PLACAS SOLARESJose Mara Conesa AlonsoAlicia Garca MorenoLorena Lim ArriolaMiguel Marn SnchezJos Manuel Sancho Gmez

Conceptos bsicosEfecto fotovoltaico: conversin de luz en electricidad.Materia: constituida por tomosNcleo: carga elctrica positiva y neutrones.Electrones: carga elctrica negativa. Los electrones de la ltima capa son electrones de valencia que al unirse con otro forman redes cristalinas.

Tipos de materialesConductores: electrones de valencia poco ligados al ncleo.Semiconductores: electrones de valencia ms ligados al ncleo.Aislantes: configuracin muy estable.

Los materiales usados en las celdas solares son los semiconductores.

Celdas solaresTransforman directamente la energa solar en energa elctrica. Energa resultante de reacciones nucleares de fusin.

Estructura semiconductoresMateriales: Si, Ge, P, As.Estructura del Si: segundo elemento del planeta ms abundante.14 electrones y 14 protones, 4e- de valencia.se presenta en la naturaleza de dos formas distintas, una amorfa y otra cristalizada

Semiconductor tipo ICelda elemental de Si: se unen 5 tomos del material, enlace covalente. no hay electrones libres, por lo cual se denomina conductor intrnseco o tipo I.

Semiconductor tipo NSi incorporamos una impureza, P (5 electrones de valencia) habr un electrn libre.El material tendr exceso de cargas negativas.

Semiconductor tipo PSi incorporamos B (3 electrones de valencia) aparecer un hueco.No se produce enlace covalente y hay exceso de cargas positivas.

Unin NPUnin de material tipo N y tipo P. Los electrones sobrantes del material N pasan hacia el material P y los huecos del material P pasan al material N.Cuando la luz incide sobre el semiconductor, se liberan electrones del tomo de Si, se rompe el equilibrio de la unin NP y se producen los denominados par electrn-hueco. Se genera un campo elctrico que al conectar una carga externa entre ambas zonas, genera la corriente elctrica.Para el Si, se pueden obtener potenciales de aproximadamente 550mV.

Tipos de celdas de SiMonocristalinas:estructura atmica muy ordenada.rendimiento entre el 15% y el 18%. difcil construccin, alto precio.Policristalinas:estructura atmica no tan ordenada como en el monocristalino.rendimiento entre el 12% y el 15% .Amorfas:estructura atmica bastante desordenada.rendimiento es inferior al 10%.fabricacin sencilla, ms barato.

Elementos de una celda solar de SiUn contacto superior en la zona del material tipo N.Dos semiconductores tipo N y tipo P.Un contacto inferior en la zona del material tipo P.

Caractersticas de las celdas solaresCaractersticas I-VVoltaje de circuito abierto VOC Corriente de cortocircuito ISCPotencia Mxima (rectngulo)Factor de llenado (fill factor) : cociente entre el rectngulo de mxima potencia y el rectngulo inscrito entre el voltaje de circuito abierto y la corriente de corto circuito. Esta medida nos da una idea de la calidad de la celda

Eficiencia celdas solaresDefinicin :Relacin entre la potencia elctrica generada por unidad de rea (W/m2) y la irradiacin solar incidente (W/m2) para obtenerla Mximas eficiencias tericas para las celdas solares para diversos materiales (J.J. Loferski 1963)

Tecnologa de fabricacin de celdas solares de Silicio Silicio monocristalino:estructura cristalina uniforme Silicio policristalino:estructuras ubicadas arbitrariamente. Estos granos hacen que la estructura no sea uniforme y se obtenga una eficiencia menor Silicio amorfo:presenta todava bajos niveles de eficiencias

Tecnologa de fabricacin de celdas solares de SilicioEl Silicio se obtiene a partir de elementos como arena o cuarzoSe presentan en la naturaleza con altos grados de impurezas, por este motivo es necesario procesarlos Obtenemos un Silicio con propiedades de semiconductor y as lograr celdas de alta eficiencia el Silicio es el segundo elemento ms abundante en la superficie terrestre, luego del oxgeno.

Tecnologa de fabricacin de celdas solares de SilicioProduccin de Silicio PolicristalinoProcesoConsiste en llevar los granos de cuarzita a temperaturas sumamente elevadas, agregando carbn para eliminar el oxigeno presente en la cuarzita y producir una sustancia gris metlica brillante de una pureza de aproximadamente 99%. Para llegar a purezas de 99,9999%, la sustancia obtenida es depurada mediante un proceso similar al utilizado en las refineras de petrleo, llamado destilacin fraccionada

Tecnologa de fabricacin de celdas solares de SilicioProduccin de Silicio MonocristalinoProcesoMtodo de crecimiento de Czochralski (CZ)El Silicio Policristalino se funde en un crisol a temperaturas cercanas a 1.410C, Se intriduce una semilla de Silicio Monocristalino, Se retira lentamente (10cm/hora) haciendo crecer un lingote cilndrico de material Monocristalino

Tecnologa de fabricacin de celdas solares de SilicioMtodo Flotante (FZ)Se coloca una semilla Monocristalina sobre una barra de Silicio PolicristalinoLuego gracias a una bobina que induce un campo elctrico, la barra se calienta y se funde con la semillaAl desplazarse completamente por la bobina permite la obtencin del lingote de Silicio Monocristalino Este lingote es ms puro que el producido con el mtodo CZ

Tecnologa de fabricacin de celdas solares de SilicioProduccin de obleasUna vez obtenido el cilindro de Silicio Monocristalino, se procede a cortar las obleas o wafers con espesor aproximado de 300umPara realizar esta operacin se utiliza una sierra con multifilamentos, la cual al cortar las obleas produce partculas de SilicioSe pierde casi un 20% de material

Tecnologa de fabricacin de celdas solares de SilicioProduccin de obleasLas obleas son dopadas con tomos de Fsforo en un horno a temperaturas entre 800C y 900C para obtener la capa N El substrato tipo P se logra, antes de obtener los lingotes, dopando el Silicio con tomos de Boro, para luego cortar las obleas que sern utilizadas como material tipo P en las celdas

Tecnologa de fabricacin de celdas solares de SilicioPelcula antirreflectante Consiste en una tratamiento o texturizado que se le da al Silicio para disminuir el ndice de reflexin Estructura piramidal, que aumenta la absorcin de la luz incidente, gracias a reflexin mltiple de sta

Tecnologa de fabricacin de celdas solares de SilicioContactosSuperior : Debe construirse con unidades lo bastante gruesas, para transportar la corriente elctrica y lo bastante finas, para no obstaculizar el paso de la luz solar Inferior : material conductor simple (aluminio)

Tecnologa de fabricacin de celdas solares de SilicioCeldas de Arseniuro de Galio (GaAs)Eficiencias mayores a las de Silicio. Algunos fabricantes, como Spectrolab, han construido celdas con multijunturas, superponiendo junturas especficas para un determinado espectro de la luz solar y as aprovechar totalmente el espectro

Fabricacin de mdulosFragilidad Condiciones atmosfricas Deben ser empaquetadas en un mduloLos mdulos se utilizan para cargar baterasSon fabricados para entregar un voltaje nominal de 12Vdc. Este voltaje se alcanza conectado 36 celdas en serie.

Fabricacin de mdulosLa celda es colocada en un encapsulante (EVA)Parte superior: vidrio templadoParte inferior: substrato a base de resina El modulo se trata a temperaturas de 175C y presin uniforme.Se sella y se ajusta a un marco de aluminio ionizado.

Fabricacin de mdulos. CaracterizacinN celdas en serie o en paralelo, la potencia total de salida es WP = N (IP VP) IP = corriente peak de la celda VP = voltaje peak de la celda

Fabricacin de mdulos. Factores que afectan al rendimientoRadiacin solar : bajos niveles / altos niveles de voltaje de salidaConcentrador esttico : Encapsulado que aumenta el rendimiento.Temperatura de operacin : Un aumento de esta hace que la corriente aumente pero el voltaje disminuya Sombra : Disipa la energaUna celda sombreada afecta al mdulo completo.Solucin : diodos bypass

Fabricacin de mdulos. Concentradores estticosPrismtico simple SPC (Simple Prism Concentrador)Ganancia = 1,75.Clula solar bifacial verticalGanancia = 3,5Poca utilidad prcticaClula solar bifacial horizontalGanancia = 3,8Concentrador Esttico de Material Transparente ReflexivoGanancia = 15%

Silicio negroEntre 100 y 500 veces ms sensible a la luz del sol.Obtencin: haciendo brillar brevemente un lser sobre una lmina de silicio a la que han agregado hexafluoruro de azufre.Paneles solares de gran eficiencia.

xido de TitanioTcnica que no emplea el silicio purificado sino que esta basada en nanoestructuras de xido de titanio.Al ser nanoestructuras son introducidas en sprays.Buena respuesta ante intensidades lumnicas variables y una tasa de conversin de energa lumnica en electricidad estimada en el 11%.Transforma amplias superficies de acero en superficies captadoras de energa solar, lo que abaratara en gran medida el coste por KW.

FIN