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Energías renovables

Autor: José María Cracco
Curso:
9,27/10 (11 opiniones) |12402 alumnos|Fecha publicaciýn: 03/12/2004

Capýtulo 14:

 Solar fotovoltaica (2)

Para poder entender esto describiremos los tipos de materiales existentes, eléctricamente

hablando:

? Conductores, disponen de unos electrones de valencia poco ligados al núcleo y que

pueden moverse con facilidad dentro de la red cristalina respondiendo a un estímulo

externo.

? Semiconductores, sus electrones de valencia están más ligados a sus núcleos que los

conductores, pero basta suministrar una pequeña cantidad de energía para que se

comporten igual que estos.

? Aislantes, los electrones de valencia están fuertemente ligados al núcleo y la energía a

suministrar para poder desprenderse del átomo sería excesivamente grande.

Llegando a este punto, podemos decir que a cierta temperatura, algunos electrones tendrán

energía suficiente para desligarse de los átomos, a estos electrones libres se les denomina

"electrones" y se les asocia con los niveles energéticos de la banda de conducción.

A los enlaces que han dejado vacíos se les denomina "huecos"; para entender mejor este

racionamiento diremos que los "huecos" se comportan de la misma forma que partículas con

carga positiva.

Si pusiéramos un cristal de estas características, lo único que conseguiríamos sería calentar el

cristal, ya que los electrones se moverían dentro del propio cristal, se generarían pares electrónhueco,

que constan de un electrón que se mueve y deja un hueco, a ese hueco irá otro electrón

próximo, generando otro hueco y así sucesivamente.

Para generar una corriente eléctrica hace falta un campo magnético, que se consigue con la unión

de dos cristales semiconductores, uno de tipo "p" y otro de tipo "n".

Estos semiconductores se obtienen con un cristal semiconductor muy puro, introduciéndoles

impurezas (dopado).

Una de las regiones se dopa con fósforo, que tiene cinco electrones de valencia, uno más que el

silicio, de forma que esta región dopada muestra una afinidad por los electrones mayor que el

silicio puro. A esta región se le denomina de tipo n.

La otra región de dopa con boro, que tiene tres electrones de valencia, uno menos que el silicio,

de forma que esta región muestra una afinidad por los electrones inferior que el silicio puro. A esta

región se le denomina de tipo p.

De esta forma, teniendo un cristal semiconductor de silicio formado por una región de tipo p y otra

región de tipo n, se consigue una diferencia de potencial que hace que los electrones tengan

menos energía en la zona n que en la zona p. Por esta razón los electrones son enviados a la

zona n y los huecos a la zona p.

Cuando inciden fotones sobre este tipo de semiconductor, unión p-n, es cuando entonces se

rompen algunos enlaces, generándose de esta forma pares electrón-hueco.

Las células solares, para poder suministrar energía al exterior, van provistas de unos dedos o

mallas de metalización frontal, que consisten en partes metálicas por la que circula al exterior la

corriente eléctrica generada.

Si esta generación se produce a una distancia de la unión menor que lo que se denomina longitud

de difusión, estos pares serán separados por el fuerte campo eléctrico que existe en la unión,

moviéndose el electrón hacia la zona n y el hueco hacia la zona p. De esta forma se da una

corriente de la zona n a la zona p.

Si estos electrones consiguen ser recolectados por la malla de metalización, obtendremos energía

eléctrica

Si la longitud de difusión es muy corta, el par electrón-hueco, se recombinará, lo cuál dará origen

a calor.

Por supuesto esto siempre que la célula esté iluminada.

ENERGÍAS RENOVABLES

Prof. Jose María CRACCO Página 26

De todas formas no todos los fotones incidentes generan electricidad, hay factores que hacen que

existan pérdidas en esta generación.

? Energía de fotones incidentes, hay veces que los fotones incidentes no disponen de la

energía necesaria para romper un enlace covalente y crear un par electrón-hueco, y otras,

el fotón tiene demasiada energía, lo cual se disipa en forma de calor.

? Recombinación, es el hecho de que los electrones liberados ocupen un hueco próximo a

ellos.

? Reflexión, parte de la radiación incidente en la célula es reflejada.

? Malla de metalización, estos contactos eléctricos en el exterior de la célula, disminuye la

superficie de captación.

? Resistencia serie, es el efecto Joule producido por el paso de electrones a través del

silicio, la malla de metalización y resistencia de los contactos de conexión eléctricas al

circuito exterior.

? Resistencia paralelo, tiene origen en las imperfecciones de la unión p-n, creando fugas de

corriente.

Estas células conexionadas entre sí, y montadas en un módulo o panel es lo que llamamos panel

solar. Cuyas características eléctricas vienen determinadas por el número y forma de conexión de

las células.

Conexión serie, conectadas de forma que el lado p sea conectado con el lado n de otra célula, así

sucesivamente, quedando cada extremo con un lado n y otro p.

Las tensiones generadas de cada célula se suman, la corriente es el valor de una célula.

Conexión paralelo, conectados todos los lados de tipo p, por un lado, y los de tipo n por otro.

La tensión generada es la de una célula y la corriente es la suma de todas.

Conexión mixta, es la conexión en serie y en paralelo de las células.

Donde la tensión generada es la suma de las tensiones de células en serie y la corriente es la

suma de todas las células en paralelo.

Itotal = I x número de células en paralelo

Vtotal = V x número de células en serie

Existen varios tipos de paneles fotovoltaicos, que se diferencian bien por su tecnología de

fabricación de células o por su aplicación.

? Silicio monocristalino

? Silicio policristalino

? Silicio amorfo

? Policristalinos de lámina delgada

? Paneles para el espacio

? Sulfuro de cadmio y sulfuro de cobre

? Teluro de cadmio

? Seleniuro de cobre e indio

? Arseniuro de galio o de concentración

? Bifaciales

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