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¡Hola Mundo!

Cómo contribuye 'Silicon Ball' a BIPV: fachadas y ventanas solares

El mercado de energía fotovoltaica integrada en edificios (BIPV) está preparado para un crecimiento significativo a una tasa de crecimiento anual compuesta (CAGR) de alrededor 20% de 2024 2032 a. 

Actualmente, si bien c-Si y los paneles de película delgada son tecnologías dominantes en este mercado, todavía existen desafíos en sus aplicaciones del mundo real que potencialmente pueden obstaculizar el desarrollo de BIPV.

La aparición de la "bola de silicio" presenta una solución prometedora para BIPV, que combina ventajas de las que otras tecnologías pueden carecer. Este artículo le guiará a través de la 'bola de silicona', junto con una comparación con otras soluciones BIPV.

Módulo solar transparente a base de bolas de silicio
Fuente: SOFTPV

Fondo de bola de silicio

Uso restringido de la tecnología tradicional c-Si

Si bien está bien establecida, la tecnología tradicional de c-Si se limita en gran medida a instalaciones solares en tejados dentro del dominio de BIPV. Esta restricción se debe principalmente al hecho de que los materiales de c-Si son relativamente gruesos (150-200 μm), haciéndolos inadecuados para aplicaciones en fachadas de edificios o ventanas donde La transparencia es un requisito crucial..

Además, no se puede lograr una buena transparencia simplemente reduciendo su espesor, ya que cortar estos materiales demasiado finos comprometería significativamente la eficiencia y haría que los paneles fueran más propensos a agrietarse o romperse bajo estrés mecánico o impacto.

Oferta limitada de tecnología CdTe

Aunque hemos concluido en este articulo Aunque la tecnología CdTe es una solución BIPV probada para fachadas o ventanas de edificios, el suministro de sus materias primas es relativamente limitado en comparación con el silicio. Esto podría representar un desafío, particularmente si hay planes de expansión a gran escala.

El equipo detrás de Silicon Ball

A medida que el mercado BIPV continúa creciendo, los equipos de todo el mundo buscan activamente soluciones innovadoras para superar los desafíos que surgen durante el desarrollo de proyectos BIPV.

El concepto de "bola de silicio" fue propuesto e implementado por primera vez por la startup de tecnología solar SOFTPV, con sede en Corea.

Fundada en 2017, esta empresa está dirigida por el Dr. James Hyeonwoo Ahn, quien tiene más de dos décadas de experiencia en los campos de materiales solares y electrónicos. Desde su creación, la empresa ha estado dedicada a soluciones basadas en silicio para BIPV. 

bajo el apoyo SOFTPV, formado por un grupo de expertos compuesto por profesores, investigadores y profesionales con doctorados en diversos campos, incluida la ingeniería eléctrica, la ciencia de los materiales y más, sigue perfeccionando sus soluciones BIPV basadas en bolas de silicio y se esfuerza por su comercialización.

¿Qué es una bola de silicona? ¿Cómo se fabrica?

Como señala la empresa, una bola de silicio es una partícula solar esférica fabricado con polisilicio. 

Fabricación de diferentes capas

El proceso de fabricación implica fundir el material de polisilicio dopado con boro a altas temperaturas y luego enfriarlo en condiciones controladas para formar bolas de un tamaño específico, que van desde 0.35 a 1.8mm de diámetro 

A continuación, la capa semiconductora de tipo n, formada por la difusión de oxicloruro de fósforo (POCl3), se añade a estas bolas. Esta adición, combinada con el material tipo p existente, crea la unión pn.

Luego, se aplica una capa de pasivación para reducir la recombinación de los portadores de carga, seguida de la adición de una capa antirreflectante para maximizar la absorción de luz, similar a los paneles tradicionales de c-Si.

Por último, se agrega una capa de óxido conductor transparente (TCO) para recolectar corriente, reducir la resistencia en serie y mejorar el rendimiento general de estas bolas.

Formación de electrodos

La formación de los electrodos de estas bolas de silicio es un proceso mucho más complejo, ya que implica la manipulación de un objeto de sólo aproximadamente 1 mm de diámetro.

En primer lugar, se corta un lado de la bola de silicona y se pule. El centro de la superficie pulida, es decir, el área del material tipo p, se procesa para convertirlo en el ánodo (+) imprimiendo pasta conductora y realizando un tratamiento térmico sofisticado, mientras que la periferia exterior se convierte en el cátodo (-) utilizando un procesamiento similar.

El siguiente esquema ilustra las ubicaciones y estructuras de los electrodos.

Electrodos de una bola solar de silicio

¿Qué es la solución BIPV basada en bolas de silicio?

Tras la fabricación de múltiples capas y la formación de electrodos, se crea una bola de silicio completa. En esencia, tal pelota sirve como celda solar equivalentes a los que se encuentran en los paneles c-Si planos tradicionales.

Ensamblaje del módulo

Al igual que los paneles tradicionales, estas bolas solares de silicio deben conectarse entre sí para formar un sistema completo que proporcione potencias de salida específicas.

En aplicaciones BIPV, un panel cuando se utiliza en la fachada o como vidrio de ventana debe poseer cierta transparencia. De lo contrario, no tendría ningún sentido.

Estas bolas solares de silicio están conectadas de una manera distintiva para brindar flexibilidad en la transparencia.

El sustrato utilizado para ensamblar estas bolas de silicio presenta patrones de circuitos eléctricos mediante impresión, independientemente de si se trata de un laminado rígido o una película flexible.

Luego, las bolas solares se montan sobre el sustrato utilizando la tecnología de montaje en superficie (SMT) proceso. La electricidad generada por las bolas de silicio fluye a través del circuito impreso que está configurado en conexiones en serie y/o paralelo para suministrar el voltaje y la corriente requeridos.

Características avanzadas

La película utilizada como sustrato es transparente en sí misma. Además, la transparencia global de tal tipo de módulo solar se puede ajustar mediante controlando el tamaño y el espaciado de las bolas de silicio. En otras palabras, bolas más grandes y espaciamientos más pequeños conducirán a un mayor rendimiento energético pero a una menor transparencia; y viceversa.

En particular, a diferencia de los sustratos planos rígidos tradicionales, el sustrato de película utilizado en estos módulos solares de bolas de silicio es Flexible y se puede moldear a medida y teñir con color.. Estas propiedades abren amplias posibilidades en aplicaciones BIPV.

Además, el sustrato impreso con circuito PCB también sirve como plataforma y puede equiparse con componentes electrónicos como LED, sensores, chips y microbaterías para crear un módulo solar BIPV inteligente. Esta versatilidad definitivamente lleva la imaginación a nuevas alturas en BIPV.

BIPV basado en bolas de silicio frente a otras soluciones

Sin duda, esta solución BIPV basada en bolas de silicio presenta una desviación única de otras soluciones BIPV disponibles.

Por un lado, este módulo de bola de silicio presenta un enfoque único para hacer que los módulos basados ​​en silicio sean lo suficientemente transparentes para su adopción en fachadas y ventanas de edificios. El diseño de forma de esfera tridimensional logra una obstrucción visual mínima y al mismo tiempo ofrece una cantidad máxima de superficie para absorción.

Este enfoque contrasta marcadamente con el enfoque utilizado en los paneles CdTe BIPV. Este último ajusta la transparencia controlando el espesor o la densidad de sus materiales fotovoltaicos continuos. 

Y a diferencia de los paneles de bolas de silicio, estos paneles solares transparentes de CdTe suelen tener su capa fotovoltaica y las capas asociadas intercaladas entre dos vidrios templados para formar un módulo completo. Generalmente se instalan para fachadas o ventanas nuevas, o se utilizan para sustituir materiales actuales.

Si bien técnicamente pueden ensamblarse e instalarse como paneles transparentes CdTe BIPV, estos paneles solares de bolas de silicio ofrecen una solución más optimizada, que permite una fijación sencilla a las superficies interiores de fachadas y ventanas. Esta ventaja permite un proceso notablemente fluido para modernizar o 'solarizar' fachadas y ventanas de edificios existentes.

Los pros y los contras de esta solución BIPV

En resumen, en comparación con las soluciones existentes, los paneles de bolas de silicio presentan una combinación de ventajas y desventajas para las aplicaciones BIPV.

Ventajas de los módulos solares de bola de silicio

  • Abundante suministro de materiales: En contraste con el cadmio y teluro Utilizado en paneles de CdTe, el silicio para estos paneles de bolas de silicio es abundante, lo que sienta las bases para una futura producción en masa.
  • Versatilidad: La transparencia y la potencia de salida de estos paneles se pueden adaptar ajustando el tamaño y el espaciado de las bolas solares de silicio. Al aprovechar la tecnología avanzada de impresión de circuitos y sustratos de películas flexibles, estos paneles se pueden adaptar fácilmente para cumplir con los requisitos únicos de varios proyectos BIPV.
  • Fácil instalación: Se pueden ensamblar e instalar con facilidad, al igual que los paneles de CdTe transparentes, pero lo llevan al siguiente nivel al permitir la conversión de envolventes de edificios existentes en generadores solares simplemente fijándolos a las superficies.
  • Actualización inteligente: Al integrar electrónica inteligente en su sustrato, se convierten en un módulo multifuncional todo en uno que funciona para cualquier aplicación específica, como recopilación de datos, monitoreo, comunicación y señalización de IoT.

Contras de los módulos solares de bola de silicio

  • Fiabilidad por demostrar: En general, esta tecnología solar de bolas de silicio todavía se está perfeccionando y esperando un catalizador para impulsar su comercialización. Cualquier manipulación de estas bolas con un diámetro de 0.35 a 1.8mm requiere un trabajo extremadamente preciso. En comparación con la tecnología de panel CdTe transparente ya establecida, su confiabilidad aún requiere validación mediante pruebas extendidas y diversas aplicaciones del mundo real.
  • Cost: Incluso cuando estén disponibles comercialmente, estos módulos de bolas de silicio serían costosos inicialmente. Durante ese período, pueden ser más adecuados para proyectos emblemáticos o demostrativos, en lugar de edificios o estructuras típicas.

Últimas palabras

A pesar de los desafíos, las perspectivas de la tecnología de paneles BIPV con bolas de silicio siguen siendo prometedoras.

Esta tecnología muestra una forma innovadora de utilizar el abundante material fotovoltaico. Para enfatizar, su instalación súper práctica, similar a la aplicación de una película de vidrio, es una ventaja incomparable hasta ahora en el ámbito de las soluciones de paneles BIPV.

Sin embargo, su confiabilidad es una preocupación importante.

Si está buscando una tecnología confiable y probada que ofrezca una gran flexibilidad para integrar la energía solar en sus fachadas o ventanas, vale la pena considerar los paneles de CdTe transparentes.

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