CURSO DE INSTALACIONES FOTOVOLTAICAS

PRACTICA 4. CÉLULAS SOLARES

CCONCEPTOS TEÓRICOS

Principio fotovoltaico

Para conocer en profundidad cómo funcionan las células solares, haría falta un estudio riguroso sobre la naturaleza y el comportamiento de los materiales semiconductores. Pero tal nivel de conocimiento no es necesaro para llevar a cabo una instalación solar fotovoltaica, asi que vamos a ver una somera descripción del funcionamiento de las mismas.

Las células solares están compuestas de materiales semiconductores. La capa superior se compone de silicio dopado (no puro) de tipo N y la capa inferior de silicio dopado tipo P. EL funcionamiento de la célula es como el de un diodo en el que los electrones solo pueden moverse de la región P a la N pero no al revés, es decir, la corriente eléctrica sólo podrá circular en un sentido.


La luz penetra en la célula fotovoltaica y transfiere suficiente energía como para liberar electrones. La generación de una barrera de potencial en la célula actúa sobre dichos electrones generando una diferencia de potencial el cual conduce la corriente a lo largo de un circuito eléctrico. Es decir, la célula fotovoltaica es la encargada de transformar la luz en energía eléctrica.

Las células fotovoltaicas están unidas entre sí formando los llamados módulos solares o paneles fotovoltaicos. La unión o conexión de las células se realiza en serie para aumentar la tensión de salida hasta el valor deseado que habitualmente es de 12 V y 24 V. El tipo de corriente generado por las células es corriente continua CC, así que si necesitamos generar corriente alterna necesitaremos de un inversor o convertidor de potencia.

Para clasificar la potencia de un panel solar se utiliza un parámetro estandarizado o de referencia de radiación fijado en 1000 W por metro cuadrado que corresponde con la potencia máxima que el módulo puede entregar bajo estas condiciones estandarizadas.

Tipos de células

El material más utilizado para la fabricación de células fotovoltaicas es el silicio. Existen tres tipos de células fotovoltaicas que se comercializan en función de su cristalización. Dependiendo del grado de impureza del silicio y de la técnica de cristalización obtendremos un material para uso exclusivamente solar denominado Silicio de grado solar.

Las células fotovoltaicas de silicio se elaboran utilizando planchas monocristalinas, policristalinas y laminas delgadas o de silicio amorfo. Veamos las características de cada una de ellas:


1. Células monocristalinas

De tamaño 1/3 a 1/2 de milímetros de espesor, deben ser de una pureza muy alta y tener una estructura cristalina casi perfecta. Los átomos están perfectamente ordenados y en su proceso de cristalización se respeta el mismo orden. La célula se corta de un gran bloque monocristalino que se ha creado en un proceso costoso. El color de estas células es muy monocromático, en un azul oscuro con cierto brillo metálico.

Ventajas:

Inconvenientes:



2. Células policristalinas

Su proceso es de moldeo, es decir, en el proceso se vierte silicio en un molde y se deja asentar. El rendimiento es mas bajo que el de las monocristalinas por las imperfecciones en la estructura cristalina como resultado del moldeo. El agrupamiento y dirección de los átomos no es uniforme. Presentan una tonalidad azul y gris con un brillo metálico.

Ventajas:

Inconvenientes:


3. Silicio amorfo

Este tipo de célula solar se puede aplicar a substratos de bajo costo como el cristal o el plástico. En su estructura cristalina se ha perdido todo orden de átomos. Son de color gris o marrón oscuro. Este tipo de célula se utiliza en calculadoras y pequeños dispositivos de ese estilo.

Ventajas:

Inconvenientes:



Parámetros de una célula fotovoltaica

Las características de una célula fotovoltaica suelen darnos datos eléctricos que vienen a determinar el funcionamiento o rendimiento bajo unas condiciones estándar. Estas condiciones son:


Los parámetros a tener en cuenta son:


La cantidad de energía que produce un dispositivo fotovoltaico viene determinado por:




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