¿Sabes lo qué es un panel solar híbrido?

Orígenes

La idea de unir ambas tecnologías y de dar forma a un único sistema que permita aprovechar la energía fotovoltaica y la térmica, partió de Luis López, quien investigó con un prototipo para desarrollar el panel solar híbrido. Y del cuál solicito la patente el día 25 de Noviembre de 2006, que le fue concedida el 9 de Marzo de 2009.

Don Luis estaba intrigado por el problema que presentaban las placas solares fotovoltaicas con el aumento de la temperatura. El rendimiento de las células fotovoltaicas que se comercializan en la actualidad está comprendido entre un 15% y un 25%, es decir, que sólo una pequeña parte de la energía lumínica se aprovecha realmente en forma de energía eléctrica. Este rendimiento es menor cuanto más alta es la temperatura.  El aumento de temperatura en las células supone un incremento en la corriente, pero al mismo tiempo una disminución mucho mayor, en proporción, de la tensión.

Con su diseño, se pretendía conseguir un incremento notable en la eficiencia de los paneles solares, que él preveío sería superior al 15%sobre la potencia de pico suministrada por el panel F.V. (fotovoltaico) normal. Este incremento de potencia es muy significativo, ya que la eficiencia conseguida en los paneles que se comercializan actualmente está situada entre el 15% y el 25%.

Por otra parte, actualmente para instalar energía solar fotovoltaica y térmica antes de la producción y comercialización de los paneles solares híbridos, requería de dos instalaciones completamente independientes en el lugar de captación que habitualmente es la cubierta de los edificios; esto implica tener que disponer de una mayor superficie para realizar ambas instalaciones.

 

¿Qué beneficios tiene un panel solar híbrido?

 

Tipo	Beneficio
Híbrido-agua	Un panel híbrido aprovecha hasta un 40% de la pérdida de calor de la cara posterior.
	A diferencia de los híbridos convencionales, el nuevo panel solar híbrido ECOMESH recupera hasta un 40%, el calor que se pierde por la cara frontal, logrando así la máxima eficiencia.
	Ahorro de hasta un 40% de superficie sobre la instalación de placas fotovoltaicas mas placas térmicas
	Aumento del rendimiento de las células fotovoltaicas en un 15%
	La nueva generación triplica la producción térmica con respecto a los primeros híbridos
Aero-voltaicos	Aumento del rendimiento de las células fotovoltaicas alrededor de  un 10%
	Reducción del consumo para climatización de la vivienda.
	Sistema de integración e impermeabilizado en la cubierta.
	Capaz de suministrar aire a más de 22 ° C con tiempo nublado y una temperatura exterior de 5°C en diciembre.
	Capaz de suministrar aire 3°C más frio que el aire exterior en una noche típica de julio con cielo despejado.

Pero ¿qué es un panel solar híbrido?

Todos conocemos la existencia de placas solares térmicas, para calentar agua  que luego utilizaremos bien para poder ducharnos o para la calefacción. Y las placas fotovoltaicas que generan electricidad que normalmente almacenamos en baterías para consumo propio y el exceso lo vendemos a la red eléctrica. Pero desde hace unos años también existe un tipo de placas que combina las dos anteriores, y otras que producen electricidad y al mismo tiempo hacen circular aire por su interior, para climatizar la vivienda por como un aire acondicionado, con aporte de aire renovado del exterior.

¿Qué empresas están desarrollando este sistema?

EndeF Engineering

Esta empresa es la responsable de lanzar al mercado una placa solar híbrida, fotovoltaica y térmica. Los comienzos de Endef se dieron en el concurso, el Solar Decathlon Europe 2012, conocido como la olimpiada de las casas eficientes. Los fundadores de Endef participaron en la propuesta presentada por la Universidad de Zaragoza, en la que los primeros prototipos de sus paneles fueron probados con éxitoc.  Desde entonces la empresa ha recorrido un camino con muchos premios. Incluido uno del Concurso IDEA en su edición de 2014 que les concedió el Gobierno de Aragón.

Systovi

Esta empresa de origen francés se creó a finales de 2008. Systovi era una empresa industrial que suministra sistemas de tejado fotovoltaicos integrados en edificios (BIPV) al 100%, cumpliendo con los requisitos de las regulaciones francesas definidas por el CEIAB (Comité d’Evaluation des produits photovoltaïques Intégrés au Bâti – Comité para la evaluación de la construcción de productos fotovoltaicos integrados). En 2011 y sobre la base de una implementación para captadores, impermeable y hermético, se desarrolló un proceso único de recuperación de calor bajo los paneles solares. Esto llevó a Toiture Active (Active Roof), una solución que recibió el trofeo “Territoire Innovation” un año después.

Principio de funcionamiento del panel solar híbrido

Un panel solar híbrido, también denominado panel fotovoltaico-térmico o PVT, combina en un mismo módulo la generación de electricidad y el aprovechamiento del calor residual. Las células fotovoltaicas convierten en electricidad únicamente la fracción de la radiación solar que corresponde a su banda de absorción; el resto se disipa en forma de calor sobre la propia superficie del panel. En un módulo convencional, ese calor eleva la temperatura de trabajo y reduce el rendimiento eléctrico.

En el panel híbrido se acopla un absorbedor térmico en la cara posterior de las células. Por su interior circula un fluido caloportador, normalmente agua con anticongelante, que extrae el exceso de temperatura y lo transporta hasta un depósito de acumulación. De este modo, el panel cumple dos funciones simultáneas: produce electricidad y, al mismo tiempo, agua caliente sanitaria o apoyo a la calefacción. La refrigeración activa de las células permite mantenerlas en un rango de temperatura más bajo, lo que se traduce en una mayor producción eléctrica anual.

El balance energético global de un panel híbrido puede superar ampliamente el de dos sistemas independientes que ocupen la misma superficie. La fracción térmica aprovecha una parte de la energía que, en una instalación fotovoltaica común, se perdería en forma de calor. Por ello, estos paneles resultan especialmente interesantes en climas con alta radiación y temperaturas elevadas, donde el enfriamiento de las células aporta una mejora proporcionalmente mayor.

Componentes principales del panel solar híbrido

La construcción de un panel solar híbrido parte de la estructura de un módulo fotovoltaico convencional, pero incorpora elementos adicionales encargados de la captación térmica. Sobre una lámina de vidrio templado se sitúan las células fotovoltaicas encapsuladas en etileno-acetato de vinilo (EVA), que las protege de la humedad y de los impactos. A continuación se coloca el absorbedor térmico, fabricado generalmente en aluminio o cobre, con tubos soldados o embutidos por los que circula el fluido caloportador.

El conjunto se cierra con una capa de aislamiento térmico en la parte posterior para reducir las pérdidas de calor hacia el exterior, y todo ello se inserta en un marco rígido que facilita la fijación a la cubierta o al soporte. En la caja de conexiones se encuentran los terminales eléctricos del circuito fotovoltaico, mientras que las conexiones hidráulicas de entrada y salida del fluido se sitúan en los laterales o en la parte trasera del módulo.

• Células fotovoltaicas de silicio monocristalino o policristalino, seleccionadas por su respuesta eléctrica a alta temperatura.
• Absorbedor térmico de aluminio o cobre, con tratamiento selectivo para maximizar la transferencia de calor.
• Tuberías de circulación integradas, diseñadas para soportar presiones de trabajo habituales en circuitos cerrados.
• Aislamiento posterior de lana de roca, poliuretano o espuma elastomérica.
• Vidrio templado de alta transmisividad y encapsulantes resistentes a la intemperie.

Ventajas frente a la instalación de sistemas separados

La principal ventaja práctica del panel solar híbrido es el aprovechamiento intensivo de la superficie de cubierta. En edificios con espacio limitado, instalar por un lado paneles fotovoltaicos y por otro captadores solares térmicos puede resultar inviable. El módulo híbrido proporciona ambas formas de energía desde el mismo plano de cubierta, lo que simplifica la integración arquitectónica y reduce el número de elementos visibles.

Además, al refrigerar las células, se incrementa la producción eléctrica durante las horas centrales del día, que coincide con la mayor demanda de agua caliente en muchas viviendas y establecimientos. La eficiencia global del sistema, sumando electricidad y calor útil, puede alcanzar valores de entre el 60% y el 80%, muy por encima del 15% al 25% de un panel fotovoltaico convencional. Esto se traduce en una amortización más rápida de la inversión, sobre todo en instalaciones con consumo elevado de agua caliente.

Otra ventaja es la reducción del efecto isla de calor en cubiertas urbanas: al extraer el calor del panel y trasladarlo a un depósito térmico, se evita que la parte posterior del módulo irradie tanta energía al entorno. Asimismo, la integración de ambos circuitos en un único producto simplifica la logística, el transporte y la puesta en obra, frente a la compra de dos tecnologías por separado.

Aplicaciones habituales y requisitos de instalación

Los paneles solares híbridos se adaptan a aplicaciones residenciales y del sector terciario. En viviendas unifamiliares y comunidades de vecinos se emplean para producir electricidad de autoconsumo y agua caliente sanitaria, reduciendo la dependencia de la red eléctrica y de calderas convencionales. En hoteles, residencias de mayores, hospitales, polideportivos y lavanderías industriales, el elevado consumo simultáneo de electricidad y agua caliente convierte al panel híbrido en una solución especialmente rentable.

La instalación requiere un circuito hidráulico cerrado con bomba de circulación, vaso de expansión, válvulas de seguridad, purgador y un depósito de acumulación dimensionado según la demanda. El fluido debe ser una mezcla de agua y anticongelante en proporción adecuada a la zona climática, para evitar congelaciones en invierno y sobrecalentamientos en verano. Es recomendable incluir un sistema de control que active la bomba solo cuando la temperatura del absorbedor supere en algunos grados la del acumulador, optimizando así el consumo eléctrico auxiliar.

En climas muy fríos o con riesgo de estancamiento, conviene prever un disipador de calor o un sistema de drenaje automático. El mantenimiento periódico incluye la limpieza de la superficie acristalada, la comprobación de la estanqueidad de las uniones hidráulicas, la revisión del estado del fluido y la verificación del aislamiento de las conexiones eléctricas. Con un diseño cuidadoso y un mantenimiento adecuado, un panel solar híbrido puede ofrecer una vida útil superior a los veinte años.

Este artículo ha sido redactado por: Marcos Carbonell