8/18/2019 Química panel solar

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Química

¿Como funciona un panel solar fotovoltaico?

Para la fabricación de paneles solares fotovoltaicos se emplea tecnología muy avanzada ycompleja. Sin bien esta al alcance de muchos fabricantes la producción de colectores solarestérmicos con un grado de eficacia aceptable, no ocurre lo mismo con los paneles solaresfotovoltaicos, donde muy pocas compañías en el mundo cuentan con la capacidad y los recursostécnicos necesarios para producirlos.

l funcionamiento de los paneles se basa en el efecto fotovoltaico. ste efecto se produce cuandosobre materiales semiconductores convenientemente tratados incide la radiación solarproduciéndose electricidad.

Proceso básico de fabricación:

!" n una l#mina de material semiconductor puro se introducen elementos $uímicos llamadosdopantes $ue hacen $ue esta tenga un e%ceso de electrones y aun$ue no e%ista en realidad

dese$uilibrio eléctrico &e%istir# el mismo numero de electrones $ue de neutrones en el total de laplancha del semiconductor ' convencionalmente se entiende $ue esta plancha tiene una carganegativa y se la denomina (

)" Por otro lado en otra l#mina de material semiconductor se hace el mismo proceso pero en estaocasión con otra sustancia dopante $ue provoca $ue haya una falta de electrones. Por esta razónse entiende convencionalmente $ue la plancha tiene una carga positiva y se le denomina P

*" s en este punto donde se procede a realizar la unión P"( en la cual el e%ceso de electrones de( pasa al otro cristal y ocupa los espacios libres en P. +on este proceso la zona inmediata a launión $ueda cargada positivamente en ( y negativamente en P cre#ndose un campo eléctrico cuyabarrera de potencial impide $ue contine el proceso de trasvase de electrones de una plancha a laotra.

Bases del funcionamiento de las células fotovoltaicas

+uando el conjunto $ueda e%puesto a la radiación solar, los fotones contenidos en la luz transmitensu energía a los electrones de los materiales semiconductores $ue pueden entonces romper labarrera de potencial de la unión P"( y salir del semiconductor a través de un circuito e%terior,produciéndose así corriente eléctrica.

l modulo m#s pe$ueño de material semiconductor con unión P"( y por lo tanto con capacidad deproducir electricidad, es denominado célula fotovoltaica. stas células fotovoltaicas se combinan dedeterminadas maneras para lograr la potencia y el voltaje deseados. ste conjunto de célulassobre el soporte adecuado y con los recubrimientos $ue le protejan convenientemente de agentes

atmosféricos es lo $ue se denomina panel fotovoltaico.

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Célula fotovoltaica y panel fotovoltaica

Tipos de paneles solares

Tipos de paneles en función de los materiales

%isten diferentes tipos de paneles solares en función de los materiales semiconductores y losmétodos de fabricación $ue se empleen. -os tipos de paneles solares $ue se pueden encontrar enel mercado son

" Silicio Puro monocristalino" /asados en secciones de una barra de silicio perfectamentecristalizado en una sola pieza . n laboratorio se han alcanzado rendimientos m#%imos del )0,12para éste tipo de paneles siendo en los comercializados del !32.

Panel solar monocristalino

- Silicio puro policristalino" -os materiales son semejantes a los del tipo anterior aun$ue en estecaso el proceso de cristalización del silicio es diferente. -os paneles policristalinos se basan ensecciones de una barra de silicio $ue se ha estructurado desordenadamente en forma de pe$ueñoscristales. Son visualmente muy reconocibles por presentar su superficie un aspecto granulado. Seobtiene con ellos un rendimiento inferior $ue con los monocristalinos &en laboratorio del !4.52 y en

los módulos comerciales del !02' siendo su precio también m#s bajo.

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Panel solar policristalino

Por las características físicas del silicio cristalizado, los paneles fabricados siguiendo estatecnología presentan un grosor considerable. 6ediante el empleo del silicio con otra estructura ode otros materiales semiconductores es posible conseguir paneles m#s finos y vers#tiles $uepermiten incluso en algn caso su adaptación a superficies irregulares. Son los denominadospaneles de l#mina delgada

 7sí pues, los tipos de paneles de l#mina delgada son

- Silicio amorfo" &89S' /asados también en el silicio, pero a diferencia de los dos anteriores, estematerial no sigue a$uí estructura cristalina alguna. Paneles de este tipo son habitualmenteempleados para pe$ueños dispositivos electrónicos & +alculadoras, relojes' y en pe$ueños panelesport#tiles. Su rendimiento m#%imo alcanzado en laboratorio ha sido del !*2 siendo el de losmódulos comerciales del 52.

- Teluro de cadmio" :endimiento en laboratorio !32 y en módulos comerciales 52

- Arseniuro de alio" ;no de los materiales m#s eficientes. presenta unos rendimientos enlaboratorio del )

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Material semiconductor 1 

6aterial semiconductor )

Célula Tandem (Material semiconductor 1 + 2)

(1) Célula con material semiconductor 1, solo aprovecha una parte del espectro electromagnéticode ue est! compuesta la lu" solar(2) #a célula con el material semiconductor 2 aprovecha otra

 parte del espectro electromagnético de la lu" diferente al del material semiconductor 1 ($) en lacélula Tandem se com%inan am%os tipos de materiales, con lo ue se aprovecha la parte delespectro electromagnético de am%os tipos de materiales son capaces de transformar en energ&aeléctrica' l rendimiento total ser! en teor&a la suma de los rendimientos de am%os tipos de células

 por separado

-a mayoría de los módulos comercializados actualmente est#n realizados de silicio monocristalino,policristalino y amorfo. l resto de materiales se emplean para aplicaciones m#s específicas y sonm#s difíciles de encontrar en el mercado.

6ención especial merece una nueva tecnología $ue esta llamada a revolucionar el mundo de laenergía solar fotovoltaica. Se trata de un nuevo tipo de panel solar muy fino, muy barato deproducir y $ue segn dicen sus desarrolladores presenta el mayor nivel de eficiencia de todos los

materiales. ste nuevo tipo de panel esta basado en el Cobre "ndio alio !iselenido #C"S$ y seprevé $ue en un futuro no muy lejano, debido a su competitiva relación entre producción deenergía?costo pueda llegar a sustituir a los combustibles fósiles en la producción de energía.

Tipos de paneles en función de la forma

8ambién es posible clasificar los tipos de paneles en función de su forma. mple#ndose cual$uierade los materiales antes comentados se fabrican paneles en distintos formatos para adaptarse a

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una aplicación en concreto o bien para lograr un mayor rendimiento .7lgunos ejemplos de formasde paneles distintos del cl#sico plano son

Paneles con sistemas de concentración. ;n ejemplo de ellos es el modelo desarrollado por unamarca española, el cual mediante una serie de superficies reflectantes concentra la luz sobre lospaneles fotovoltaicos. 7un$ue el porcentaje de conversión no varíe, una misma superficie de panel

producir# m#s electricidad ya $ue recibe una cantidad concentrada de fotones. 7ctualmente se investiga en sistemas $ue concentran la radiación solar por medio de lentes. -aconcentración de la luz sobre los paneles solares es una de las vías $ue est#n desarrollando losfabricantes para lograr aumentar la efectividad de las células fotovoltaicas y bajar los costes.

Paneles de formato %te&a o baldosa'. stos paneles son de pe$ueño tamaño y est#n pensadospara combinarse en gran nmero para así cubrir las grandes superficies $ue ofrecen los tejados delas viviendas. 7ptos para cubrir grandes demandas energéticas en los $ue se necesita una elevadasuperficie de captación.

Panel de formato tea

Paneles bifaciales /asados en un tipo de panel capaz de transformar en electricidad la radiaciónsolar $ue le recibe por cual$uiera de sus dos caras. Para aprovechar convenientemente estacualidad se coloca sobre dos superficies blancas $ue reflejan la luz solar hacia el reverso del panel.

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Sistemas de se(uimiento solar 

n los sistemas solares fotovoltaicos e%iste la posibilidad de emplear elementos seguidores delmovimiento del Sol $ue favorezcan y aumenten la captación de la radiación solar.

%isten tres tipos de soporte para los colectores solares

- Colocación sobre soporte estático" Soporte sencillo sin movimiento. >ependiendo de lalatitud de la instalación y de la aplicación $ue se $uiera dar se dotan a los paneles de la inclinaciónm#s adecuada para captar la mayor radiación solar posible. s el sistema m#s habitual $ue seencuentra en las instalaciones

- Sistemas de se(uimiento solar de ) e&e* stos soportes realizan un cierto seguimientosolar. -a rotación del soporte se hace por medio de un solo eje, ya sea horizontal, vertical uoblicuo. ste tipo de seguimiento es el m#s sencillo y el m#s económico resultando sin embargo

incompleto ya $ue sólo podr# seguir o la inclinación o el azimut del Sol, pero no ambas a la vez.

- Sistemas de se(uimiento solar de dos e&es. +on este sistema ya es posible realizarun seguimiento total del sol en altitud y en azimut y siempre se conseguir# $ue la radiación solarincida perpendicularmente obteniéndose la mayor captación posible. %isten tres sistemas b#sicosde regulación del seguimiento del sol por dos ejes

" Sistemas mecánicos" l seguimiento se realiza por medio de un motor y de un sistema deengranajes. >ado $ue la inclinación del Sol varia a lo largo del año es necesario realizar ajustesperiódicos, para adaptar el movimiento del soporte

" +ediante dispositivos de a&uste automático-. l ajuste se realiza por medio de sensores $uedetectan cuando la radiación no incide perpendicular al panel corrigiéndose la posición por mediode motores.

" !ispositivos sin motor " Sistemas $ue mediante la dilatación de determinados gases, suevaporación y el juego de e$uilibrios logran un seguimiento del Sol.

Se estima $ue con estos sistemas se puede lograr un aumento de entre el *=2 y el 0=2 de laenergía captada. Se hace necesario evaluar el costo del sistema de seguimiento y la gananciaderivada del aumento de la energía para determinar su rentabilidad.

,tros elementos asociados a los paneles solares fotovoltaicos 

l panel solar es el elemento encargado de captar la energía del sol y de transformarla en energíaeléctrica $ue se pueda ser usada. 7sociado los paneles e%isten otros componentes $ue se utilizanen las instalaciones como elementos de seguridad o $ue amplían las posibilidades del uso de lainstalación. -os componentes esenciales de una instalación fotovoltaica son

-e(ulador " s el elemento $ue regula la inyección de corriente desde los paneles a la batería. lregulador interrumpe el paso de energía cuando la batería se halla totalmente cargada evitando asílos negativos efectos derivados de una sobrecarga. n todo momento el regulador controla el

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estado de carga de la batería para permitir el paso de energía eléctrica proveniente de los panelescuando esta empieza a bajar.

- Bater.a- 7lmacena la energía de los paneles para los momentos en $ue no hay sol, o para losmomentos en $ue las características de la energía proporcionada por los paneles no es suficiente oadecuada para satisfacer la demanda &falta de potencia al atardecer ,amanecer, días nublados'. -a

naturaleza de la radiación solar es variable a lo largo del día y del año, la batería es el elemento$ue solventa este problema ofreciendo una disponibilidad de energía de manera uniforme durantetodo el año

-"nversores- l elemento $ue transforma las características de la corriente de continua a alterna.-a mayoría de los aparatos eléctricos funcionan con corriente alterna y tanto los paneles como lasbaterías suministran energía eléctrica en forma de corriente continua. s por ello $ue se hacenecesario este elemento $ue modifi$ue la naturaleza de la corriente y la haga apta para suconsumo por muchos aparatos.

-a eficiencia de conversión media obtenida por las células disponibles comercialmente &producidasa partir de silicio monocristalino' est# alrededor del !02, pero segn la tecnología utilizada varíadesde el 32 de las células de silicio amorfo hasta el !0"))2 de las células de silicio

monocristalino. 8ambién e%isten las células multicapa, normalmente de arseniuro de galio, $uealcanzan eficiencias del *=2. n laboratorio se ha superado el 0*2 con nuevos panelese%perimentales.!

-a vida til media a m#%imo rendimiento se sita en torno a los )< años, período a partir del cual lapotencia entregada disminuye por debajo de un valor considerable.

 7l grupo de células fotoeléctricas para energía solar se le conoce como panel fotovoltaico. -ospaneles fotovoltaicos consisten en una red de células solares conectadas como circuito en seriepara aumentar la tensión de salida hasta el valor deseado &usualmente se utilizan !)@ ó )0@' a lavez $ue se conectan varias redes como circuito paralelo para aumentar la corriente eléctrica $ue escapaz de proporcionar el dispositivo.

l tipo de corriente eléctrica $ue proporcionan es corriente continua, por lo $ue si necesitamoscorriente alterna o aumentar su tensión, tendremos $ue añadir un inversor y?o un convertidor depotencia