Construcción y características eléctricas de las celdas solares

1.- INTRODUCCIÓN: CELDAS SOLARES CONSTRUCCIÓN Y CARACTERÍSTICAS ELÉCTRICAS DE LAS CELDAS SOLARES

Los módulos o paneles solares son los elementos fundamentales de cualquier sistema solar fotovoltaico, y su misión es captar la energía solar incidente para generar una corriente eléctrica. Los paneles fotovoltaicos están formados por numerosas celdas que convierten la luz en electricidad.

Las celdas solares a veces son llamadas células fotovoltaicas, los materiales para celdas solares suelen ser silicio cristalino o arseniuro de galio.

CONSTRUCCIÓN

Cada fabricante adopta una empaquetadura diferente al construir el panel fotovoltaico (FV). Los paneles solares están formados por los siguientes elementos:

• Cubierta frontal
• Material encapsulante
• Células o celdas solares
• Conexiones eléctricas
• Cubierta posterior
• Marco metálico
• Otros (mecanismos de seguimiento y sensores)

[pic 3]

Fig. 2-1 Componentes de los paneles solares

[pic 4]

Fig2-2 Estructura panel fotovoltaico

• La cubierta frontal es de vidrio templado de 3-4 mm de espesor y sirve para proteger las células contra impacto.
• El material encapsulado EVA (etileno-vinil-acetato), evita las pérdidas que se producirían al pasar la radiación de la cubierta al aire entre ésta y la célula, impide la entrada de agua, polvo y concentración de humedad.
• La cubierta posterior sirve de protección y cerramiento al módulo contra los agentes atmosféricos, formado de un aislante eléctrico llamado Tedlar
• El marco metálico es la parte que le da rigidez y permite que se pueda montar formando estructuras
• Las cajas de conexiones eléctricas
• Diodos de by-pass protegen individualmente a cada panel de posible daños ocasionados por sombras parciales
• Diodos de bloque evitan que se disipe la electricidad de los módulos o de las batería en caso de defecto eléctrico.

Las células individuales tienen valores de tensión de unos 0.5 V y una corriente de unos dos amperios. Para obtener potencias utilizables para aparatos de mediana potencia, hay que unir un cierto número de células y obtener así la tensión y la corriente requerida para su funcionamiento

Conexión en serie

Se basa en conectar el terminal positivo de un módulo con el negativo del siguiente, y así sucesivamente hasta completar la serie.  Normalmente se conectan módulos en serie para conseguir voltajes de 24 ó 48 V, en instalaciones autónomas de electrificación, y superiores, 96 a 144 V en instalaciones de bombeos directos.

Conexión en paralelo

Este tipo de conexión consiste en conectar por un lado los terminales positivos de todos los paneles, y por otro, todos los terminales negativos. Normalmente se hacen conexiones en paralelo para una intensidad de 20 ó 25 A

Conexión mixta

Para satisfacer diferentes necesidades de tensión y voltaje, los módulos pueden combinarse en agrupaciones serie-paralelo

CARACTERÍSTICAS DE LOS PANELES

Parámetros eléctricos que definen un módulo fotovoltaico

• Intensidad de cortocircuito (): se mide la corriente entre los bornes de un panel, cuando éstos se cortocircuitan (V= 0).[pic 5]
• Tensión nominal (): es el valor de la tensión a la cual trabaja el panel.[pic 6]
• Tensión a circuito abierto (): es el máximo voltaje que se mediría entre los bornes de un panel  si se dejaran los terminales en circuito abierto (I= 0).[pic 7]
• Intensidad de potencia máxima (): es el valor de la corriente que puede suministrar el panel cuando trabaja a máxima potencia.[pic 8]
• Tensión de potencia máxima (): es el valor de la tensión cuando la potencia también es máxima, cuando el panel está suministrando la máxima intensidad de corriente.[pic 9]
• Potencia máxima (): es el máximo valor obtenido al multiplicar la intensidad  y . También llamada Potencia de pico del módulo o panel ().[pic 10][pic 11][pic 12][pic 13]

2.- CIRCUITO PRINCIPAL DE APOYO Y/O DIAGRAMA

3.- DESCRIPCIÓN DEL FUNCIONAMIENTO

4.- ANÁLISIS MATEMÁTICO

5.- EJEMPLO NUMÉRICO

6.- DISEÑAR Y PROPONER UNA PRÁCTICA

Nombre: Celdas Solares

Objetivo: Analizar la eficiencia de una celda solar al ser irradiada por un cierto haz de luz, esto al ser conectada en serie y en paralelo a una fuente de voltaje. Se observara de qué manera se obtiene mayor movimiento de electrones.

Material y/o equipo: Fuente de voltaje, multímetro, panel solar.

Introducción teórica: Cuando la luz del sol penetra la unión del silicio tipo “N” y tipo “P”, crea un flujo de electrones a través de la estructura de cristal que tiene áreas vacías, las cuales aceptan electrones libre. Un haz de luz incide sobre la juntura y esta es capaz de separar los pares electrón-hueco y forzar a los electrones a saltar la barrera de potencial, creando una fuerza electromotriz en los contactos externos de la celda.

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