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¿ Pueden los paneles solares trabajar con luz artificial ?

Los paneles solares pueden funcionar con luz artificial. Sin embargo, su rendimiento y producción de energía nunca serán tan altos como si estuvieran expuestos a la luz solar. La salida de energía del panel solar también variará según el tipo de bombilla, el tipo de luz (cálida o fría), la intensidad y la longitud de onda de la luz artificial.

Analicemos algunos de estos hechos para darle una buena referencia del impacto de la luz artificial en el rendimiento de la energía solar. Primero, debemos abordar algunos factores técnicos.

Radiación solar y espectro de luz

La radiación solar es la principal fuente de energía utilizada por los paneles solares para generar electricidad. Podemos describirlo como la transferencia de energía del Sol a través de un conjunto de radiaciones electromagnéticas que se distribuyen en un espectro de luz que va de la radiación ultravioleta a la infrarroja.

El espectro de radiación solar se puede dividir en varias regiones según las longitudes de onda de las ondas electromagnéticas que llegan a la Tierra, como se puede ver en la siguiente figura:

¿ Pueden los paneles solares trabajar con luz artificial ?

Fuente: Geolycafe

De la figura anterior, podemos notar que los valores de irradiancia más altos se pueden obtener en la región de luz visible. Esta región contiene todos los colores del arco iris e incluye longitudes de onda que van de 400 a 700 nm.

Basado en este enfoque, la mayoría de los fabricantes de paneles solares se enfocan en maximizar la absorción de luz dentro de la región visible. Sin embargo, los paneles solares también pueden diseñarse para absorber la luz en longitudes de onda más amplias. Como podemos ver a continuación, algunas de las tecnologías de paneles solares más comunes, como los módulos monocristalinos y policristalinos, pueden cubrir un mayor rango de longitudes de onda, incluida la luz visible. También pueden incluir longitudes de onda en la región del infrarrojo cercano (hasta 1200 nm). Otras tecnologías populares de película delgada como CIGS y CdTe también pueden cubrir estas regiones, aunque con menos eficiencia. Las células solares amorfas (a-Si), arseniuro de galio (GaAs), sensibilizadas por colorantes (DSSC) y orgánicas están restringidas principalmente a la región visible de la luz.

¿ Pueden los paneles solares trabajar con luz artificial ?

Fuente: Una propuesta de fuentes de luz artificial típicas para la caracterización de aplicaciones fotovoltaicas en interiores, B.Minnaer y P.Veelaert, Gante, Universidad

Como puede ver, hay otras longitudes de onda de luz que también pueden ser utilizadas por grandes tecnologías disponibles comercialmente, como los módulos de silicio, para aprovechar la electricidad. Por lo tanto, podemos preguntarnos, ¿es posible que los paneles solares puedan aprovechar la electricidad de otras fuentes de luz, como las bombillas incandescentes o fluorescentes?

Luz artificial

Una lámpara incandescente está compuesta por un globo de vidrio en el cual un filamento se calienta a altas temperaturas (2,000 a 3,000 K) y generalmente se define dentro de un espectro de longitudes de onda de 300 -830 nm, que tiene su pico en la región infrarroja de la luz. Por lo tanto, si los paneles solares pueden extraer energía de longitudes de onda tan bajas como 300 nm a 1,200 nm, entonces es lógico pensar que los paneles solares podrían extraer algo de energía de esta fuente.

¿ Pueden los paneles solares trabajar con luz artificial ?

Por otro lado, las luces fluorescentes se definieron y diseñaron para ubicarse dentro de la región visible de la luz. Hay muchos tipos de lámparas fluorescentes (alrededor de 12) que están diseñadas con diferentes tecnologías. Sin embargo, la mayoría de ellos usan gases con carga eléctrica, como el mercurio, para crear un camino para que fluya una corriente. A su vez, esto hará que el fósforo fluoreszca y cree luz visible. Esta tecnología se enfoca en la banda inferior del espectro de luz visible que produce luz ultravioleta baja.

Las tecnologías LED y de halogenuros metálicos también son otras fuentes artificiales de luz comunes. Las lámparas de haluro metálico son lámparas de descarga de alta presión que utilizan un arco eléctrico en una mezcla gaseosa de mercurio vaporizado y haluro metálico para producir luz en un amplio espectro. Por otro lado, los diodos emisores de luz (LED) son lámparas de estado sólido que utilizan la electroluminiscencia de una banda prohibida (una barrera que limita los electrones dentro de un material) para emitir luz. Se pueden dividir en tecnologías frías y cálidas.

Según un estudio de investigación realizado en la Universidad de Gante en Bélgica, podemos visualizar los rangos de longitud de onda típicos de todas las tecnologías de luz artificial escaladas a 500 lux.

¿ Pueden los paneles solares trabajar con luz artificial ?La irradiancia del espectro frente a los rangos de longitud de onda de la luz en diferentes lámparas fluorescentes. F2: lámpara fluorescente fría de una temperatura de color correlacionada (CCT) de 4230 K. F7: lámpara fluorescente de banda ancha (CCT = 6500 K). F11: lámpara fluorescente de tres bandas estrechas (CCT = 4000 K)

Fuente: Una propuesta de fuentes de luz artificial típicas para la caracterización de aplicaciones fotovoltaicas en interiores, B.Minnaer y P.Veelaert, Gante, Universidad

¿ Pueden los paneles solares trabajar con luz artificial ?Radiancia del espectro frente a rangos de longitud de onda de luz en diferentes lámparas LED y de halogenuros metálicos

Fuente: Una propuesta de fuentes de luz artificial típicas para la caracterización de aplicaciones fotovoltaicas en interiores, B.Minnaer y P.Veelaert, Gante, Universidad

Paneles solares probados bajo condiciones de luz artificial

Ben Minnaert y Peter Veelaert de la Universidad de Gante se hicieron la misma pregunta que nosotros mismos nos preguntábamos. Entonces, para encontrar la verdad, clasifican todas las luces artificiales en diferentes categorías: lámparas incandescentes, fluorescentes, LED y de halogenuros metálicos.

Luego, utilizaron diferentes tecnologías de paneles solares como monocristalino, policristalino, cadmio telurio, CIGS y otros para cuantificar las salidas de potencia de estos módulos en condiciones interiores a 500 luxes (medida típica de la intensidad de la luz en metros cuadrados dentro de las oficinas) de Las mencionadas fuentes artificiales de luz.

Sorprendentemente, descubrieron que era posible aprovechar la electricidad de la luz artificial a través de paneles solares. Sin embargo, los valores de eficiencia no se acercaban a lo que se esperaría en condiciones de luz diurna al aire libre.

Descubrieron que la tecnología monocristalina y la luz incandescente eran la mejor combinación posible para obtener electricidad de la luz artificial, seguidas de las tecnologías policristalinas y CIGS combinadas con luz incandescente. Sin embargo, teniendo en cuenta una iluminación de 500 lux, fue posible obtener solo 6 W / m 2 , demasiado bajo para las condiciones de prueba estándar.

Otras fuentes de luz como fluorescentes, LED y haluros metálicos no fueron tan eficientes con las células de silicio, sino con los paneles solares GaAs y CdTe. Sin embargo, estas tecnologías no eran adecuadas en absoluto, ya que podían producir más de 1 W / m 2 .

Conclusión

Se especula mucho sobre cómo funcionan los paneles solares en diferentes escenarios. Por ejemplo, si los paneles solares funcionan a través del vidrio o si funcionan con luz artificial se encuentran entre los más especulados. Con base en esta investigación, podemos concluir que los paneles solares pueden funcionar con luz artificial, pero la eficiencia obtenida al usar esta fuente de luz es tan insignificante que no vale la pena considerarla como suministro eléctrico.

Además, si comparamos el espectro de irradiancia de las fuentes fluorescentes de luz con el espectro de radiación solar, podemos notar grandes diferencias.

La curva del espectro de radiación solar sigue una forma suave y continua que maximiza la conversión de la luz en electricidad. Podemos notar que al multiplicar la longitud de onda en nm. Con la irradiancia espectral en W / m 2 , teóricamente podemos obtener valores de 1000 W / m 2 .

Sin embargo, cuando lo comparamos con la irradiancia espectral fluorescente, LED o de haluro metálico, podemos notar que muchos de ellos tienen picos irregulares que no permiten una absorción suave de la luz. Además, estos valores están en mW / m 2 con una clasificación de 500 luxes. Cuando los multiplicamos con las longitudes de onda en nm., Obtenemos valores inferiores a 30 W / m 2 . La diferencia es solo astronómica.

Para aplicaciones dentro de edificios comerciales relacionados con BIPV, los valores de iluminancia pueden aumentar, sin embargo, no serán tan atractivos como considerar instalar paneles solares para aprovechar la luz artificial. Como referencia, un estadio de la UEFA Champions League puede tener una iluminación promedio de 2,000 luxes, y si multiplica los 30W / m 2 estimados en 500 luxes por cuatro (para lograr aproximadamente 2,000 luxes), solo obtendría alrededor de 120W / m 2 valores de irradiancia, que todavía es muy bajo.

Referencias

https://www.uefa.com/MultimediaFiles/Download/uefaorg/General/02/36/26/72/2362672_DOWNLOAD.pdf

https://pdfs.semanticscholar.org/5a0d/7119aac46321079a539f5e4bb0899da387aa.pdf

http://geologycafe.com/oceans/images/insolation_curve.jpg

https://www.comsol.com/blogs/calculating-the-emission-spectra-from-common-light-sources/