Celdas Solares

1. INTRODUCCION

Tecnología Fotovoltaica

La primera experiencia donde se encontró la relación entre la luz del sol y su conversión a electricidad la reportó el físico Francés Edmund Bequerel en 1839, sin embargo el desarrollo de la celda fotovoltaica moderna tal y como se conoce ahora, se dio hasta mediados del siglo pasado en los laboratorios Bell en los Estados Unidos, quienes en 1955 presentaron la primera patente de celdas fotovoltaicas de silicio.

Los elementos principales de un sistema fotovoltaico son: las celdas fotovoltaicas, (algunas veces referidas como celdas solares), interconectadas y encapsuladas para formar un modulo fotovoltaico, la estructura de montaje para el modulo o módulos, el inversor (esencial para sistemas conectados a red y necesario para sistemas fuera de red que requieren suministro de corriente alterna), batería de almacenamiento y un controlador de carga (requerido únicamente para sistemas fuera de red).

Celdas, Módulos y Arreglos

Celdas fotovoltaicas.

Representan la unidad básica y más pequeña de un dispositivo fotovoltaico. En general se clasifican como cristalinas (mono o policristalinas) o películas delgadas.

La mayoría de las celdas están hechas de silicio, típicamente fabricadas de forma

cuadrada con tamaños de 10, 12.5 y 15 centímetros.

Módulos Fotovoltaicos.

La mayoría son fabricados con potencias que van desde los 50 W hasta 200 W, aunque algunos fabricantes tienen modelos de hasta los 300W. Los módulos FV de

silicio cristalino consisten en celdas conectadas eléctricamente y encapsuladas entre un material transparente y un material plástico para la parte trasera. Los módulos de película delgada se construyen de hojas películas de material delgado encapsuladas para formar módulos flexibles con material transparente en la parte frontal.

Los módulos FV se garantizan para una vida útil de por lo menos 20 años y deben cumplir con la norma IEC 6215 para el caso de módulos de silicio cristalino, y la IEC 61646 para los módulos de película delgada.

Un arreglo fotovoltaico consiste de un número de módulos agrupados y conectados en serie y posteriormente dichos grupos de módulos se conectan en paralelo con el fin de producir la potencia necesaria con las características de corriente y voltaje requeridas en una aplicación dada.

Se ha desarrollado un número importante de estructuras de montaje para sistemas que se integran a edificios que incluyen fachadas, y otras para el montaje en los techos de edificios y en casas habitación. Las partes constitutivas de un modulo fotovoltaico se muestran en la figura

Características de la Tecnología Fotovoltaica

Los dispositivos FV son únicos en muchos sentidos, teniendo las siguientes características principales:

• No tienen partes móviles que se desgasten.

• No contienen fluidos o gases que puedan derramarse o fugarse.

• No consumen combustible para operar.

• Tienen una respuesta rápida, alcanzando plena producción eléctrica

instantáneamente.

• No producen contaminación al generar electricidad.

• Requieren poco mantenimiento si están correctamente fabricados e instalados

• El 85% de las celdas FV se fabrican de silicio, el segundo elemento más

abundante en la corteza terrestre.

• Son modulares, por lo que permiten un amplio rango de aplicaciones solareléctricas

• Tienen una eficiencia de conversión de luz solar a electricidad relativamente alta

• Tienen amplio rango de capacidad de generación, de microwats a Megawats.

• Tienen alta relación de potencia a peso.

• Se prestan para instalaciones locales, esto es, potencia descentralizada o dispersa.

Limitaciones de los Sistemas FV:

• No son aún económicamente competitivos para la mayoría de las aplicaciones,

especialmente en aplicaciones de escala intermedia y grande.

• Para la manufactura de cierto tipo de celdas requiere el manejo de sustancias

que pueden ser nocivas para el ambiente en caso de descargas accidentales.

• Las tecnologías de producción están controladas por los países industrializados.

SISTEMAS FOTOVOLTAICOS

Sistemas FV Autónomos

Los pequeños sistemas fotovoltaicos autónomos son utilizados principalmente para electrificación rural de pequeñas comunidades aisladas carentes de infraestructura básica donde el grado de dispersión de la población es muy alto, características que comparten muchas comunidades de los países en desarrollo.

Los componentes básicos de éste tipo de sistemas son: el generador

fotovoltaico que convierte la luz del sol directamente en energía eléctrica en corriente directa; la batería que almacena la energía producida por el modulo

fotovoltaico además de proporcionar autonomía durante los días de poca insolación y establecer el voltaje de operación del sistema; el controlador de carga cuya función es proteger a la batería, proporcionar información sobre el estado operativo del sistema, y albergar protecciones del sistema. En los casos donde se requiere suministrar corriente alterna, los sistemas incluyen un inversor de corriente. La figura muestra la configuración típica de un sistema FV de electrificación rural.

Sistemas Conectados a Red

Un sistema conectado a red, tiene una configuración más o menos similar a la de los sistemas autónomos. Las dos grandes diferencias entre ellos se refieren a la ausencia de baterías pues la red eléctrica convencional se utiliza como respaldo y la otra es que invariablemente requieren de un inversor de corriente que les permite inyectar electricidad a la red.Este tipo de sistemas puede intercambiar energía eléctrica con la red cuando la generación excede las necesidades de energía del usuario y tomar energía de la red cuando la demanda es mayor a la energía generada por el arreglo fotovoltaico. La figuramuestra el esquema de un sistema FV conectado a la red.

ESTADO ACTUAL DE LA TECNOLOGÍA

La eficiencia de conversión de los sistemas fotovoltaicos con la tecnología actual fluctúa entre el 6 y 15 % dependiendo del tipo de tecnología y la aplicación. La vida útil de los módulos actuales es de entre los 20 y 30 años.

La tecnología de silicio cristalino se espera continúe

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