Conceptos básicos de tecnología solar fotovoltaica

La energía solarfotovoltaica es una tecnología en constante crecimiento y usted debe conocer todos los Conceptos básicos de tecnología solar fotovoltaica.

Cuando la luz brilla en una celda fotovoltaica (PV), puede reflejarse, absorberse o pasar a través de ella. La celda PV está compuesta de material semiconductor, que combina algunas propiedades de los metales y algunas propiedades de los aislantes.

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Conceptos básicos de tecnología solar fotovoltaica

Eso lo hace excepcionalmente capaz de convertir la luz en electricidad. Cuando la luz es absorbida por un semiconductor, los fotones de luz pueden transferir su energía a los electrones, permitiendo que los electrones fluyan a través del material como corriente eléctrica. Esta corriente fluye del semiconductor a los contactos metálicos y luego sale para alimentar su hogar y el resto de la red eléctrica.

Materiales de las celulas solares

Hay una variedad de diferentes materiales semiconductores utilizados en las células solares. Obtenga más información a continuación sobre los materiales más utilizados.

Las células solares, también llamadas células fotovoltaicas, convierten la luz solar directamente en electricidad.

SILICIO

El silicio es, con mucho, el material más común utilizado en las células solares, representando aproximadamente el 90% de los módulos vendidos en la actualidad. También es el segundo material más abundante en la Tierra (después del oxígeno) y el semiconductor más común utilizado en chips de computadora. Las células de silicio cristalino están formadas por átomos de silicio conectados entre sí para formar una red cristalina. Esta red proporciona una estructura organizada que hace que la conversión de luz en electricidad sea más eficiente.

Las células solares hechas de silicio proporcionan actualmente una combinación de alta eficiencia, bajo costo y larga vida útil. Se espera que los módulos duren 25 años o más y sigan produciendo más del 80% de su potencia original después de este tiempo.

Fotovoltaica de pelicula delgada

Una célula solar de película delgada se fabrica depositando una o más capas delgadas de material fotovoltaico sobre un material de soporte como vidrio, plástico o metal. Hay dos tipos principales de semiconductores fotovoltaicos de película delgada en el mercado hoy en día: telururo de cadmio (CdTe) y diselenuro de cobre, indio y galio (CIGS). Ambos materiales se pueden depositar directamente en la parte frontal o posterior de la superficie del módulo.

CdTe es el segundo material fotovoltaico más común después del silicio y permite procesos de fabricación de bajo costo. Si bien esto los convierte en una alternativa rentable, sus eficiencias aún no son tan altas. Las células CIGS tienen propiedades electrónicas y ópticas favorables, aunque la complejidad involucrada en la combinación de cuatro elementos hace que la transición del laboratorio a la fabricación sea desafiante. Tanto CdTe como CIGS requieren más protección que el silicio para permitir una operación duradera en exteriores.

Célula Fotovoltaica orgánica

Las células orgánicas PV u OPV están compuestas de polímeros ricos en carbono y se pueden adaptar para mejorar una función específica de la célula, como la sensibilidad a un determinado tipo de luz. Esta tecnología tiene el potencial teórico para proporcionar electricidad a un costo menor que las tecnologías de silicio o película delgada.

Las células OPV son solo aproximadamente la mitad de eficientes que el silicio cristalino y tienen una vida útil más corta, pero podrían ser menos costosas de fabricar en grandes volúmenes. También se pueden aplicar a una variedad de materiales de soporte, lo que hace que OPV pueda servir a una amplia variedad de usos.

Concentración fotovoltaica

La concentración PV, también conocida como CPV, enfoca la luz solar en una célula solar mediante el uso de un espejo o lente. Al enfocar la luz solar en un área pequeña, se requiere menos material fotovoltaico. Los materiales fotovoltaicos se vuelven más eficientes en la conversión de energía a medida que la luz se concentra más, por lo que las eficiencias generales más altas se obtienen con células y módulos de CPV.

Sin embargo, se requieren materiales más caros, técnicas de fabricación y seguimiento, por lo que demostrar la ventaja de costo necesaria sobre los módulos de silicio de alto volumen de la actualidad se ha convertido en un desafío.

Rendimiento y eficiencia de células solares

La eficiencia de una celda es simplemente la cantidad de energía eléctrica que sale de una celda dividida por la energía de la luz solar que ingresa. La cantidad de electricidad producida por las células PV depende de la calidad (intensidad y longitud de onda) de la luz disponible y el rendimiento múltiple. características de la célula.

Células solares de próxima generación

Los investigadores de células solares en NREL y en otros lugares también están buscando muchas nuevas tecnologías fotovoltaicas, como las células solares hechas de materiales orgánicos , puntos cuánticos y materiales híbridos orgánico-inorgánicos (también conocidos como perovskitas). Estas tecnologías de próxima generación pueden ofrecer costos más bajos, mayor facilidad de fabricación u otros beneficios. La investigación adicional verá si estas promesas se pueden cumplir.

Investigación de confiabilidad e integración de cuadrícula

La investigación fotovoltaica es más que solo hacer una célula solar de alta eficiencia y bajo costo. Los propietarios y las empresas deben confiar en que los paneles solares que instalen no degradarán su rendimiento y continuarán generando electricidad de manera confiable durante muchos años. Las empresas de servicios públicos y los reguladores gubernamentales quieren saber cómo agregar sistemas solares fotovoltaicos a la red eléctrica sin desestabilizar el cuidadoso acto de equilibrio entre la oferta y la demanda de electricidad.

Los científicos de materiales, analistas económicos, ingenieros eléctricos y muchos otros en NREL están trabajando para abordar estas preocupaciones y garantizar que la energía solar fotovoltaica sea una fuente de energía limpia y confiable.