¿Cuál es el modo de falla de un panel solar?

He entendido que los paneles solares no duran para siempre. Las garantías suelen ser de un par de docenas de años, y puede esperar que su panel dure quizás el doble del período de garantía.

Pero, ¿qué sucede exactamente cuando el panel falla? ¿Falla repentinamente como los discos duros de las computadoras o su rendimiento se degrada como la capacidad de las baterías? ¿Cuáles son los principios físicos detrás del panel solar defectuoso? ¿La falla está relacionada de alguna manera con el calor?

¿Las células solares fabricadas por una marca de renombre duran más que las células chinas baratas?

¿Es posible hacer un panel solar que dure esencialmente para siempre dado un precio lo suficientemente alto? Tal panel podría resultar útil si resulta que el entorno de tipos de interés bajos continúa.

Por supuesto, hay muchos tipos de células solares, por lo que la respuesta puede estar limitada a los tipos más comunes, es decir, células de silicio policristalino y monocristalino.

Tengo curiosidad por saber si los paneles solares producen más energía de la que se necesita para fabricar un nuevo panel solar. De lo contrario, solo está quemando combustibles fósiles para fabricar paneles solares.
@Chloe Esa es una buena pregunta, pero quizás no para este sitio. Tengo entendido que eventualmente devolverán la energía invertida. Obviamente, eso depende de la vida útil, por lo tanto, esta pregunta. Según Wikipedia, la recuperación es de 1 a 4 años: en.wikipedia.org/wiki/…
@Chloe Puede estimar eso calculando si se necesita más dinero para fabricar un nuevo panel solar de lo que ahorra en energía de la red durante su vida útil.
Alguien puede ir a talar un árbol, cometer un error y dejar caer el árbol sobre unos paneles solares . Eso causará una falla allí mismo.
@Chloe son solo mentiras (propaganda) fomentadas por competidores y actores estatales con un interés creado en nuestra (falta de) independencia energética, dirigidas a una audiencia receptiva (neoconservadores). No dude en preguntar en skeptics.stackexchange o Snopes. Por supuesto, todos son comprados y pagados por Al Gore;)
células chinas baratas , o incluso células baratas de cualquier país.
@NickGammon AFAIK México y Corea dejaron de producir en masa productos electrónicos de baja calidad y muy baratos hace unos 15 años. China es prácticamente la única que sigue en el juego.
@Chloe Se hizo una pregunta similar aquí: skeptics.stackexchange.com/questions/5101/…
@DmitryGrigoryev Producción en masa - cheque - muy barato - cheque - pero no consideraría la baja calidad del producto electrónico chino en ninguna declaración general.
No confiaría en los condensadores electrolíticos chinos. ¿Japoneses? Sí, confío en ellos, pero aún preferiría un dispositivo sin condensadores electrolíticos.
@Chloe ¿Qué pasa si toda la energía utilizada para producir un panel solar se produce a partir de paneles solares?
Hay muchas cuestiones políticas y económicas relacionadas con la energía solar de propiedad privada. ¿Qué pasa con las empresas de servicios públicos? ¿Qué pasa con sus inversores? En el futuro, es posible que vea regulaciones impuestas a la industria de la energía solar, probablemente en nombre de la protección del medio ambiente. ¿No están hechos en parte de arsénico?
@ richard1941 En realidad, el dopante de tipo n utilizado en las células solares es fósforo, no arsénico. E incluso si se usara arsénico, los dopantes se usan en concentraciones extremadamente bajas, por lo que no sería un problema. Algunas celdas utilizadas en aplicaciones espaciales usan arseniuro de galio, pero, de nuevo, tales celdas no se usan con mucha frecuencia en instalaciones terrestres, porque las celdas de GaAs son más caras (pero las celdas de unión múltiple ofrecen mayores eficiencias, más que compensadas por su alto costo).
@richard1941 ...y el pico de uso de electricidad sigue bastante bien el pico de producción de energía solar debido a que las personas usan electricidad durante el día, no durante la noche. Por lo tanto, las empresas de servicios públicos pueden ver una demanda más estable debido a la energía solar. En general, la energía solar es buena para el sistema eléctrico. Es especialmente bueno porque el aire acondicionado se usa a menudo: el pico de producción solar es igual al pico de demanda de aire acondicionado.
Las celdas de energía solar han estado alimentando satélites durante cincuenta años y todavía se mantienen fuertes. No estoy al tanto de ninguna física que pueda causar que se desgasten, aparte del daño eventual de los rayos cósmicos. Sin embargo, el clima atacará su cableado y electrónica. Echaría un vistazo a cómo la NASA y el Departamento de Defensa califican las células solares.
La noción de que los paneles solares cuestan más de lo que producirán en electricidad es fácilmente refutable. Supongamos el peor de los casos en el que TODO el costo de un panel solar se destinó a la energía necesaria para fabricarlo. Tome el costo del panel solar y calcule cuántos KW/h compraría con ese dinero. Ahora tome la energía producida por el panel y amortícela para determinar cuánto tiempo lleva pagar el panel. Siempre que la vida útil del panel sea mayor que ese punto de equilibrio, la celda producirá un exceso de energía. Es probable que encuentre que se amortiza muchas veces.
@ByronJones, el costo en dólares de producir el panel solar no es, por definición, proporcional al costo de la energía. Por ejemplo, una empresa podría pagar 1500 $ para fabricar un panel de 3000 $, porque recibe subsidios del estado de 1500 $ (sin importar el país en el que se encuentre, este es un escenario hipotético). Y el usuario final (comprador) también podría ganar $ 4000 en 20 años por los ahorros en el costo de la electricidad, pero esto podría deberse al aumento de los precios de la energía en el futuro. Pero este precio en dólares no es (en teoría) proporcional al costo de la energía, que podría ser de 1MWh para fabricar un panel que produzca 800KWh.
@richard1941, según tengo entendido, en España pagas un impuesto especial por cada kWh de energía solar que produce tu panel solar privado. Así que sí, su escenario "hipotético" no es tan descabellado. :) Parece que en España el sol no es gratis.
En la escuela de ingeniería aprendimos que la energía futura producida por el sistema de celdas solares tiene un valor presente neto que depende del valor futuro de la energía y las tasas de interés futuras. ¿Crees que puedes predecir eso? Es un poco más complejo que simplemente comparar el costo actual con la energía producida a precios actuales. Todo esto no tiene nada que ver con la cuestión de la fiabilidad, pero es algo a tener en cuenta. Le doy un voto positivo a Horta por abordar los modos de falla.
@SorinPostelnicu: aquí hay un enlace a un estudio científico real. Muestra que con los paneles solares modernos, el tiempo de amortización varía de un poco menos a un poco más de 1 año. Dado que la vida útil de los paneles solares modernos se mide en décadas, de hecho se amortizan muchas veces. nature.com/articles/ncomms13728

Respuestas (2)

leyendo aquíy un par de otros lugares hacen que parezca que la degradación del panel solar varía ampliamente. El origen de la fabricación no parece estar relacionado con la longevidad o, si lo está, puede ser lo contrario de lo que esperamos (a China parece que le va bien). La esencia general es que perderá una fracción de un por ciento cada año en promedio. Es probable que se deba a que los fotones de alta energía cambian ligeramente la estructura con el tiempo. La meteorización también es una preocupación. La arena arrastrada por el viento que araña la superficie y el polvo que bloquea la luz son otras dos formas en que las células se degradan. La mayoría de las instalaciones solares parecen poder manejar de 20 a 40 años de uso sin problemas, pero algunas no parecen manejar bien los ciclos térmicos. En ese caso, puede tener una falla catastrófica de una o varias celdas que provoque que se rompan los enlaces de soldadura deficientes, que se produzca delaminación o que se rompan celdas enteras.

Creo que más preocupante que la degradación de las células es la muerte de la electrónica de soporte (inversor). El costo de instalar una instalación solar en estos días está determinado en gran medida por los periféricos en lugar de los paneles en sí. La electrónica de potencia para respaldar el sistema y su modo de falla es realmente lo que estaría investigando si estuviera en su lugar, ya que creo que la probabilidad de una falla catastrófica es mucho más probable en un período de tiempo mucho más corto.

Esto parece dar un gran resumen de muchos fabricantes y sus vidas. He incluido un diagrama de allí a continuación:ingrese la descripción de la imagen aquí

+1 para la electrónica de potencia para respaldar el sistema y su modo de falla es realmente lo que estaría investigando . Estaría mucho más preocupado por la falla del sistema de almacenamiento de energía.
@DanEsparza Buen punto, pero eso no es necesariamente parte de una instalación solar. La mayoría de las grandes instalaciones no quieren gastar dinero en eso cuando solo se puede conectar a la red.
La conexión a la red es mucho más conveniente y rentable que el almacenamiento donde los incentivos no se han inclinado a favor de la empresa de servicios públicos de energía.
No estoy de acuerdo con que se deba esperar que la electrónica de potencia (presumiblemente sentada en una bonita caja seca lejos de la luz solar directa) falle antes que los paneles solares. Los equipos de energía de grado industrial a menudo están diseñados para 20 a 40 años de servicio.
@DmitryGrigoryev Buenos puntos, considere, por ejemplo, ascensores. ¿Necesitan mantenimiento frecuente aparte de las inspecciones? Además, el Toyota Prius con muchos componentes electrónicos de potencia ha demostrado ser un vehículo extremadamente duradero.
Los ascensores @juhist son críticos para la seguridad, por lo que se inspeccionan periódicamente. He visto un inversor de potencia de 500 kW que fue diseñado para una vida útil de 40 años con un solo mantenimiento después de 20 años. El mantenimiento consistió principalmente en abrir la tapa y comprobar que ninguno de los tornillos se había aflojado por la vibración. Aunque tal vez ese tipo de electrónica es demasiado cara para la energía solar...
@DmitryGrigoryev Quizás mi deseo de investigar el modo de falla de la electrónica de potencia se deriva de mi falta de experiencia con versiones de grado industrial de ellos. Es bueno saber que, en general, se sabe que son confiables.
Por lo que deduzco, la "falla catastrófica" de las celdas que usted describe daría como resultado una salida de energía cero, ¿correcto (o reducido por un factor proporcional a la cantidad de celdas falladas)? ¿Es posible que un panel falle catastróficamente de tal manera que provoque una falla en cascada o un incendio (por ejemplo, una celda defectuosa que falla y causa otros problemas para las celdas operativas conectadas a ella)?
@DoktorJ La falla catastrófica de una celda probablemente resultará en un circuito abierto. Las últimas configuraciones están equipadas con diodos de derivación, por lo que cualquier celda que falle solo reduce la salida de corriente. Ese diodo de derivación es prácticamente un cortocircuito, por lo que un cortocircuito no es realmente un problema. Es muy posible que el circuito del inversor se cierre y provoque un incendio, pero según Dmitry, eso no es probable. Tampoco hay mucho que quemar en las células de silicio, ya que se derriten a 2500 grados F.
@horta gracias por la información. Por supuesto, si una celda se sobrecalienta lo suficiente, incluso por debajo de esa marca de 2500˚, puede estar unida a cosas que se queman a temperaturas más bajas...
@DoktorJ Cierto. Creo que el aluminio o algún otro metal sería el hardware estándar. Los plásticos tendrían problemas con el calor de un panel solar.

Solo para abordar la parte "último esencialmente para siempre". A diferencia de algunos dispositivos semiconductores que pueden funcionar durante medio siglo o más, los paneles solares no tienen el privilegio de usarse en interiores. Esto significa que sufrirán los rayos UV y la corrosión y tendrán una vida útil limitada.

También se debe tener en cuenta que los paneles solares producidos en masa son relativamente nuevos, lo que significa que sus cifras de vida útil (que suelen rondar los 20-30 años) son solo una extrapolación de pruebas de envejecimiento acelerado y datos estadísticos limitados de paneles instalados hace 30 años. Es importante entender esto si está a punto de tomar una decisión de inversión basada en estos datos. Sería extremadamente cauteloso al invertir en paneles solares si mis ganancias fueran una apuesta sobre si durarán 20 años.

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