que también puede contribuir a la degradación de estos con el tiempo. La exposición constante a altas temperaturas puede acelerar el envejecimiento de los materiales que componen los paneles solares. Esto incluye la delaminación, donde las capas de un panel solar se separan, y la degradación de los materiales encapsulantes que protegen las células solares. Estos efectos pueden reducir la vida útil de los paneles y, en casos extremos, causar fallos prematuros.

Más allá de las condiciones externas, fallos en la configuración de los paneles pueden ocasionar aumentos internos de temperatura que son igualmente perjudiciales. Algunos de los más comunes son:

El diseño del sistema y su instalación

El diseño y la instalación de un sistema solar tienen un impacto significativo en la temperatura de funcionamiento de los módulos. El ejemplo más claro es el de un proyecto de autoconsumo en tejado, con poca ventilación o en áreas con un flujo de aire limitado. En estos casos, la refrigeración natural es casi nula y se puede experimentar un mayor aumento de temperatura en las celdas. La orientación de los paneles también juega un papel importante, puesto que los que se instalan en ángulos que no permiten una adecuada dispersión del calor pueden sobrecalentarse de manera más fácil.

Condiciones climáticas

Las condiciones climáticas locales, como olas de calor, radiación solar intensa, falta de viento, o acumulación de polvo que impide refrigeración natural, pueden aumentar considerablemente la temperatura de los paneles solares. Un caso claro son las zonas desérticas, como hemos mencionado antes.

Calor residual

Otro concepto importante asociado al calor es el que denominamos residual, y que hace referencia al que se origina en zonas urbanas que son significativamente más cálidas que entornos naturales y/o rurales. En estos casos, este tipo de proyectos operarán en condiciones climáticas más altas que en zonas abiertas y rurales.

¿Cómo hacer frente al calor extremo? 

Vista la influencia negativa del calor en los paneles solares, es importante saber que hay ciertas maneras de mitigar ese impacto. Algunas de las soluciones más empleadas son:

1. Materiales avanzados

Con el aumento de la inversión en I+D de los grandes fabricantes, la promesa de materiales avanzados que sean menos sensibles al calor se va convirtiendo en una realidad. Actualmente, se exploran nuevos materiales semiconductores que tienen una menor dependencia de la temperatura, lo que podría mejorar la eficiencia de los paneles solares incluso en condiciones de calor extremo. El ejemplo más claro es la perovskita, que ya ha mostrado un gran potencial para mantener una alta eficiencia a temperaturas elevadas.

2. Diseño de los Paneles

El diseño de los paneles solares también puede optimizarse para mejorar la disipación del calor. Esto incluye la incorporación de sistemas de enfriamiento pasivo, como aletas de enfriamiento y diseños que maximicen la convección natural, permitiendo que el aire circule y elimine el exceso de calor. Además, los paneles bifaciales, que pueden capturar la luz solar tanto en la parte frontal como en la trasera, pueden distribuir mejor la absorción de calor, reduciendo la acumulación de calor en una sola superficie.

3. Sistemas de refrigeración

En situaciones donde las temperaturas son extremadamente altas, los sistemas de enfriamiento denominados “activos” pueden ser una solución efectiva. Se trata de sistemas que incluyen el uso de agua o aire para enfriar de manera continua los paneles solares, manteniendo su temperatura en niveles óptimos para la generación de electricidad. Aunque estos sistemas pueden aumentar los costes y la complejidad de la instalación, pueden ser beneficiosos en entornos donde la pérdida de eficiencia por calor es significativa. La solar fotovoltaica, por ejemplo, es un claro caso de sistema solar con enfriamiento de manera natural.

4. Instalación y orientación

Cuando se diseña e instala un sistema se deben considerar factores como la ventilación, el ángulo de inclinación y la ubicación, con el objetivo de asegurar que los paneles tengan suficiente flujo de aire y estén en la mejor posición para evitar la acumulación excesiva de calor.

5. Recubrimientos reflejantes

El uso de recubrimientos reflejantes es otra técnica que puede ayudar a reducir la temperatura de los paneles solares, dado que pueden reflejar una parte del calor que normalmente sería absorbido por el panel, reduciendo así su temperatura operativa. Los recubrimientos de óxido de titanio o silicio, por ejemplo, suelen ser efectivos para disminuir la temperatura sin afectar significativamente la absorción de luz solar.

Mejoras futuras para evitar mayores problemas 

Como hemos visto en este artículo, el calor es un importante enemigo de la eficiencia de los paneles fotovoltaicos. No obstante, como es habitual en la transición energética, este enorme desafío se convierte en una gran oportunidad para investigar y aprovechar:

1. A medida que aumenta la investigación en nuevos materiales como la perovskita, se podría dar lugar a paneles solares que no solo sean más eficientes, sino también más resistentes al calor.
2. Tecnologías novedosas de refrigeración. Mediante métodos innovadores como la gestión térmica avanzada o incluso tecnologías de refrigeración fotovoltaica híbrida, los paneles del futuro podrían diseñarse y fabricarse con este tipo de soluciones.
3. Inteligencia Artificial: Como vimos en el anterior artículo de este blog, la inteligencia artificial (IA) desempeñará un papel clave en la gestión térmica de los sistemas solares, optimizando el rendimiento en tiempo real y ajustando automáticamente los ángulos, orientaciones y sistemas de enfriamiento según las condiciones climáticas.

Como conclusión, este tipo de mejoras tecnológicas no solo permitirá que los paneles fotovoltaicos puedan operar más tiempo en condiciones estándar, sino que permitirá llevar la tecnología a zonas con condiciones climáticas más agresivas, pero pudiendo aprovechar sus numerosas horas de radiación solar para producir electricidad.