Panel solar

En 1839, el físico francés Edmond Becquerel observó por primera vez la capacidad de algunos materiales para generar una carga eléctrica mediante la exposición a la luz. [ ^{3 ] Aunque} estas primeras células solares eran demasiado ineficientes incluso para dispositivos eléctricos sencillos, se utilizaron como instrumento para medir la luz. ^{[ 4 ]}

La observación de Becquerel no se replicó hasta 1873, cuando el ingeniero eléctrico inglés Willoughby Smith descubrió que la carga podía ser causada por la incidencia de la luz sobre el selenio . Tras este descubrimiento, William Grylls Adams y Richard Evans Day publicaron en 1876 «La acción de la luz sobre el selenio», describiendo el experimento que utilizaron para replicar los resultados de Smith. ^{[ 3 ] [ 5 ]}

En 1881, el inventor estadounidense Charles Fritts creó la primera célula solar comercial, que según Fritts era "continua, constante y de considerable fuerza no solo por exposición a la luz solar sino también a la luz diurna tenue y difusa". ^{[ 6 ] [ 7 ]} Sin embargo, estas células solares seguían siendo muy ineficientes para la producción práctica de energía, especialmente en comparación con las centrales eléctricas de carbón .

En 1939, Russell Ohl creó el diseño de celda solar que se utiliza en muchos paneles solares modernos. Patentó su diseño en 1941. ^{[ 8 ]} En 1954, Bell Labs utilizó este diseño por primera vez para crear la primera celda solar de silicio comercialmente viable. ^{[ 3 ]}

Historial de precios por vatio para células solares convencionales ( c-Si ) desde 1977.

Generación solar anual por continente

La caída de los costos ha sido el factor más importante en el reciente crecimiento exponencial de la energía solar. Desde 2010, el costo de la electricidad solar fotovoltaica ha caído un 85% ^{[ 9 ]} Los instaladores de paneles solares experimentaron un crecimiento significativo entre 2008 y 2013. ^{[ 10 ]} Debido a ese crecimiento, muchos instaladores tenían proyectos que no eran techos solares "ideales" para trabajar y tuvieron que encontrar soluciones para techos sombreados y dificultades de orientación. ^{[ 11 ]} Este desafío se abordó inicialmente con la repopularización de los microinversores y más tarde con la invención de los optimizadores de potencia .

Los fabricantes de paneles solares se asociaron con empresas de microinversores para crear módulos de corriente alterna, y las empresas de optimizadores de potencia se asociaron con fabricantes de módulos para crear módulos inteligentes. ^{[ 12 ]} En 2013, muchos fabricantes de paneles solares anunciaron y comenzaron a distribuir sus soluciones de módulos inteligentes. ^{[ 13 ]}

Entre 1992 y 2023, el uso mundial de la energía fotovoltaica (FV) aumentó exponencialmente. Durante este período, evolucionó de un nicho de mercado de aplicaciones a pequeña escala a una fuente de electricidad convencional. De 2016 a 2022, la FV experimentó una tasa de crecimiento anual de capacidad y producción de alrededor del 26 %, duplicándose aproximadamente cada tres años. ^{[ 14 ]} A finales de 2022, la capacidad instalada acumulada global de FV alcanzó aproximadamente 1185 gigavatios (GW), suministrando más del 6 % de la demanda mundial de electricidad, ^{[ 15 ]} frente a cerca del 3 % en 2019. ^{[ 16 ]}

La disminución del costo de los paneles solares está impulsando un aumento en el uso de energía solar en el Sur Global . Muchos países del Sur Global dependen de costosas importaciones de combustibles fósiles. Muchos hogares y empresas están cambiando a energía solar para ahorrar dinero ^{[ 17 ].}

Las células solares deben conectarse entre sí mediante electrodos para formar un módulo, con los electrodos frontales bloqueando ligeramente el área de la superficie óptica frontal de la célula solar. Para mejorar la eficiencia de las células solares, los fabricantes maximizan el área de la superficie frontal disponible para la luz solar y mejoran la absorción de la luz solar utilizando técnicas de conexión de células solares con electrodos traseros variables adoptadas cronológicamente ^{[ 21 ]} :

• Campo de superficie trasera de aluminio (Al-BSF), una tecnología antigua, utiliza una cara de contacto trasera totalmente de aluminio ^{[ 22 ].}
• El contacto trasero del emisor pasivado (PERC) utiliza una cara de contacto trasero de aluminio reducida y agrega una película de polímero donde se eliminó el aluminio para capturar la luz ^{[ 23 ] [ 22 ].}
• El contacto pasivado con óxido de túnel (TOPCon) utiliza barras conductoras de plata cada vez más pequeñas y agrega una capa de oxidación con una superficie rugosa a la película de polímero PERC para capturar más luz ^{[ 24 ] [ 23 ] [ 25 ] [ 26 ]}
• El contacto posterior interdigitado (IBC) coloca los contactos completamente en la parte posterior, lo que permite una exposición frontal completa a la luz para capturar aún más luz ^{[ 27 ] [ 28 ].}
• El contacto posterior extendido (XBC) utiliza una combinación de las tecnologías anteriores ^{[ 29 ].}

Las células solares en tándem utilizan una de las técnicas de conexión anteriores y una combinación de químicas celulares para formar una célula solar. ^{[ 30 ]}

Un solo panel solar solo puede producir una cantidad limitada de energía; la mayoría de las instalaciones contienen varios paneles que suman sus voltajes o corrientes. Un sistema fotovoltaico generalmente incluye un conjunto de módulos fotovoltaicos, un inversor , un paquete de baterías para el almacenamiento de energía, un controlador de carga, cableado de interconexión, disyuntores, fusibles, interruptores de desconexión, voltímetros y, opcionalmente, un sistema de seguimiento solar . El equipo se selecciona cuidadosamente para optimizar la producción y el almacenamiento de energía, reducir las pérdidas de transmisión de energía y, a menudo, convertir la corriente continua en corriente alterna .

Los paneles solares inteligentes tienen electrónica de potencia integrada en el panel y se diferencian de los paneles solares tradicionales, cuya electrónica de potencia está fijada al marco o conectada al circuito fotovoltaico mediante un conector. ^{[ 31 ]} La electrónica de potencia solar se puede utilizar para:

• Optimizadores de potencia de seguimiento del punto de máxima potencia , una tecnología desarrollada para maximizar la captación de energía de los sistemas fotovoltaicos solares compensando los efectos de sombreado, en la que una sombra que cae sobre una sección de un módulo hace que la salida eléctrica de una o más cadenas de celdas en el módulo caiga a casi cero, pero sin que la salida de todo el módulo caiga a cero. ^{[ 32 ]}
• Monitores de rendimiento solar para la recopilación de datos
• Detección de fallas para una mayor seguridad ^{[ 33 ]}

Actualmente, la mayoría de los módulos solares se producen a partir de células solares de silicio cristalino (c-Si) hechas de silicio policristalino o monocristalino . En 2021, el silicio cristalino representó el 95 % de la producción mundial de energía fotovoltaica, ^{[ 34 ] [ 35 ]} mientras que el resto del mercado general está compuesto por tecnologías de película delgada que utilizan telururo de cadmio (CdTe), seleniuro de cobre, indio y galio y silicio amorfo (a-Si) . ^{[ 36 ]}

Las células bifaciales producen energía en ambos lados, lo que aumenta la producción total del módulo. Este incremento depende de la reflectividad del entorno y se beneficia de las construcciones elevadas, ya que llega más luz a la parte posterior. La ganancia es situacional: la parte posterior se beneficia más de entornos de alto albedo, como la nieve, las construcciones elevadas y el cielo nublado, pero las ganancias pueden ser mínimas cuando los paneles se instalan directamente sobre una superficie con poco espacio libre, lo que hace que no sea rentable en esos casos. El precio de las células bifaciales ha disminuido lo suficiente como para acercarse al de las tecnologías monofaciales; por ello, a partir de 2024, los paneles bifaciales son la opción principal para instalaciones fotovoltaicas a gran escala. ^{[ 37 ]}

Las tecnologías solares emergentes de tercera generación utilizan células de película delgada avanzadas. Producen una conversión de eficiencia relativamente alta a un menor costo en comparación con otras tecnologías solares. Además, las células solares rectangulares multijunción de alto costo, alta eficiencia y empaquetadas se utilizan habitualmente en paneles solares de naves espaciales , ya que ofrecen la mayor relación de potencia generada por kilogramo transportado al espacio. Las células multijunción son semiconductores compuestos y están hechas de arseniuro de galio y otros materiales semiconductores. Otra tecnología fotovoltaica emergente que utiliza células multijunción es la fotovoltaica de concentración .

Película delgada

Celdas solares de película delgada, una segunda generación de celdas solares fotovoltaicas (FV) :

• Arriba: Instalación de láminas de silicona de película delgada en un tejado.
• Centro: Célula solar CIGS sobre un soporte de plástico flexible y paneles rígidos de CdTe montados sobre una estructura de soporte.
• Abajo: láminas de película delgada en azoteas

Las células solares de película delgada son un tipo de célula solar que se fabrica depositando capas delgadas de material fotovoltaico sobre un sustrato de vidrio, plástico o metal. Suelen ser mucho más delgadas que las obleas utilizadas en las células solares convencionales basadas en silicio cristalino . Comercialmente, las células solares de película delgada se fabrican con diversos materiales, como el telururo de cadmio (CdTe), el diselenuro de cobre, indio y galio (CIGS) y el silicio amorfo de película delgada (a-Si, TF-Si).

Las células solares suelen clasificarse por generaciones según el tipo de capas absorbentes de luz que se utilizan para fabricarlas. Las células solares más consolidadas o de primera generación están hechas de silicio monocristalino o multicristalino . Esta es la tecnología dominante que se utiliza actualmente en la mayoría de los sistemas fotovoltaicos . La mayoría de las células solares de película delgada se clasifican como de segunda generación , y se fabrican con capas delgadas de materiales como silicio amorfo (a-Si), telururo de cadmio (CdTe), seleniuro de cobre, indio y galio (CIGS) o arseniuro de galio (GaAs). Las células solares fabricadas con materiales más nuevos y menos consolidados se clasifican como de tercera generación o emergentes. Esto incluye algunas tecnologías innovadoras de película delgada, como las células solares de perovskita , sensibilizadas por colorantes , de puntos cuánticos , orgánicas y de CZTS .

Las células de película delgada tienen varias ventajas sobre las células solares de silicio de primera generación, incluyendo ser más ligeras y flexibles debido a su construcción delgada. Esto las hace adecuadas para su uso en sistemas fotovoltaicos integrados en edificios y como material de acristalamiento fotovoltaico semitransparente que se puede laminar en ventanas. Otras aplicaciones comerciales utilizan paneles solares rígidos de película delgada (intercalados entre dos paneles de vidrio) en algunas de las centrales fotovoltaicas más grandes del mundo . Además, los materiales utilizados en las células solares de película delgada generalmente se producen mediante métodos simples y escalables más rentables que las células de primera generación, lo que conlleva menores impactos ambientales como las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) en muchos casos. Las células de película delgada también suelen superar a las fuentes renovables y no renovables para la generación de electricidad en términos de toxicidad humana y emisiones de metales pesados .

A pesar de los desafíos iniciales con la conversión eficiente de la luz, especialmente entre los materiales fotovoltaicos de tercera generación, en 2023 algunas células solares de película delgada alcanzaron eficiencias de hasta el 29,1 % para células de GaAs de película delgada de unión simple, superando la eficiencia máxima del 26,1 % para las células solares estándar de unión simple de primera generación. Las células concentradoras de unión múltiple que incorporan tecnologías de película delgada alcanzaron eficiencias de hasta el 47,6 % en 2023. ^{[ 38 ]}

Se ha descubierto que muchas tecnologías de película delgada tienen vidas útiles más cortas y tasas de degradación mayores que las celdas de primera generación en pruebas de vida acelerada , lo que ha contribuido a su implementación algo limitada. A nivel mundial, la cuota de mercado de las tecnologías de película delgada en el sector fotovoltaico se mantiene en torno al 5 % a partir de 2023. ^{[ 39 ]} Sin embargo, la tecnología de película delgada se ha vuelto considerablemente más popular en Estados Unidos, donde las celdas de CdTe por sí solas representaron el 29 % de las nuevas instalaciones a escala industrial en 2021. ^{[ 40 ]}

Algunos módulos solares fotovoltaicos especiales incluyen concentradores en los que la luz se enfoca mediante lentes o espejos sobre células más pequeñas. Esto permite el uso rentable de células de alta eficiencia, pero costosas (como el arseniuro de galio ), a costa de utilizar una mayor superficie expuesta al sol. ^{[ 41 ]} Concentrar la luz solar también puede aumentar la eficiencia hasta aproximadamente un 45 %. ^{[ 42 ]}

La cantidad de luz absorbida por una célula solar depende del ángulo de incidencia y la intensidad de la luz solar. La absorción de luz varía porque la cantidad que incide sobre el panel es proporcional al coseno del ángulo de incidencia, y en parte porque a ángulos de incidencia elevados se refleja más luz. Los módulos suelen orientarse hacia el sur (en el hemisferio norte) o hacia el norte (en el hemisferio sur) con una inclinación específica calculada según la latitud, para maximizar la producción total de energía durante el día. Se puede utilizar un sistema de seguimiento solar para ajustar el ángulo de inclinación desde el amanecer hasta el anochecer, manteniendo así un ángulo de incidencia reducido.

La orientación vertical de los paneles bifaciales está orientada de norte a sur y capta la mayor cantidad de luz del este por la mañana y del oeste por la tarde.

Los fabricantes de paneles fotovoltaicos han estado trabajando para disminuir la reflectancia con recubrimientos antirreflectantes mejorados o con texturas. ^{[ 43 ] [ 44 ]} Los recubrimientos antirreflectantes utilizan una o más capas delgadas de sustancias con índices de refracción intermedios entre el del silicio y el del aire, lo que provoca una interferencia destructiva de la luz reflejada.

En los paneles solares individuales, si no se consume suficiente corriente, la potencia no se maximiza. Si se consume demasiada corriente, la tensión se desploma. El consumo óptimo de corriente es aproximadamente proporcional a la cantidad de luz solar que incide sobre el panel. La capacidad de un panel solar se especifica mediante el valor del punto de máxima potencia (MPP) del panel bajo plena luz solar.

Los inversores solares convierten la corriente continua suministrada por los paneles en corriente alterna.

El punto de máxima potencia (MPP) del panel solar se compone de la tensión MPP (V _mpp ) y la corriente MPP (I _mpp ). Mediante el seguimiento del punto de máxima potencia, un inversor solar muestrea la salida (curva I-V) de la célula solar y aplica la carga eléctrica adecuada para obtener la máxima potencia.

Un panel solar de corriente alterna tiene un pequeño microinversor de corriente continua a corriente alterna en la parte posterior y produce energía de corriente alterna sin un conector de corriente continua externo. Underwriters Laboratories define los módulos de corriente alterna como el sistema más pequeño y completo para el aprovechamiento de la energía solar. ^{[ 45 ] [ 46 ]}

Los microinversores funcionan de forma independiente para permitir que cada panel aporte su máximo rendimiento posible para una cantidad determinada de luz solar, pero pueden ser más caros. ^{[ 47 ]}

Las interconexiones eléctricas de los paneles solares están formadas por conductores que transportan corriente y cuyo tamaño se determina en función de la corriente nominal y las condiciones de fallo; en ocasiones, incluyen fusibles en línea.

Los paneles suelen conectarse en serie , formando cadenas para lograr la tensión de salida deseada, y también pueden conectarse en paralelo para proporcionar la capacidad de corriente (amperios) deseada del sistema fotovoltaico.

En las conexiones en cadena, los voltajes de los módulos se suman, pero la corriente la determina el panel con menor rendimiento. Esto se conoce como el "efecto de luces navideñas". En las conexiones en paralelo, los voltajes son iguales, pero las corrientes se suman. Los conjuntos de paneles se conectan para cumplir con los requisitos de voltaje de los inversores y para no exceder significativamente los límites de corriente.

Los diodos de bloqueo y derivación pueden incorporarse dentro del módulo o utilizarse externamente para compensar el sombreado parcial del conjunto y maximizar así la potencia de salida. En las conexiones en serie, los diodos de derivación se colocan en paralelo con los módulos para permitir que la corriente evite los módulos sombreados con un voltaje de salida menor, lo que limitaría considerablemente la corriente. En las conexiones en paralelo, se puede colocar un diodo de bloqueo en serie con cada cadena de módulos para evitar que la corriente fluya en sentido inverso a través de las cadenas sombreadas, lo que provocaría un cortocircuito en las demás. Si se conectan tres o más cadenas en paralelo, generalmente se incluyen fusibles en cada cadena para eliminar la posibilidad de que las fallas de los diodos sobrecarguen los paneles y el cableado y provoquen incendios.

Los paneles solares para exteriores suelen incluir conectores MC4 , los paneles solares para automóviles pueden incluir una toma de corriente auxiliar y/o un adaptador USB , y los paneles para interiores pueden tener un microinversor .

El rendimiento de un módulo fotovoltaico (FV) depende de las condiciones ambientales, principalmente de la irradiancia incidente global G en el plano del módulo. Sin embargo, la temperatura T de la unión p-n también influye en los principales parámetros eléctricos: la corriente de cortocircuito I _SC , la tensión de circuito abierto V _OC y la potencia máxima P _max . En general, se sabe que V _OC muestra una correlación inversa significativa con T, mientras que para I _SC esta correlación es directa, pero más débil, de modo que este aumento no compensa la disminución de V _OC . Como consecuencia, P _max disminuye cuando T aumenta. Esta correlación entre la potencia de salida de una celda solar y la temperatura de trabajo de su unión depende del material semiconductor y se debe a la influencia de T en la concentración, la vida útil y la movilidad de los portadores intrínsecos, es decir, electrones y huecos, dentro de la celda fotovoltaica.

La sensibilidad a la temperatura se suele describir mediante coeficientes de temperatura, cada uno de los cuales expresa la derivada del parámetro al que se refiere con respecto a la temperatura de la unión. Los valores de estos parámetros se pueden encontrar en cualquier hoja de datos del módulo fotovoltaico; son los siguientes:

- β: coeficiente de variación de V _OC con respecto a T, dado por ∂V _OC /∂T.

- α: Coeficiente de variación de I _SC con respecto a T, dado por ∂I _SC /∂T.

- δ: Coeficiente de variación de P _max con respecto a T, dado por ∂P _max /∂T.

En la literatura se pueden encontrar técnicas para estimar estos coeficientes a partir de datos experimentales ^{[ 67 ].}

Los estudios han demostrado que, si bien las altas temperaturas afectan negativamente la eficiencia, las temperaturas más frías pueden mejorar el rendimiento de los paneles solares debido a la menor resistencia eléctrica dentro de las celdas. Sin embargo, las condiciones invernales presentan desafíos adicionales, como la acumulación de nieve y la reducción de las horas de luz solar, lo que puede contrarrestar los beneficios de eficiencia derivados de las bajas temperaturas. Los paneles solares aún pueden generar energía en invierno, pero la producción total puede ser menor debido a la limitada exposición a la luz solar y a posibles obstrucciones. ^{[ 68 ]}

La capacidad de los módulos solares para resistir daños por lluvia, granizo , fuertes nevadas y ciclos de calor y frío varía según el fabricante, aunque la mayoría de los paneles solares en el mercado estadounidense cuentan con la certificación UL, lo que significa que han pasado pruebas para resistir el granizo. ^{[ 69 ]}

La degradación inducida por potencial (también llamada PID) es una degradación del rendimiento inducida por potencial en módulos fotovoltaicos cristalinos, causada por las llamadas corrientes parásitas. ^{[ 70 ]} Este efecto puede causar una pérdida de potencia de hasta el 30%. ^{[ 71 ]}

La potencia de salida de un dispositivo fotovoltaico (FV) disminuye con el tiempo debido a la exposición a la radiación solar y a otras condiciones externas. El índice de degradación, definido como el porcentaje anual de pérdida de potencia de salida, es un factor clave para determinar la producción a largo plazo de una planta fotovoltaica. Para estimar esta degradación, se calcula el porcentaje de disminución asociado a cada uno de los parámetros eléctricos. La degradación individual de un panel solar puede influir negativamente en el rendimiento de toda la cadena. ^{[ 72 ]} Además, no todos los paneles solares de una misma instalación disminuyen su rendimiento exactamente al mismo ritmo.

En la literatura existen varios estudios que analizan la degradación de la potencia de los paneles solares basados ​​en diferentes tecnologías fotovoltaicas. Según un estudio reciente, ^{[ 73 ]} la degradación de los paneles solares de silicio cristalino es lineal, entre un 0,8 % y un 1,0 % anual.

Por otro lado, si analizamos el rendimiento de los módulos fotovoltaicos de película delgada, se observa un período inicial de fuerte degradación (que puede durar varios meses e incluso hasta 2 años), seguido de una etapa posterior en la que la degradación se estabiliza, siendo entonces comparable a la del silicio cristalino. ^{[ 74 ]} También se observan fuertes variaciones estacionales en estas tecnologías de película delgada debido a que la influencia del espectro solar es mucho mayor.

Los paneles solares de silicio amorfo, silicio micromórfico o telururo de cadmio pueden tener tasas de degradación anuales durante los primeros años de entre el 3% y el 4%. ^{[ 75 ]}

Los paneles solares de seleniuro de cobre, indio y galio muestran tasas de degradación más bajas que el silicio cristalino, incluso en los primeros años.

Las grandes centrales solares a escala industrial suelen utilizar sistemas fotovoltaicos instalados en tierra. Sus módulos solares se mantienen en su lugar mediante bastidores o estructuras que se fijan a soportes de montaje terrestres. ^{[ 76 ] [ 77 ]} Los soportes de montaje terrestres incluyen:

• Soportes para postes, que se clavan directamente en el suelo o se incrustan en el hormigón.
• Soportes de cimentación, como losas de hormigón o zapatas de hormigón vertido.
• Las bases lastradas, como las de hormigón o acero, utilizan el peso para fijar el sistema de módulos solares y no requieren perforación del terreno. Este tipo de sistema de montaje es ideal para emplazamientos donde no es posible excavar, como vertederos clausurados, y simplifica el desmantelamiento o la reubicación de los sistemas de módulos solares.

Montaje en tierra de paneles solares

Los sistemas de energía solar montados en el techo constan de módulos solares sujetos por bastidores o marcos fijados a soportes de montaje en el techo. ^{[ 80 ]} Los soportes de montaje en el techo incluyen:

• Los soportes de riel se fijan directamente a la estructura del techo y pueden utilizar rieles adicionales para fijar los bastidores o soportes de los módulos.
• Las bases lastradas, como las de hormigón o acero, utilizan el peso para fijar el sistema de paneles y no requieren perforaciones. Este método de montaje permite desmontar o reubicar los sistemas de paneles solares sin afectar la estructura del tejado.
• Todo el cableado que conecta los módulos solares adyacentes al equipo de captación de energía debe instalarse de acuerdo con los códigos eléctricos locales y debe tenderse en un conducto adecuado para las condiciones climáticas.

marquesina solar

Las marquesinas solares son conjuntos de paneles solares que se instalan sobre una marquesina tradicional . Estas marquesinas pueden ser marquesinas de estacionamiento, cocheras , cenadores , pérgolas o cubiertas de patio .

Existen muchos beneficios, entre los que se incluyen maximizar el espacio disponible en las zonas urbanas y, además, proporcionar sombra a los coches. La energía producida puede utilizarse para crear estaciones de carga para vehículos eléctricos (VE). ^{[ 81 ]}

Los paneles solares portátiles pueden proporcionar corriente eléctrica suficiente para cargar dispositivos (móviles, radios, etc.) a través del puerto USB o para cargar una batería externa.

Entre las características especiales de los paneles solares portátiles se incluyen una gran flexibilidad, una gran durabilidad y características impermeables, ideales para viajes y acampadas.

Los seguidores solares aumentan la energía producida por módulo a costa de una mayor complejidad mecánica y una mayor necesidad de mantenimiento. Detectan la dirección del Sol e inclinan o giran los módulos según sea necesario para una máxima exposición a la luz. ^{[ 82 ] [ 83 ]}

Alternativamente, los bastidores fijos pueden mantener los módulos inmóviles durante todo el día con una inclinación determinada ( ángulo cenital ) y orientados en una dirección determinada ( ángulo azimutal ). Los ángulos de inclinación equivalentes a la latitud de la instalación son comunes. Algunos sistemas también pueden ajustar el ángulo de inclinación según la época del año. ^{[ 84 ]}

Por otro lado, es común el uso de paneles solares orientados al este y al oeste (que cubren, por ejemplo, un tejado orientado de este a oeste). Si bien estas instalaciones no generan la máxima potencia promedio posible de cada panel solar, el costo de los paneles suele ser menor que el del sistema de seguimiento y pueden proporcionar energía más rentable durante las horas pico de la mañana y la tarde que los sistemas orientados al norte o al sur. ^{[ 85 ]}

Los métodos de limpieza de paneles solares se pueden dividir en cinco grupos: herramientas manuales, herramientas mecanizadas (como cepillos montados en tractores), sistemas hidráulicos instalados (como aspersores), sistemas robóticos instalados y robots desplegables. Las herramientas de limpieza manuales son, con diferencia, el método más común, probablemente debido a su bajo coste de adquisición. Sin embargo, en un estudio realizado en Arabia Saudita en 2014, se concluyó que «los sistemas robóticos instalados, los sistemas mecanizados y los sistemas hidráulicos instalados son probablemente las tres tecnologías más prometedoras para la limpieza de paneles solares». ^{[ 93 ]}

Se están desarrollando nuevos mecanismos de autolimpieza para paneles solares. Por ejemplo, en 2019, mediante nanocables grabados químicamente en húmedo y un recubrimiento hidrofóbico en la superficie de las gotas de agua, se logró eliminar el 98 % de las partículas de polvo, lo que podría ser especialmente relevante para aplicaciones en el desierto. ^{[ 94 ] [ 95 ]}

En marzo de 2022, investigadores del MIT anunciaron el desarrollo de un sistema de limpieza sin agua para paneles solares y espejos con el fin de solucionar el problema de la acumulación de polvo, que puede reducir la producción solar hasta en un 30 % en un mes. Este sistema utiliza la repulsión electrostática para desprender las partículas de polvo de la superficie del panel, eliminando la necesidad de agua o cepillos. Una carga eléctrica aplicada a las partículas de polvo mediante el paso de un electrodo simple sobre el panel provoca que sean repelidas por una carga aplicada al propio panel. El sistema puede automatizarse utilizando un motor eléctrico básico y rieles guía. ^{[ 96 ]}

La fabricación de paneles fotovoltaicos depende del uso de productos químicos tóxicos y reactivos. Estos incluyen telururo de cadmio, seleniuro de cobre e indio, (di)selenuro de cadmio y galio, (di)selenuro de cobre, indio y galio, hexafluoroetano, plomo y fluoruro de polivinilo. Entre los subproductos se encuentra el tetracloruro de silicio. ^{[ 119 ]} El polvo de silicio ("kerf") se produce al serrar las obleas de silicio. ^{[ 120 ]}

Con el aumento de los sistemas fotovoltaicos en los tejados, el flujo de energía se vuelve bidireccional. Cuando la generación local supera el consumo, la electricidad se exporta a la red. Sin embargo, tradicionalmente, una red eléctrica no está diseñada para gestionar la transferencia bidireccional de energía. Por lo tanto, pueden surgir algunos problemas técnicos. Por ejemplo, en Queensland, Australia, más del 30 % de los hogares utilizaban sistemas fotovoltaicos en sus tejados a finales de 2017. La curva del pato apareció con frecuencia en muchas comunidades a partir de 2015. Puede producirse un problema de sobretensión cuando la electricidad fluye desde los hogares con sistemas fotovoltaicos de vuelta a la red. ^{[ 129 ]} Existen soluciones para gestionar el problema de la sobretensión, como la regulación del factor de potencia del inversor fotovoltaico, la instalación de nuevos equipos de control de tensión y energía en la distribuidora eléctrica, la renovación del cableado eléctrico, la gestión de la demanda, etc. Estas soluciones suelen tener limitaciones y costes asociados.

Para que los paneles solares en los tejados puedan proporcionar suficiente energía de respaldo durante un corte de energía, a menudo también se requiere una batería . ^{[ 130 ]}