PLACAS O CELDAS SOLARES. Conceptos básicos Efecto fotovoltaico: conversión de luz en electricidad....

PLACAS O CELDAS SOLARES

Conceptos básicos

Efecto fotovoltaico: conversión de luz en electricidad.

Materia: constituida por átomos.Núcleo: carga eléctrica positiva y

neutrones.Electrones: carga eléctrica negativa.

Los electrones de la última capa son electrones de valencia que al unirse con otro forman redes cristalinas.

Tipos de materiales

Conductores: electrones de valencia poco ligados al núcleo.

Semiconductores: electrones de valencia más ligados al núcleo.

Aislantes: configuración muy estable.

Los materiales usados en las celdas solares son los semiconductores.

Celdas solaresTransforman directamente la

energía solar en energía eléctrica. Energía resultante de reacciones

nucleares de fusión.

Estructura semiconductoresMateriales: Si, Ge, P, As.Estructura del Si:

Segundo elemento del planeta más 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 I”Celda elemental de Si:

Se unen 5 átomos del material, enlace covalente.

No hay electrones libres, por lo cual se denomina conductor intrínseco o “tipo I”.

Semiconductor “tipo N”

Si se incorpora impureza, P de 5 electrones de valencia, hay un electrón libre.

El material tiene exceso de cargas negativas.

Semiconductor “tipo P”

Si se incorpora una impureza B de 3 electrones de valencia, aparece un hueco.

No se produce enlace covalente y hay exceso de cargas positivas.

Generación de corriente por incidencia de luz en la unión “PN”

En la unión del 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”, logrando el equilibrio eléctrico.

Cuando la luz incide sobre el semiconductor, se liberan electrones del átomo de Si, se rompe el equilibrio de la unión PN y se producen los denominados par “electrón-hueco”.

Se genera un campo eléctrico que al conectar una carga externa entre ambas zonas, genera la corriente eléctrica.

Para el Si, se pueden obtener potenciales de aproximadamente 550mV, en una sección de celda solar.

Tipos de celdas solares de Si

Monocristalinas: Estructura atómica muy ordenada. Rendimiento entre el 15% y el 18%. Difícil construcción, alto costo.

Policristalinas: Estructura atómica no tan

ordenada como en las monocristalinas.

Rendimiento entre el 12% y el 15% . Amorfas:

Estructura atómica bastante desordenada.

Rendimiento es inferior al 10%. Fabricación sencilla, más barato.

Elementos de una celda solar de Si

Un 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”.

Características de las celdas solaresCaracterísticas I-V

Voltaje de circuito abierto VOC . Corriente de cortocircuito ISC. Potencia Máxima (rectángulo).

Factor de llenado (fill factor): Cociente entre el rectángulo de máxima potencia y el rectángulo inscrito entre el voltaje de circuito abierto y la corriente de corto circuito. Esta medida da una idea de la calidad de la celda .

Eficiencia celdas solares

Definición: Relación entre la potencia eléctrica

generada por unidad de área (W/m2) y la

irradiación solar incidente (W/m2) para obtenerla

Máximas eficiencias teóricas para la celda solar

para diversos materiales (J.J. Loferski 1963)