CELDAS FOTOVOLTAICAS

INTRODUCCIONLa energía solar fotovoltaica, entre otras fuentes renovables, se presenta como una alternativa para la producción de energía eléctrica; Presenta grandes ventajas con su inagotable y bien distribuido combustible “Energía Solar” , se estima que esta energía es tan abundante que en solo 20 días, toda la energía solar que llega a la tierra es superior a la energía que se pueda producir por todos los sectores del petróleo, el carbón y el gas en la corteza terrestre en un año.Si bien , la energía solar es una grande promesa, a lo largo de los años , el aprovechamiento de la misma ha sido difícil, a pesar de ello en la ultima decada la evolucion del mercado de modulos fotovoltaicos ha sido vertiginosa llegando a alcanzar tazas de crecimiento anual del 35-40%.

CELDAS FOTOVOLTAICASDEFINICIONson 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 materiales 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).Otros Usos de Celdas SolaresSe puede utilizar celdas fotovoltaicas en una gran variedad de aplicaciones incluyendo:Productos de consumo tales como relojes, juguetes y calculadorasSistemas de energía de emergenciaRefrigeradores para almacenaje de vacunas y sangre en áreas remotasSistemas de la aireación para estanquesFuentes de alimentación para satélites y los vehículos espacialesFuentes de alimentación portátiles para camping y pescar

FUNCIONAMIENTOLa conversión directa de luz en electricidad a nivel atómico se llama generación 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 (celdas solares), están compuestas de la misma clase de materiales semiconductores que se usan en la industria microelectrónica, como por ejemplo el silicio.

DIAGRAMA

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 una carga positiva. Aunque ambos materiales son eléctricamente neutros, la silicona del tipo n tiene electrones de sobra y la silicona del tipo p tiene a su vez agujeros de sobra. Colocando estos como sandwich se crea entonces un punto de salida p/n en su fase intermedia creándose entonces ahí y por esta razón un campo de fuerza eléctrico. Cuando n - y silicón del p-tipo entra en el contacto, los electrones del exceso mueven del lado del n-tipo al lado del p-tipo. El resultado es un aumento de cargo positivo a lo largo del lado del n-tipo de la interface y un aumento de cargo negativo a lo largo del lado del p-tipo.Debido al flujo de electrones y agujeros, los dos semiconductores se comportan como una batería, creando un campo eléctrico en la superficie dónde ellos se juntan en la unión o juntura p/n. El campo eléctrico obliga a los electrones a trasladarse desde el semiconductor hacia la superficie negativa de donde quedan disponibles para ser ocupados por algún circuito eléctrico o acumulación. Al mismo tiempo los hoyos se mueven en dirección contraria hacia la superficie positiva donde se van a esperar a los electrones que vienen en dirección contraria.

TIPOS DE CELDAS FOTOVOLTAICAS (CELDAS SOLARES)

Existen diversos tipos de CELDAS FOTOVOLTAICAS

Células de Silicio monocristalinas . Silicio dopado B, Células de Silicio policristalinas, Celda Multicapas, Células de sulfuro de Cadmio y sulfuro de Cobre ,Células bifaciales ,Doble unión P-N.

DESCRIPCION:Células de Silicio monocristalinasEn 1954, los Laboratorios Bell implementaron la primer célula solar de silicio y en pocos años se alcanzaron eficiencias del 6% utilizando este material.Las mejoras implementadas desde entonces son evidentes, considerando que al día de hoy existen compañías que producen células solares con eficiencias superiores al 20%. El silicio es el segundo elemento mas abundante de la corteza terrestre (27.7 % en peso) después del oxigeno, por sus propiedades semiconductoras tiene un interés especial en la industria electrónica y microelectrónica como material básico para la fabricación de obleas que son utilizadas en la fabricación de transistores, todo tipo de dispositivos semiconductores y células solares

transistores silicio

FUNCIONAMIENTO:

Sus átomos están unidos mediante enlaces covalentes, consistente en que cada átomo comparte un electrón con el átomo, por el átomo vecino, por lo que estará rodeado por ocho electrones al alcanzar cierta energía el enlace puede romperse, quedando un electrón libre el cual contribuirá a la generación de una corriente eléctrica.Pueden definirse por lo tanto dos niveles distintos de energía:-uno de baja energía, en la que el electrón se encuentra enlazado-otra en la que ele electrón adquiere la suficiente energía como para romper su enlace y quedar libre.No hay ningún estado permitido entre ambos, a la mínima energía necesaria para permitir este efecto se le llama ancho de banda prohibida del semiconductor, el menor nivel de energía se denomina banda de valencia y al nivel en el que el electrón esta libre se denomina banda de conducción , el ancho de banda prohibida es la distancia entre ambas bandas.

Átomos de silicio

Estructuras de bandas de un semiconductor

Bajo excitación térmica , los electrones que están en la banda de valencia pueden pasar a la banda de conducción , dejando un hueco en la de valencia , a los electrones y a los huecos se les denominan portadores y participaran en la conducción de la electricidad.S e llama sustrato tipo N al que posee átomos de impurezas que permiten la aparición de electrones sin huecos asociados a los mismos. Los átomos de estos mismos se llaman donantes ya que donan o entran electrones. A diferencia de los átomos que conforman la estructura original , posee un electrón no ligado por lo tanto la energía necesaria para separarlo del átomo , será menor que la necesitada para romper una ligadura en el cristal de silicio. Finalmente tendremos mas electrones que huecos por lo que los primeros serán los portadores mayoritarios y los últimos minoritarios.