Celdas solares :Los diferentes tipos y funcionamiento

CÉLULAs SOLARes: Definición

¿Que son las celdas solares  fotovoltaicas

celdas solares

Se llaman celdas solaesr , también llamada célula fotovoltaica , a cualquier dispositivo que convierte directamente la energía de la luz en energía eléctrica a través del efecto fotovoltaico . 




La inmensa mayoría de las celdas solares están fabricadas de silicio, lo que aumenta la eficiencia y reduce los costos, ya que los materiales varían desde formas de silicio amorfo (no cristalino) a policristalino y cristalino ( cristal único). 

A diferencia de las baterías o las pilas de combustible , las células solares no utilizan reacciones químicas ni requieren combustible para producir energía eléctrica y, a diferencia de los generadores eléctricos , no tienen partes móviles.

¿Cómo están formados los paneles fotovoltaicos ?

Las células solares se pueden organizar en grandes grupos llamados Paneles .

 Estos paneles , compuestas por muchos miles de células individuales, pueden funcionar como centrales eléctricas, convirtiendo la luz solar en energía eléctrica para su distribución a usuarios industriales, comerciales y residenciales. 

Las células solares en configuraciones mucho más pequeñas, comúnmente denominadas células solares  o simplemente paneles solares, han sido instalados por los propietarios en sus tejados para reemplazar o aumentar su suministro eléctrico.

¿Cómo funciona una celda solar ?

El silicio es lo que se conoce como semiconductor, lo que significa que comparte algunas de las propiedades de los metales y algunas de las de un aislante eléctrico, por lo que es un ingrediente clave en las células solares. 

Para comprender un poco mejor el funcionamiento de una celda solar ,echemos un vistazo más de cerca a lo que sucede cuando el sol incide sobre una célula solar. 

La luz solar está compuesta de partículas minúsculas llamadas fotones, que irradian desde el sol. Cuando estos chocan contra los átomos de silicio de la célula solar, transfieren su energía a electrones sueltos, dejándolos limpios de los átomos. 

Los fotones se pueden comparar con la bola blanca en un juego de billar, que transfiere su energía a las bolas de colores que golpea. 

La liberación de electrones es, sin embargo, es solo la mitad del trabajo de una célula solar: luego necesita llevar estos electrones a una corriente eléctrica. 

Esto implica crear un desequilibrio eléctrico dentro de la célula, que actúa como una pendiente por la cual los electrones fluirán en la misma dirección.

La creación de este desequilibrio es posible gracias a la organización interna del silicio. 

Los átomos de silicio están dispuestos juntos en una estructura estrechamente unida. Al exprimir pequeñas cantidades de otros elementos en esta estructura, se crean dos tipos diferentes de silicio: tipo n, que tiene electrones de repuesto, y tipo p, que le falta electrones, dejando ‘agujeros’ en su lugar. 

Cuando estos dos materiales se colocan uno al lado del otro dentro de una célula solar, los electrones de repuesto del silicio tipo n saltan para llenar los espacios en el silicio de tipo p. 

Esto significa que el silicio de tipo n se carga positivamente, y el silicio de tipo p se carga negativamente, creando un campo eléctrico a través de la celda. Debido a que el silicio es un semiconductor, puede actuar como un aislante, manteniendo este desequilibrio.

A medida que los fotones rompen los electrones de los átomos de silicio, este campo los impulsa de forma ordenada, proporcionando la corriente eléctrica a las calculadoras de potencia, los satélites y todo lo demás.

Si el proceso de generación de electricidad de la CELULA SOLAR  no te quedó claro, mirá el video

 

¿Cúanta energía eléctrica produce una célula solar fotovoltaica ?

Los paneles solares disponibles comercialmente se construyen utilizando entre 32 y 48 celdas solares individuales en serie para proporcionar un panel capaz de cargar una batería de CC de 12V. Pero, ¿cuántas células solares hay en un panel solar? y ¿cuántas células solares necesito? Bueno, como de costumbre, depende de su aplicación específica.

La energía eléctrica generada por una célula fotovoltaica ( PV ) tiene dos componentes: Voltaje ( V ) y Corriente ( I ). 

La potencia de salida generada por la celda PV se mide en vatios, ( P ) que la celda produce es el producto de la corriente de salida de la celda por su voltaje de salida. En otras palabras, P = V x I .

La salida de voltaje de la célula fotovoltaica permanece bastante constante en un amplio rango de intensidades de luz de entrada debido al efecto fotovoltaico de las células, siempre que haya algo de luz. 

La corriente de salida, sin embargo, varía en proporción directa a la cantidad de luz solar que ingresa a la célula PV. Cuanta más luz ingrese a la celda, más corriente producirá hasta su máximo. El voltaje de salida de la celda solar permanece bastante estable desde la luz solar baja a la brillante.

¿Que tipos de CÉLULAS SOLARES existen ?

Los tipos comunes de células solares

Cientos de células solares (también llamadas células fotovoltaicas) forman un panel solar fotovoltaico (PV). 

Las células solares son los componentes de los paneles solares que convierten la luz radiante del sol en electricidad que luego se utiliza para alimentar dispositivos eléctricos , calentar y refrigerar hogares y negocios. 

Las células solares contienen materiales con propiedades semiconductoras en las cuales sus electrones se excitan y se convierten en una corriente eléctrica cuando son golpeados por la luz solar. 




Si bien hay docenas de variaciones de células solares, los dos tipos más comunes son las hechos de silicio cristalino (tanto monocristalino como policristalino) y los fabricados con lo que se llama tecnología de película delgada.

Células solares de silicio

La mayoría de las células solares en el mercado hoy en día están hechas de algún tipo de silicio; según algunas estimaciones, el 90% de todas las células solares están hechas de silicio. 

Sin embargo, el silicio puede tomar muchas formas diferentes. Las variaciones se distinguen por la pureza del silicio; la pureza en este sentido es la forma en que los módulos de silicio están alineados. Cuanto mayor es la pureza de las moléculas de silicio, más eficiente es la célula solar para convertir la luz solar en electricidad. 

La mayoría de las células solares basadas en silicio en el mercado (alrededor del 95%) están compuestas de silicio cristalino, lo que hace que este sea el tipo más común de célula solar. Pero hay dos tipos de cristalino: monocristalino y policristalino.

Células solares de silicio monocristalino

celdas solares monocristalinas

 

Las células solares monocristalinas, también llamadas células “monocristalinas” son fácilmente reconocibles por su coloración. Pero lo que los hace más únicos es que se los considera hechos de un tipo de silicio muy puro. 

En el mundo del silicio, cuanto más pura es la alineación de las moléculas, más eficiente es el material para convertir la luz solar en electricidad. 

De hecho, las células solares monocristalinas son las más eficientes de todas; las eficiencias se han documentado en más del 20%.

Las células solares monocristalinas están hechas de lo que se llama “lingotes de silicio”, un diseño de forma cilíndrico que ayuda a optimizar el rendimiento. 

Esencialmente, los diseñadores cortan cuatro lados de lingotes cilíndricos para hacer las obleas de silicio que componen los paneles monocristalinos. 

De esta forma, los paneles compuestos de células monocristalinas tienen bordes redondeados en lugar de ser cuadrados, como otros tipos de células solares.

Más allá de ser más eficientes en su producción de energía eléctrica, las células solares monocristalinas también son las más eficientes en el uso del espacio.

 Esto es lógico ya que necesitaría menos células por unidad de salida eléctrica. De esta forma, los paneles solares formados por monocristalinos ocupan la menor cantidad de espacio en relación con su intensidad de generación.

Otra ventaja de las células monocristalinas es que también duran mas tiempo que  todos los tipos. Muchos fabricantes ofrecen garantías de hasta 25 años sobre este tipo de sistemas fotovoltaicos.

La superioridad de las células monocristalinas viene con una etiqueta de precio; de hecho, los paneles solares hechos de células monocristalinas son las más caras de todas las células solares, por lo que desde el punto de vista de la inversión, las células policristalinas y de película delgada suelen ser la opción preferida por los consumidores. 

Una de las razones por las cuales las células monocristalinas son tan caras es que el proceso de corte de cuatro lados termina gastando una gran cantidad de silicio, a veces más de la mitad.

Células solares policristalinas

celdas solares policristalinnas

Las células solares policristalinas, también conocidas como células de polisilicio y multisilicio, fueron las primeras células solares jamás introducidas en la industria, en 1981.

Las células policristalinas no pasan por el proceso de corte utilizado para las células monocristalinas. En cambio, el silicio se derrite y se vierte en un molde cuadrado, de ahí la forma policristalino cuadrado. 

De esta manera, son mucho más asequibles ya que non e desperdicia casi nada de silicio durante el proceso de fabricación.

Sin embargo, policristalino es menos eficiente que su primo monocristalino. Típicamente, el sistema PV solar policristalino operaba con una eficiencia del 13-16%.

las células De nuevo, esto se debe al hecho de que el material tiene una pureza menor. Debido a esta realidad,las células policristalinas son menos eficiente en el uso del espacio.

Otro inconveniente de las células policristalinas es que tiene una tolerancia al calor menor que el monocristalino, lo que significa que no funcionan tan eficientemente a altas temperaturas.

Células solares de película delgada

celdas solares de pelicula fina

Otro tipo de células solares prometedoras es la célula solar de película delgada con tasas de crecimiento de alrededor del 60% entre 2002 y 2007. Para 2011, la industria de celdas solares de película delgada representaba aproximadamente el 5% de todas las celdas solares del mercado.

Si bien existen muchas variaciones de productos de película delgada, típicamente alcanzan eficiencias de 7-13%. Sin embargo, se está llevando a cabo una gran cantidad de investigación y desarrollo en tecnologías de película delgada y muchos científicos sospechan que la eficiencia aumentará hasta en un 16% en los próximos modelos.

Las células solares de película fina se caracterizan por la manera en que varios tipos de materiales semiconductores (incluido el silicio en algunos casos) se superponen uno encima del otro para crear una serie de películas delgadas.

El mayor atractivo de las tecnologías de película delgada es su costo. La producción en masa es mucho más fácil que los módulos basados ​​en cristales, por lo que el costo de producción masiva de células solares de película fina es relativamente bajo. 

El producto en sí también es flexible en su naturaleza, lo que está conduciendo a muchas aplicaciones nuevas de tecnologías solares en escenarios donde es ventajoso tener algún tipo de material flexible. 

Otra ventaja es que el alto calor y el sombreado tienen un impacto negativo menor en las tecnologías de película delgada. Por estas razones, el mercado de películas delgadas continúa creciendo.

Un inconveniente importante es que las tecnologías de película delgada requieren mucho espacio. Esto no los hace los candidatos ideales para aplicaciones residenciales donde el espacio se convierte en un problema; como resultado, la película delgada está despegando más en el espacio comercial. 

Y las células solares de película delgada tienen una vida útil más corta que sus contrapartes cristalinas, lo cual es evidencia de las garantías más cortas ofrecidas por los fabricantes.

 

Células solares de silicio amorfo

Las celdas solares de película fina hechas de silicio amorfo se usan tradicionalmente para aplicaciones de menor escala, incluyendo cosas como calculadoras de bolsillo, luces de viaje y equipos de campamento utilizados en ubicaciones remotas. 

Un nuevo proceso llamado “apilamiento” que implica la creación de múltiples capas de células de silicio amorfo ha resultado en mayores tasas de eficiencia (hasta 8%) para estas tecnologías; sin embargo, sigue siendo bastante caro.

Células solares de telururo de cadmio

El telururo de cadmio es el único de los materiales de película delgada que ha sido competitivo en cuanto a costos con los modelos de silicio cristalino. 

De hecho, en los últimos años, algunos modelos de cadmio los han superado en términos de costo-efectividad. Los niveles de eficiencia dan como resultado un rango de 9-11%.

Cobre Indio Gallium Selenide Solar Cells

Las células de Seleniuro de Galio de Indio de Cobre han demostrado ser las más prometedoras con respecto a sus niveles de eficiencia que van del 10-12%, algo comparable a las tecnologías cristalinas. 




Sin embargo, estas células aún se encuentran en las etapas iniciales de investigación y se han implementado comercialmente a gran escala. Dicho esto, la tecnología es más utilizada en aplicaciones más grandes o comerciales.

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