Historia Celdas Fotovoltaicas

Celdas Fotovoltaicas

1.1 Sistema de Generación Solar

Un sistema fotovoltaico o de energía solar, es un conjunto de dispositivos cuya

función es transformar la energía solar directamente en energía eléctrica,

adecuada a los requerimientos de una aplicación determinada. Este sistema se

compone de tres principales elementos:

1) Generación ó Producción (Celdas o Módulos Solares)

2) Control (Reguladores de Voltaje o Controladores)

3) Almacenamiento (Baterías o Acumuladores)

1.2 Funcionamiento de las Celdas Fotovoltaicas

Las células o celdas solares son dispositivos que convierten la energía solar en

electricidad, ya sea directamente vía el efecto fotovoltaico, o indirectamente,

mediante la previa conversión de energía solar a calor o a energía química.

La forma más común de las celdas solares se basa en el efecto fotovoltaico, en el

cual la luz que incide sobre un dispositivo semiconductor de dos capas produce

una diferencia del voltaje o de potencial entre las capas. Este voltaje es capaz de

conducir una corriente a través de un circuito externo de modo de producir trabajo

útil para una aplicación determinada.

Las celdas de Silicio mono cristalino representan el estado comercial de la

tecnología fotovoltaica. Para fabricarlas el silicio es purificado, fundido y

cristalizado ya sea en lingotes o en láminas delgadas; posteriormente el silicio es

rebanado en obleas delgadas para formar las celdas individuales, posteriormente

las obleas se pulen por ambas caras. Durante el proceso de corte y pulido se

desperdicia casi la mitad del material original. Una vez pulidas las obleas se

introduce a alta temperatura un material dopante, típicamente boro y fósforo, con lo

cual se convierte a la oblea en un semiconductor tipo p si se le añadió boro, o tipo

n si se añadió fósforo. La mayoría de las celdas fotovoltaicas producen un voltaje

de aproximadamente 0.5 Volts, independientemente del área superficial de la

celda, sin embargo, mientras mayor sea la superficie de la celda mayor será la

corriente que entregará.

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Celdas Fotovoltaicas

Datos personales

GLENIS MORENO Y FERNANDO MARTÍNEZ

Estudiantes de la Especialización de Instrumentación y Automatización UNEXPO Vicerrectorado Puerto Ordaz garlenam@gmail.com fmartinezfernandez@gmail.com

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Un Poco de Historia

Fotovoltaica es la definición de la conversión directa de luz en electricidad a nivel atómico. Algunos materiales presentan una propiedad conocida como efecto fotoeléctrico que hace que absorban fotones de luz y emitan electrones. Cuando estos electrones libres son capturados, el resultado es una corriente eléctrica que puede ser utilizada como electricidad. El primero en notar el efecto fotoeléctrico fué el físico francés Edmundo Bequerel, en 1839. Él encontró que ciertos materiales producían pequeñas cantidades de corriente eléctrica cuando eran expuestos a la luz. En 1905, Albert Einstein describió la naturaleza de la luz y el efecto fotoeléctrico, en el cual está basada la tecnología fotovoltaica. Por este trabajo, se le otorgó más tarde el premio Nobel de física.

Celdas Solares

El primer módulo fotovoltaico fue construido en los Laboratorios Bell en 1954. Fue descrito como una batería solar y era más que nada una curiosidad, ya que resultaba demasiado costoso como para justificar su utilización a gran escala. En la década de los 60's, la industria espacial comenzó por primera vez a hacer uso de esta tecnología para proveer la energía eléctrica a bordo de las naves espaciales. A través de los programas espaciales, la tecnología avanzó, alcanzó un alto grado de confiabilidad y se redujo su costo. Durante la crisis de energía en la década de los 70's, la tecnología fotovoltaica empezó a ganar reconocimiento como una fuente de energía para aplicaciones no relacionadas con el espacio.

Celulas Fotovoltaicas

Generalidades

Existen dos curvas características, relacionadas la una con la otra, que representan la relación entre la corriente o la potencia generada frente a la tensión en bornes del panel. Estas curvas características pueden verse a continuación:

Tensión vs Corriente

Tensión vs Potencia

Escalabilidad de las Celdas

Las celdas fotovoltaicas son conectadas eléctrica-mente en circuitos serie o paralelo para producir altos voltajes, corrientes y niveles de energía. Los módulos fotovoltaicos están compuestos de circuitos de celdas dispuestos en ambiente protegido y laminado, y son fun-damentales para construir bloques de sistemas.

NOTA de Aplicacion

Desde un punto de vista histórico, el motivo de la construcción de las celdas fotovoltaicas fueron los satélites artificiales. La idea era construir un generador eléctrico para alimentar los equipos de toma de datos que llevaban a bordo, que presentara ventajas con respecto a otros generadores como los termoeléctricos y las pilas de combustible. De hecho, las ventajas encontradas en este tipo de generadores fueron: peso reducido, larga vida, ocupación de espacio mínima y nivel de insolación elevado y continuo por estar fuera de la atmósfera terrestre, aunque sus costos eran muy elevados. Para aplicaciones terrestres, el factor económico era muy importante si se deseaba tener una aplicación más generalizada y por lo tanto, desde esos años (1972-73), se inició una tremenda carrera cuya meta era la simplificación y el descubrimiento de nuevas tecnologías, procesos, e investigación de nuevos materiales, que condujeran a un abaratamiento de las células solares y demás componentes del generador fotovoltaico.

Vale la pena mencionar que en la actualidad también se está trabajando con generadores mixtos o híbridos, esto es, adaptar el generador fotovoltaico con otros generadores ya existentes como los eólicos o los generadores diesel. También podemos mencionar que actualmente se han construido algunas centrales fotovoltaicas que proporcionan una potencia considerable y que en un momento dado pueden llegar a ser rentables en ciertos casos, comparadas con las centrales tradicionales como las termoeléctricas o hidráulicas.

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Publicado por Glenis Moreno y Fernando Martínez 1 comentario:

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Definición

Las Celdas Fotovoltaicas, son sistemas fotovoltaicos que convierten directamente parte de la luz solar en electricidad. Algunos materiales presentan una propiedad conocida como efecto fotoeléctrico en su forma más simple, estos maetriales se compone de un ánodo y un cátodo recubierto de un material fotosensible. La luz que incide sobre el cátodo libera electrones que son atraídos hacia el ánodo, de carga positiva, originando un flujo de corriente proporcional a la intensidad de la radiación,que hace que absorban fotones de luz y emitan electrones. Cuando estos electrones libres son capturados, el resultado es una corriente eléctrica que puede ser utilizada como electricidad. Las celdas fotovoltaicas se fabrican principalmente de silicio (el segundo elemento más abundante en la corteza terrestre). Actualmente, existen celdas fotovoltaicas, por ejemplo, en nuestras calculadoras solares así como en los cohetes espaciales.

Principio de Funcionamiento

La conversión directa de luz en electricidad a nivel atómico se llamageneración fotovoltaica. Algunos materiales presentan una propiedad conocida como efecto fotoeléctrico, que hace que absorban fotones de luz y emitan electrones. Cuando se captura a estos electrones libres emitidos, el resultado es una corriente eléctrica que puede ser utilizada como energía para alimentar circuitos. Las celdas fotovoltaicas, llamadas también celdas solares, están compuestas de la misma clase de materiales semiconductores que se usan en la industria microelectrónica, como por ejemplo el silicio.

Una delgada lámina semiconductora, especialmente tratada, forma un campo eléctrico, positivo en un lado y negativo en el otro. Cuando incide energía luminosa sobre ella, los electrones son golpeados y extraídos de los átomos del material semiconductor. Como se han dispuesto conductores eléctricos en forma de una rejilla que cubre ambas caras del semiconductor, los electrones circulan para formar una corriente eléctrica que aporta energía. Cuando la luz solar pega en una celda sola resta puede ser : reflejada, absorvida o pasasr limpiamente a través de esta. No obstante, solo aquella luz absorvida es la que vá a generar electricidad. La energía de la luz es transferida a electrones en los átomos de la célda foto voltaica. Con su nueva energía , estos escapan de sus posiciones normales en los átomos del material semiconductor foto voltaico y se convierten en parte del flujo electrico.

Esquema Electrico del Efecto Fotoelectrico

Para inducir el campo eléctrico construido dentro de una célula foto voltaica, se ponen dos capas de materiales semiconductores ligeramente distintas en contacto entre sí. La primera es una capa semiconductora del tipo n con abundancia de electrones con carga negativa. La otra capa semiconductora es del tipo con abundancia de "hoyos" que tienen

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