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Cómo funciona una célula solar fotovoltaica

Este artículo explica paso a paso, cómo funciona una célula solar fotovoltaica , con una explicación de los diferentes términos técnicos de una manera sencilla .

Explica los diferentes tipos de  células solares fotovoltaicas y paneles solares , y al final, hace una comparación entre los tipos de módulos solares con el fin de poder elegir el tipo de panel solar conveniente .




Cómo funciona una célula solar fotovoltaica 

Antes de analizar la celula solar como funciona veremos que es u na celula solar.

La energía fotovoltaica es la transformación de la luz solar en energía eléctrica utilizando células solares fotovoltaicas.

¿Que es una célula solar?

Una célula solar fotovoltaica es un dispositivo eléctrico dentro de un panel solar responsable de la conversión de la luz solar en electricidad por un fenómeno llamado efecto fotovoltaico .

¿Qué es el efecto fotovoltaico?

El efecto se debe  a que la energía luminosa se convierte en energía eléctrica en ciertos materiales semiconductores.

El efecto fotovoltaico es libre de ruido y libre de emisiones, es uno de los métodos más respetuosos del medio ambiente para la generación de energía. Para obtener más información sobre las ventajas de la fotovoltaica, consulte este artículo .

En los siguientes párrafos explicaremos paso a paso cómo funciona una célula solar fotovoltaica  para generar electricidad .

 

¿Que  es exactamente lo que hace una célula solar fotovoltaica?

 Cómo funciona una célula solar fotovoltaica :Una célula solar fotovoltaica utiliza la luz solar para la separación de carga para obtener electricidad, para este proceso, se requiere una zona llamada región de carga espacial , en la que las partículas de luz incidente llamadas fotones pueden golpear sobre las cargas a separar.

¿Cómo crear la región de carga de espacio necesaria?

Para generar esta zona, se necesitan dos capas superpuestas opuestas cargadas. Éstos se obtienen usando una sustancia llamada semiconductor (usualmente se usa silicio).

¿Qué es un semiconductor?

Un semiconductor es un material, que sus características eléctricas pueden ser influenciadas por la mezcla a materias extrañas, este adyuvante se llama dopaje .

El dopaje con silicio y la construcción de la región de carga espacial

El dopaje tiene lugar en dos capas diferentes de silicio:

  • La capa final llamada n-capa está tan dopada para formar allí un excedente de electrones .
  • La capa inferior llamada capa p está tan dopada para formar allí un déficit de electrones .

Un contacto entre las dos capas conduce a la construcción de una capa intermedia, la región de carga de espacio.

En la región de carga de espacio entre las dos capas, las cargas se sujetan entre sí.

Ahora, se crea la célula solar fotovoltaica .

¿Qué sucede cuando el sol brilla en la célula solar?

Cómo funciona una célula solar fotovoltaica .En una célula solar fotovoltaica, la capa final es tan delgada que los fotones penetran a través de la región de carga espacial , en la que dan su energía hasta los electrones.

Los electrones excitados están libres de moverse, siguen el campo eléctrico interno y salen de la zona de carga espacial sobre la capa final de la célula solar fotovoltaica.

¿Cómo utilizar la energía de los electrones para generar electricidad?

Para poder utilizar esta energía, la célula solar fotovoltaica se cierra con la ayuda de contactosa una carga: los electrones fluyen a través de la carga al contacto posterior de la célula solar fotovoltaica y se genera electricidad.

 

Cómo funciona una célula solar fotovoltaica

¿Cómo producir más electricidad con el efecto fotovoltaico?

Con el fin de generar más electricidad por el efecto fotovoltaico, las células solares fotovoltaicas individuales se interconectan para formar paneles solares , que producen más corriente directa.




Esta corriente se puede convertir con la ayuda del inversor de la energía solar en la corriente alterna estándar de la red, ahora puede ser almacenada o utilizada para el propio consumo.

Para saber más sobre el inversor solar, consulte este artículo .

 

¿Cuále son los tres tipos primarios de células solares?

En este párrafo, nos centramos en los tipos de células solares fotovoltaicas y la diferencia entre ellas.

Las células solares fotovoltaicas se subdividen en tres categorías:

  • Células solares monocristalinas
  • Células solares policristalinas y
  • Células solares de película delgada.

Las células solares cristalinas están hechas de silicio cristalino. En el mundo natural, el silicio no se encuentra en su forma pura, sino en forma de dióxido de silicio (arena).

Para uso industrial como semiconductor, la arena de cuarzo de la materia prima debe liberarse de cualquier impureza y convertirse en el llamado silicio metalúrgico, que tiene una estructura cristalina.

El silicio para las células solares fotovoltaicas tiene incluso una pureza más alta que el silicio para la producción de chips de computadora.

Las células solares cristalinas se pueden distinguir dependiendo de los métodos de fabricación empleados y de la disposición cristalina de células solares monocristalinas y policristalinas.

Células solares monocristalinas

 

Cómo funciona una célula solar fotovoltaica

 

Las células solares monocristalinas ya se utilizaban para aplicaciones espaciales. Van de azul oscuro a negro y muestran una eficiencia de entre el 16 al 20% .

El método de producción de estas células es muy intensivo en energía . Por lo tanto, los módulos solares de este tipo son más caros que los de las células solares policristalinas.

Células solares policristalinas





Cómo funciona una célula solar fotovoltaica

 

Más del 50% de los paneles  solares instalados están compuestos de células solares policristalinas. El nivel de eficiencia es dos por ciento menor que el de las células solares monocristalinas.

Debido a eso, la producción es más ahorro de energía, y los módulos de este tipo son más baratos que del primer tipo. Las células solares policristalinas tienen un aspecto azul brillante.

Células solares de película delgada

 

Cómo funciona una célula solar fotovoltaica

 

El silicio amorfo u otros materiales de recubrimiento tales como telururo de cadmio (CdTe) o selenuro de cobre indio y galio (CIGS) se depositan en una capa delgada sobre el material de sustrato (por ejemplo, vidrio). El grosor de las capas es inferior a 1 μm.

Las células solares de película delgada son más delgadas -por un factor de mil – en contraste con las células solares cristalinas convencionales.

Debido a que se utiliza menos material y no se producen células individuales, sino módulos completos de película delgada, la tecnología solar de película delgada es mucho más barata que la del cristalino.

Para fabricar módulos solares flexibles, se soporta un material sintético o lámina fina de acero inoxidable.

Existen tres tipos principales de células solares de película delgada, dependiendo del tipo del semiconductor utilizado:

  • silicio amorfo (a-Si),
  • telururo de cadmio (CdTe) y
  • cobre, indio, galio deselenido (CIGS).

La eficiencia de la célula solar CIGS es de aproximadamente el 14% , la célula solar CdTe alcanza actualmente la eficiencia del 12,5% . La célula solar de silicio amorfo muestra eficiencias relativamente bajas de 6 a 8%.

Las células solares flexibles de película delgada tienen generalmente una eficacia más baja que las otras células solares de película delgada.

Sin embargo, el desarrollo de esta tecnología está ocupado investigando, que una mayor eficiencia es de esperar en el futuro.




El silicio amorfo células solares se utilizan comercialmente más que las otras células solares de película delgada, sobre todo en pequeñas aplicaciones, tales como mochilas , tiendas de campaña y prendas de vestir al aire libre, en cuyas fibras células de silicio amorfo o membranas para techos de generación de corriente se han incorporado y también en construcción integrada fotovoltaica .

El uso de células solares de película delgada lleva a una marcada reducción en los precios de los sistemas fotovoltaicos solares a largo plazo.

Su porcentaje del mercado total de módulos aumentó proporcionalmente en los últimos años.

Una célula solar fotovoltaica está aún lejos de ser un módulo solar. En un módulo solar, muchas células solares están interconectadas eléctricamente. Están incrustados entre hojas de vidrio o plástico para que estén protegidos del viento y el clima.

 

¿Cuál es el mejor tipo de panel solar monocristalino, policristalino o película delgada?

 

Al igual que con las células solares fotovoltaicas, existen tres tipos principales de paneles solares: paneles solares monocristalinos, policristalinos y de película delgada.

Paneles solares monocristalinos

 

Cómo funciona una célula solar fotovoltaica
Cómo funciona una célula solar fotovoltaica

 

Debido a su complicada producción , los módulos de células solares monocristalinas son más caros y más pesados que los otros tipos de paneles solares, pero también los más eficientes .

Otra desventaja de estos módulos es que pierden en su salida a altas temperaturas o no una radiación solar óptima. 

Por lo tanto, son especialmente adecuados para áreas de techos pequeños , que están orientados al sur .

Paneles solares policristalinos

 

Cómo funciona una célula solar fotovoltaica

 

La producción de estos paneles es menos complicada que la monocristalina, pero más compleja que la delgada capa de paneles solares.

En contraste con los rivales monocristalinos, los paneles solares policristalinos tienen una menor eficiencia

Al igual que con monocristalinos, pierden en su salida a altas temperaturas o si la radiación solar no es óptima

Los módulos policristalinos son menos costosos que los paneles solares monocristalinos y son especialmente adecuados para áreas de techos grandes o relativamente pequeños.

Módulos de capa delgada – menos eficientes pero tienen bajas pérdidas en condiciones de poca luz ya altas temperaturas

 

Cómo funciona una célula solar fotovoltaica
Cómo funciona una célula solar fotovoltaica

En contraste con los módulos cristalinos, los módulos de capa delgada son muy ligeros y baratos , pero sólo tienen una baja tasa de eficiencia . Vale la pena son módulos de capa delgada para áreas de techos muy grandes y plantas grandes , en las que se pueden instalar muchos paneles solares.

A diferencia de los módulos monocristalinos y policristalinos, la salida de los módulos de capa delgada aumenta ligeramente bajo condiciones de poca luz y a altas temperaturas.




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