Cmo funciona un sensor solar fotovoltaico?Para la fabricacin de sensores solares fotovoltaicos se utiliza tecnologa muy desarrollada y poco comn. Si bien est al alcance de muchos fabricantes la produccin de colectores solares trmicos con un grado de eficacia aceptable, no ocurre lo mismo con los sensores solares fotovoltaicos, donde muy pocas empresas en el mundo cuentan con la capacidad y los recursos tcnicos necesarios para producirlos.El funcionamiento de los paneles se basa en el efecto fotovoltaico. De forma muy resumida y desde el punto de vista elctrico, el efecto fotovoltaico se produce al incidir la radiacin solar (fotones) sobre los materiales que definimos al principio como semiconductores extrnsecos. Los semiconductores extrnsecos se caracterizan, porque tienen un pequeo porcentaje de impurezas; esto es, posee elementos trivalentes o pentavalentes, o lo que es lo mismo, se dice que el elemento est dopado.Dependiendo de si est dopado de elementos trivalentes, o pentavalentes, se tienen dos tipos:

Semiconductores extrnsecos tipo n:

Son los que estn dopados, con elementos pentavalentes, como por ejemplo (As, P, Sb). Los elementos pentavalentes, son aquellos que tienen cinco electrones en la ltima capa electrnica, lo que hace que al formarse la estructura cristalina, un electrn quede fuera y no forme enlace covalente alguno, quedndose en un nivel superior al de los otros cuatro. Si hay altas temperaturas, adems de la formacin de los pares e-h, se liberan los electrones que no se han logrado unir.

Como ahora en el semiconductor existe un mayor nmero de electrones que de huecos, se dice que los electrones son los portadores mayoritarios, y a las impurezas se las llama donadoras.

En cuanto a la conductividad del material elctrica y de calor, esta aumenta de una forma muy elevada, por ejemplo; introduciendo slo un tomo donador por cada 1000 tomos de silicio, la conductividad es 24100 veces mayor que la del silicio puro.

Semiconductores extrnsecos de tipo p:

En este caso son los que estn dopados con elementos trivalentes, (Al, B, Ga, In). El hecho de ser trivalentes, hace que a la hora de formar la estructura cristalina, dejen una vacante con un nivel energtico ligeramente superior al de la banda de valencia, pues no existe el cuarto electrn que lo rellenara.

Esto hace que los electrones salten a las vacantes con facilidad, dejando huecos en la banda de valencia, y siendo los huecos portadores mayoritarios.

De hecho la energa que reciben estos provenientes de los fotones, provoca un movimiento catico de electrones en el dentro del material.Al unir dos regiones de un material semiconductor al que artificialmente se lo haba dotado de concentraciones diferentes de electrones, mediante los elementos que denominbamos dopantes, se provocaba un campo electrosttico constante que reconduca el movimiento de electrones. Se debe recordar que este material formado por la unin de dos zonas de concentraciones diferentes de electrones la denominbamos unin PN, pues la clula solar en definitiva es esto; una unin PN en la que la parte iluminada ser la tipo N y la no iluminada ser la tipo P.

De esta forma, cuando sobre la clula solar incide la radiacin, aparece en ella una tensin anloga a la que se produce entre los bornes de una pila. Mediante la colocacin de contactos metlicos en cada una de las caras puede extraerse la energa elctrica, que se utilizar para alimentar una carga.Al hacer una explicacin desde un punto de vista cuntico, el funcionamiento del efecto fotovoltaico se basa en la capacidad de transmitir la energa de los fotones de la radiacin solar a los electrones de valencia de los materiales semiconductores, de manera que estos electrones rompen su enlace que anteriormente los tena ligado a un tomo. Por cada enlace que se rompe queda un electrn y un hueco (falta de electrn en un enlace roto) para circular dentro del semiconductor. El movimiento de los electrones y huecos en sentidos opuestos (conseguido por la existencia de un campo elctrico) genera una corriente elctrica en el semiconductor la cual puede circular por un circuito externo y liberar la energa cedida por los fotones para crear los pares electrn-hueco. El campo elctrico necesario, se consigue con la unin de dos semiconductores de diferente dopado, como vimos al principio de esta seccin: Un semiconductor tipo P (exceso de huecos) y otro tipo N (exceso de electrones); que al unirlos crea el campo elctrico E.

Tipos de sensores fotovoltaicos:Piranmetro:Elpiranmetroemplea una clula de silicio para medir la densidad de flujo de laRadiacin Solarde longitud de onda corta (300 a 3000 nm, en W m-2) con un ngulo de visin de 180.

Figura 1-Piranometro

La recta calibracin obtenida al usar este aparato tiene comportamiento lineal y relaciona el voltaje de salida (mV) con la densidad de flujo de radiacin. El diseo del sensor minimiza el error que resulta de la correccin del coseno (desviacin respecto a la Ley del coseno) y la compensacin de temperatura (factor de temperatura, 0,1% por C).Los piranmetros son impermeables, sumergibles y resistentes a las condiciones ambientales y est diseado para su instalacin al aire libre. Para obtener la mayor precisin en las medidas, hay que mantener limpio el filtro del sensor y asegurar que se ha instalado totalmente horizontal. Este tipo de sensores slo se pueden utilizar paramedir la radiacin solar incidente (irradiancia),ya que el sensor tiene una respuesta espectral como la que se muestra en la Figura 2 y no abarca todo el espectro de onda corta.

Figura 2.-

Los piranmetrosse calibran en condiciones de exposicin solar directa con un solarmetro de termopilas.Importante:Los piranmetrosNOdeben utilizarse para medir la Radiacin Reflejada ni la Transmitida.

Pirhelimetro:Los pirhelimetros sirven para medir la radiacin solar directa. Tienen una abertura y una cara de recepcin que debe permanecer siempre normal a los rayos solares.Hay varios tipos de pirhelimetros:

Pirhelimetro patrones primarios (absolutos).Todos los pirhelimetros absolutos de diseo moderno utilizan receptores de cavidad y, como sensores, medidores diferenciales de flujo calorfico calibrados elctricamente.

Figura 3-Piranometros Primarios

Pirhelimetros patrones secundarios.El pirhelimetro de compensacin ngstrm es un instrumento muy adecuado para la calibracin de piranmetros y otros pirhelimetros. Fue diseado por K. ngstrm (1893) como instrumento absoluto y la Escala ngstrm, de 1905 se construy basndose en l, aunque en la actualidad se utiliza como patrn secundario y debe calibrarse por comparacin con un instrumento patrn.El pirhelimetro de disco de plata es un instrumento de referencia que siempre debe calibrarse por comparacin con un patrn primario. Presenta buena estabilidad y todava se utiliza para calibrar piranmetros y pirhelimetros, como ya antes mencionado.

Figura 4-Piranometros Secundarios

Pirhelimetros de primera y segunda clase.Estos pirhelimetros son los que se usan ms frecuentemente. Utilizan generalmente termopilas como detectores de radiacin, se emplean para un registro continuo de la radiacin solar. Pueden utilizarse para la calibracin de los instrumentos de una red. A su vez, es necesario calibrarlos por comparacin con patrones primarios o secundarios. La precisin en el transcurso de un ao y para todas las condiciones ambientales durante el empleo del instrumento debe ser superior al uno por ciento para un pirhelimetro de primera clase y al dos por ciento para uno de segunda. Otro aspecto importante del instrumento es el tiempo de respuesta, se recomienda que el instrumento construido posea un tiempo de respuesta mximo de diez segundos para los instrumentos de primera clase y de treinta segundos para los de segunda clase.

Figura 5- CH-1 NIP (Pirhelimetro de Incidencia Normal).

Albedmetro:El albedmetro es un sensor electrnico diseado para medir la intensidad y la duracin diaria de la insolacin por medio de dos parmetros: la radiacin solar incidente y la radiacin rebotada, correspondientes respectivamente a la potencia del flujo de energa en proveniencia del sol y a la cantidad de esta adsorbida por la superficie terrestre.Estos valores son importantes para evaluar la transparencia de la atmsfera relacionada con la concentracin de gases contaminantes y vapores, as como para identificar los umbrales fundamentales de referencia para aplicaciones en la agricultura, la biologa, la arquitectura y la meteorologa.El albedmetro es un instrumento formado por dos radimetros: uno dirigido hacia el cielo, para medir la radiacin solar incidente y otro rodado de 180 hacia el suelo para medir la radiacin rebotada.Los sensores estn formados por una termopila de 64 elementos, producen una corriente elctrica como respuesta a la intensidad del estmulo, devolviendo as el valor del parmetro medido.Se debe prestar mucha atencin a los detalles de construccin como por ejemplo el uso de un contenedor hermtico con doble cpula de vidrio, la presencia de sales higroscpicas para que el aire al interior permanezca seca y limpia, la dotacin de una pantalla blanca para proteger el sensor del desgaste producido por la radiacin solar; estos detalles permiten optimizar las condiciones de medicin, para as obtener datos altamente confiables y realsticos.

Figura 6- Albedmetro.

Pirgemetro.-Un pirgemetro es un instrumento de medicin, que mide el espectro de la radiacin infrarroja atmosfrica que se extiende aproximadamente desde 4,5 m hasta 100 m. Pirgemetros se utilizan con frecuencia en los estudios de meteorologa, climatologa. La radiacin de onda larga hacia debajo de la atmsfera es de inters para la investigacin de los cambios climticos a largo plazo. Un pirgemetro est hecho con un sensor de termopila que es sensible a la radiacin en una amplia gama de 200 nm a 100 m, de una cpula de silicio o ventana con un revestimiento de filtro solar ciego; la cual cuenta con una transmisin entre 4,5 m y 50 m que elimina la radiacin de onda corta solar. Tambin posee un sensor de temperatura para medir la temperatura del cuerpo del instrumento y un protector de sol para minimizar el calentamiento del instrumento debido a la radiacin solar. Los pirgemetros se utilizan con frecuencia en los estudios de meteorologa, climatologa. La radiacin de onda larga hacia abajo atmosfrica es de inters para la investigacin de los cambios climticos a largo plazo. Las seales que detectan este instrumento lo realiza generalmente mediante un sistema de registro de datos, capaz de tomar muestras de alta resolucin en el rango de los milivoltios.

La forma en la que trabaja un pirgemetro es midiendo la radiacin de onda larga de manera descendente. Esto resulta en un equilibrio de la radiacin neta, donde a radiacin neta en la superficie del sensor nos referimos a la radiacin de onda larga recibida de la atmsfera o a la radiacin de onda larga emitida por la superficie del sensor.La termopila de pirgemetro detecta el saldo neto de radiacin entre el flujo de radiacin de onda larga entrante y saliente la cual denominaremos q y la convierte utilizando la siguiente ecuacin:

El valor se determina durante la calibracin del instrumento. La calibracin se lleva a cabo en la fbrica de produccin con un instrumento de referencia atribuible a un centro regional de calibracin.Para derivar la absoluta flujo descendente de onda larga, la temperatura de la pirgemetro tiene que ser tomada en cuenta. Se mide usando un sensor de temperatura en el interior del instrumento, cerca de las uniones fras de la termopila. El pirgemetro se considera aproximadamente un cuerpo negro. Debido a esto, emite radiacin de onda larga de acuerdo con:

Donde q es la radiacin de onda larga emitida por la superficie de la tierra, la constante de Stefan-Boltzmann y T es la temperatura absoluta del detector pirgemetro.A partir de los clculos anteriores, la radiacin entrante de onda larga se puede derivar. Esto se hace generalmente por la reordenacin de las ecuaciones anteriormente para producir la llamada ecuacin pirgemetro por Albrecht y Cox.

Figura 7- Albedmetro.

Bibliografa:https://www.google.com.ec/search?q=Que+es+un+pirgeometro&biw=1600&bih=756&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ei=RYHyVI7MLti1yATnu4KIBg&ved=0CAYQ_AUoAQ&dpr=1http://ocw.unia.es/ciencias-tecnologicas/caracterizacion-y-evaluacion-de-la-radiacion-solar/tema-5http://www.ujaen.es/investiga/solar/07cursosolar/home_main_frame/03_celula/01_basico/3_celula_03.htmhttp://fisicauva.galeon.com/aficiones1925813.htmlhttp://palomi28.blogspot.com/2010/10/el-pirheliometro.htmlhttp://www.cae.it/es/soluzioni/albedometro-AB20K.phphttp://www.geonica.com/prod/83/141/Sensores-Meteorologicos-e-Hidrologicos/Radiacion-solar-tipo-fotovoltaico/ (si quieren ms sensores fotovoltaicos les recomiendo que chequen este link)http://www.lab-ferrer.com/sensores/instrumentaci%C3%B3n-y-sensores/parametros-ambientales/piranometro-para-medir-la-radiacion-solar.html