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Módulo fotovoltaico

Módulo fotovoltaico

Los módulos fotovoltaicos o paneles solares son dispositivos que se utilizan para capturar la energía de la luz de la dom . Los paneles solares fotovoltaicos contienen un conjunto de células solares que convierten la luz en electricidad . Se llama solar porque el sol es una de las fuentes de energía más fuertes para este tipo de uso. Las células solares a veces se llaman células fotovoltaicas , y la fotovoltaica significa literalmente "luz-electricidad". Las células solares tienen el efecto fotovoltaico para absorber la energía del sol y hacer que la corriente eléctrica fluya entre dos capas cargadas en la dirección opuesta.

Actualmente, los costos asociados con los modulos solares se vuelven baratos en aplicaciones donde la potencia de las estaciones eléctricas está disponible. El costo de los combustibles fósiles está aumentando, y la experiencia de producción está reduciendo los costos de las células solares, esto puede no verse en un futuro muy cercano, pero a la larga la tendencia es un aumento en el uso de este tipo de energía renovable.

Un modulo fotovoltaico es un conjunto de células fotovoltaicas interconectadas entre sí protegidas del exterior por una estructura compuesta básicamente por un vidrio y un marco rígido.

Las células fotovoltaicas son unos elementos que gracias a las propiedades del silicio permiten transformar la radiación solar en energía eléctrica a muy baja tensión mediante el efecto fotovoltaico.

El panel fotovoltaico tiene la función de agrupar todas estas pequeñas tensiones generadas para proporcionar una tensión nominal más alta al sistema.

Los módulos fotovoltaicos proporcionan una tensión en corriente continua. El resto de los elementos del sistema fotovoltaico se encargaran de gestionar y transformar esta tensión en corriente alterna, si fuera necesario.

Los colectores solares son los paneles solares que, mediatne las leyes de la termodinámica, aprovechan el calor del sol para calentar un líquido.

Tecnologías de construcción de los módulos fotovoltaicos

De los muchos materiales que se pueden utilizar para la construcción de módulos fotovoltaicos, el silicio es el más utilizado. El silicio se obtiene en obleas que luego se unen para formar un módulo fotovoltaico.

Los tipos de construcción de las células fotovoltaicas más comunes son:

  • El silicio monocristalino: las células tienen una eficiencia de 18-21%. Tienden a ser costosos y también están presentes, se cortan con lingotes cilíndricos, es difícil cubrir con ellos superficies extendidas sin desperdiciar material o espacio.
  • El silicio policristalino: células más baratas, pero menos eficientes (15-17%), cuya ventaja radica en la facilidad con la que es posible cortarlas en formas adecuadas para unirse en módulos.
  • Silicio amorfo depositado por fase de vapor: las células fotovoltaicas tienen una eficiencia baja (8%), pero son mucho más baratas de producir. El silicio amorfo (Si-a) posee una banda importante de silicio cristalino (Si-c): esto significa que es más eficiente en absorber la parte visible del espectro de la radiación solar, pero menos eficaz en la recolección de la parte infrarroja. Dado que el silicio nanocristalino (con dominios cristalinos del orden nanométrico) tiene aproximadamente el mismo intervalo de banda Si-c, los dos materiales se pueden combinar creando una célula fotovoltaica en capas, en la que la capa superior Si-a absorbe la luz visible y deja la porción infrarroja del espectro a la celda de silicio nanocristalina inferior.
  • CIS: las células se basan en capas de calcogenuro (por ejemplo, Cu (InxGa1-x) (SexS1-x) 2). Tienen una eficiencia de hasta el 15%, pero su costo todavía es demasiado alto.
  • Células fotoelectroquímicas: estas células fotovoltaicas, construidas por primera vez en 1991, se diseñaron inicialmente para imitar el proceso de fotosíntesis. Este tipo de celda en un módulo fotovoltaico permite un uso más flexible de los materiales y la tecnología de producción parece ser muy conveniente. Sin embargo, los tintes utilizados en estas células sufren problemas de degradación cuando se exponen al calor o a la luz ultravioleta. A pesar de este problema, esta es una tecnología emergente con un impacto comercial esperado dentro de una década.
  • Célula fotovoltaica híbrida: combina las ventajas de los semiconductores orgánicos y varios tipos de semiconductores inorgánicos.
  • Celda fotovoltaica concentrada: la utilización de esta celda en un módulo fotovoltaico combina las tecnologías antes mencionadas con lentes de concentración solar que aumentan significativamente la eficiencia. Representan la prometedora nueva generación de paneles aún en desarrollo.
  • Silicio monocristalino, en el cual cada célula está hecha de una oblea cuya estructura cristalina es homogénea (monocristal), dopada apropiadamente para formar una unión pn;
  • Módulo fotovoltaico con silicio policristalino, en el que la oblea mencionada anteriormente no es estructuralmente homogénea, sino que está organizada en granos ordenados localmente.

Módulos fotovoltaicos cristalinos

  • Silicio monocristalino, en el cual cada célula está hecha de una oblea cuya estructura cristalina es homogénea (monocristal), dopada apropiadamente para formar una unión pn;
  • Módulo fotovoltaico con silicio policristalino, en el que la oblea mencionada anteriormente no es estructuralmente homogénea, sino que está organizada en granos ordenados localmente.

Módulos de película delgada

Los módulos fotovoltaicos de película delgada se fabrican depositando el material semiconductor sobre un sustrato similar al vidrio, para que los paneles solares rígidos se utilicen en exteriores; o plástico, en el caso de paneles flexibles para usos menos convencionales.

El módulo de película delgada se fabrica monolíticamente y no requiere el ensamblaje de varias celdas, como en el caso de los paneles de silicio cristalino, además, la cantidad de material semiconductor presente en el panel es considerablemente menor que los paneles hechos con celdas fotovoltaicas estándar, lo que reduce la Los costos de producción, por otro lado, el material depositado parece tener un alto defecto y, por consiguiente, los paneles de película delgada tendrán una eficiencia menor en comparación con sus equivalentes monocristalinos.

Los módulos de película delgada se subdividen en varias categorías según los materiales semiconductores depositados en él, entre los más comunes encontramos:

  • Silicio amorfo, en el que los átomos de silicio se depositan químicamente en forma amorfa, o estructuralmente desorganizados, sobre la superficie de soporte. Esta tecnología utiliza cantidades muy pequeñas de silicio (espesores del orden de micras). Los módulos de silicio amorfo generalmente muestran una eficiencia menos constante de las otras tecnologías en comparación con los valores nominales, a pesar de tener garantías en línea con el mercado. El dato más interesante se refiere al EROEI, que proporciona valores muy altos (en algunos casos incluso llega a 9), lo que demuestra la eficiencia económica de esta tecnología.
  • Telururo de cadmio (CdTe): estos son paneles solares más delgados con un precio más bajo y una menor eficiencia termodinámica.
  • El sulfuro de cadmio microcristalino (CdS), que tiene costos de producción muy bajos debido a que la tecnología utilizada para su producción no requiere el logro de las temperaturas muy altas requeridas en lugar de la fusión y purificación del silicio. Se aplica a un soporte de metal para recubrimiento por pulverización, es decir, se pulveriza literalmente como una pintura. Entre las desventajas asociadas con la producción de este tipo de células fotovoltaicas está la toxicidad del cadmio y la baja eficiencia del dispositivo.
  • Arseniuro de galio (GaAs), se trata de una aleación binaria con propiedades semiconductoras, capaz de garantizar rendimientos muy altos, debido a la propiedad de tener una brecha directa (a diferencia del silicio). Se utiliza principalmente para aplicaciones militares o científicas avanzadas (como misiones de exploración planetarias automatizadas o fotodetectores especialmente sensibles). Sin embargo, el costo prohibitivo del material monocristalino a partir del cual se fabrican las células lo ha destinado a un uso específico.
  • Diselenuro de cobre indio (CIS), con una opacidad que va del 100% al 70% obtenida a través de orificios hechos directamente en la película.
  • Indio cobre galio diselenuro (CIGS)
  • Heterojunction, literalmente unión entre diferentes sustancias, en la que se emplea una capa de silicio cristalino como superficie de soporte de una o más capas amorfas o cristalinas, cada una de las cuales está optimizada para una subbanda de radiación específica;
  • El silicio microesférico, en el que se utiliza silicio policristalino reducido en esferas con un diámetro de aproximadamente 0,75 mm enjaulado en un sustrato de aluminio;

Variantes propietarias

De las tecnologías mencionadas, solo lo amorfo y lo microesférico permiten la flexión del módulo: en el caso de lo amorfo no existe la estructura cristalina del material para evitar que se doble, en el caso de lo microesférico no es la célula (esfera) que se dobla, pero La rejilla de nido de abeja en la que se coloca.

Construcción de los modulos fotovoltaicos

El silicio cristalino y el arseniuro de galio son las elecciones típicas de materiales para las células solares. Los cristales de arseniuro de galio se crean especialmente para usos fotovoltaicos, pero los cristales de silicio también se producen para el consumo de la industria de la microelectrónica .

El silicio policristalino tiene un menor porcentaje de conversión, pero a un costo reducido.

Paneles fotovoltaicos

Cuando se expone a una luz directa de 1 AU, una celda de silicio de 6 centímetros de diámetro puede producir una corriente de 0,5 amperes a 0,5 voltios . El arseniuro de galio es más eficiente.

Los juegos de paneles solares pueden producir electricidad para lugares aislados que tienen buena iluminación.

El cristal se corta en pequeños discos, se pule para eliminar el peligro de corte, los dopantes se insertan en los discos y los controladoresMetálicos se depositan en cada superficie: un pequeño conector en la superficie que mira al sol y un conector en el otro lado. Los módulos solares están construidos con estas células cortadas en formas apropiadas, protegidas contra la radiación y dañadas mediante la aplicación de una capa de vidrio y cementadas sobre un sustrato (ya sea un panel rígido o flexible).

Las conexiones eléctricas se realizan en serie-paralelo para determinar el voltaje de salida total. La capa protectora debe ser un conductor térmico, porque la célula entra cuando absorbe la energía infrarroja del sol que no se convierte en energía eléctrica. Como el calentamiento de la celda reduce la eficiencia operativa, es deseable reducir este calor. El resultado de esta construcción se llama módulo fotovoltaico o panel solar.

Un panel solar es un conjunto de células solares. Aunque cada célula solar proporciona una cantidad relativamente pequeña de energía, un conjunto de células solares diseminadas en un área grande puede generar suficiente energía para ser útil. Para recibir la mayor cantidad de energía, los paneles solares deben dirigirse directamente al sol.

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Última revisión: 30 de octubre de 2018

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