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Construcción de un panel fotovoltaico: tipos de células, elementos individuales y su funcionamiento.

Las células fotovoltaicas son responsables de la conversión de la energía solar en electricidad como resultado del fenómeno fotovoltaico. Descubra cómo se construye una célula solar y cómo funciona.

¿En qué consiste una celda solar?

Una célula fotovoltaica (célula fotovoltaica, célula solar) es el elemento básico de los paneles fotovoltaicos. Está hecho de un semiconductor que puede cambiar sus propiedades de conducción de corriente eléctrica cuando se expone a la luz solar.

Es por eso que el silicio, el germanio y el selenio se utilizan en la producción de los paneles fotovoltaicos más utilizados. Sin embargo, el primero es el más eficaz y, por tanto, el más utilizado. Esto se debe, entre otras cosas, a a partir de la experiencia con este material, refinando el proceso de producción de grandes monocristales de silicio a partir de los cuales se producen las obleas de silicio.

En cuanto a la eficiencia de las celdas, existen tecnologías con mayor eficiencia que las de silicio, por ejemplo, celdas basadas en arseniuro de galio. – que, sin embargo, por razones económicas, prácticamente no se utilizan en instalaciones fotovoltaicas.

Una fotocélula de silicio está hecha de dos capas de semiconductores: silicio de tipo n (donde los electrones son el principal portador de carga) y silicio de tipo p (los «agujeros» son la carga mayoritaria).

La conexión directa de capas de silicio tipo p tipo n hace que de ambas áreas los portadores mayoritarios (electrones para ny huecos para p) se difundan al opuesto, y así es como se crea una zona empobrecida (o una zona de barrera).

En tal región, surge una diferencia de potencial entre la región de tipo p de tipo n representada por la barrera de potencial. Por encima del silicio de tipo n, hay un electrodo colector (negativo) en forma de rejilla y un revestimiento antirreflectante. Por otro lado, debajo del silicio tipo p, hay un electrodo de transferencia (positivo) en forma de placa de metal.

Básicamente, una celda fotovoltaica consta de una capa superior absorbente de luz con un electrodo , una placa de silicio cristalino, y una capa inferior metalizada, que es el segundo electrodo.

Células fotovoltaicas con capa PERC

Una celda fotovoltaica con una capa de PERC se diferencia de la estándar en términos de estructura y, por lo tanto, de eficiencia. Esto se debe al hecho de que las células solares clásicas absorben los rayos del sol de forma limitada y en longitudes de onda electromagnéticas limitadas.

La fotocélula PERC tiene una capa adicional de dieléctrico, es decir, un aislante eléctrico, que funciona como un reflector de potencia. Es simplemente una capa aislante destinada a limitar la atracción de electrones al electrodo inferior de aluminio. Además, como indica el nombre de Passive Emitter Rear Cell, una celda con una pasivación inferior del emisor: la pasivación inferior del conector refleja los rayos del sol de regreso a la celda, gracias a lo cual tienen una oportunidad adicional de generar energía.

En la práctica, esto significa que los paneles solares PERC son más eficientes durante todo el día, incluso temprano en la mañana, en la noche y en días nublados. La luz solar se absorbe de manera eficiente y se convierte en electricidad.

Células solares de medio corte

Las células fotovoltaicas tradicionales tienen unas dimensiones de 156 × 156 mm (estándar M1, aunque cada vez están apareciendo más en el mercado células de mayores dimensiones). Aquellos en la tecnología de celda de medio corte – 156 × 78 mm, lo que significa que en la misma superficie del panel hay un doble número de celdas «cortadas» a la mitad. El módulo estándar consta de 72 celdas y la mitad de celda cortada, 144 celdas.

Al dividir la celda por la mitad, reducen la resistencia eléctrica interna, lo que garantiza una mayor potencia de salida, mayor eficiencia y confiabilidad. Los eslabones medio cortados no se calientan como los eslabones estándar, por lo que se prolonga su vida útil.

Es importante destacar que estos módulos se han dividido en dos partes (paneles dúo). Como resultado, se ha eliminado el problema frecuente del sombreado parcial del panel.

Célula fotovoltaica: ¿qué está sucediendo en el interior?

La estructura especial de la célula fotovoltaica y las propiedades de sus elementos provocan que se produzca un fenómeno físico en el interior: el efecto fotoeléctrico interno. El fenómeno fotovoltaico convierte la energía solar en corriente continua .

La radiación solar que cae sobre las células fotovoltaicas es una corriente de fotones. Cuando chocan con los electrones, les transfieren energía. La absorción de fotones produce un par de huecos de electrones. El campo de unión transfiere cada una de estas cargas a áreas opuestas: el electrón a la región de tipo n, el agujero a la región del semiconductor de tipo p.

Esta separación del par de cargas crea una diferencia de potencial que polariza la unión en la dirección de conducción. – los portadores entran en la región adyacente y este movimiento de los portadores es la corriente eléctrica resultante. En general, se crea una corriente, que es precisamente el movimiento de electrones.

El efecto fotovoltaico produce una corriente continua que luego se convierte en corriente alterna mediante un inversor (inversor) o un microinversor.

Células fotovoltaicas – tipos

Las células fotovoltaicas difieren en estructura y propiedades, por lo que se dividen en generaciones. La primera generación incluye celdas hechas de silicio mono o policristalino, mientras que la segunda generación incluye celdas fotovoltaicas hechas de materiales semiconductores en forma de una película delgada, la mayoría de las veces diferente al silicio, por ejemplo, telururo de cadmio CdTe. La tercera generación también está en proceso de investigación, incl. células de tinte y polímero.

Las células más populares en el mercado fotovoltaico son las células policristalinas y monocristalinas de silicio. La principal diferencia entre ellos es el método de producción de silicio para la producción de células. El proceso utilizado también da como resultado un rendimiento, apariencia y precio diferentes.

Las células fotovoltaicas policristalinas son más baratas, pero alcanzan una eficiencia del 14 al 16%. Tienen un color azul, forma cuadrada y bordes claros a menudo visibles de cristales de silicio. Los paneles fabricados con ellos forman una placa homogénea. Las células policristalinas son una buena opción para las personas que tienen un techo grande.

El precio de las células fotovoltaicas monocristalinas es ligeramente superior, pero tienen una eficiencia mucho mayor (16-20%). Las células monocristalinas son de color negro y tienen esquinas redondeadas y truncadas.

Esto se debe a que se cortan del cilindro. Es por eso que los paneles hechos con ellos tienen una especie de puntos sobre un fondo negro. En realidad, son espacios vacíos a través de los cuales puede ver la capa inferior del módulo. Las células monocristalinas son la mejor opción para las personas que tienen un techo pequeño porque gastan más.

Las células fotovoltaicas amorfas están hechas de un cristal de silicio amorfo. Tienen la eficiencia más baja, en el rango de 6-8%, pero también son los más baratos. Las células amorfas son opacas y tienen un color rojo intenso.