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[04]-LA CÉLULA SOLAR
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estructura célula
Estructura de la célula solar
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Una célula solar es un dispositivo capaz de convertir la energía proveniente de la radiación solar en energía eléctrica. La gran mayoría de las células solares que actualmente están disponibles comercialmente son de Silicio mono o policristalino. El primer tipo se encuentra más generalizado y aunque su proceso de elaboración es más complicado, suele presentar mejores resultados en cuanto a su eficiencia.

Por otra parte, la experimentación con materiales tales como el Telurio de Cadmio o el Diseleniuro de Indio-Cobre está llevando a las células fabricadas con estas sustancias a situaciones próximas ya a aplicaciones comerciales, contándose con las ventajas de poderse trabajar con tecnologías de láminas delgadas.

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE LA CELULA SOLAR: Cuando conectamos una célula solar a una carga y la célula está iluminada, se produce una diferencia de potencial en extremos de la carga y circula una corriente por ella (efecto fotovoltaico).

La corriente entregada a una carga por una célula solar es el resultado neto de dos componentes internas de corriente que se oponen. Estas son:

Corriente de iluminación: debida a la generación de portadores que produce la iluminación.



Corriente de oscuridad: debida a la recombinación de portadores que produce el voltaje externo necesario para poder entregar energía a la carga.



Los fotones serán los que formaran, al romper el enlace, los pares electrón-hueco y, debido al campo eléctrico producido por la unión de materiales en la célula de tipo P y N, se separan antes de poder recombinarse formándose así la corriente eléctrica que circula por la célula y la carga aplicada.

Algunos fotones pueden no ser aprovechados para la creación de energía eléctrica por diferentes razones:

- Los fotones que tienen energía inferior al ancho de banda prohibida del semiconductor atraviesan el semiconductor sin ceder su energía para crear pares electrón-hueco.

- Aunque un fotón tenga una energía mayor o igual al ancho de banda prohibida puede no ser aprovechado ya que una célula no tiene la capacidad de absorberlos a todos.

 - Además, los fotones pueden ser reflejados en la superficie de la célula.

CURVA CARACTERÍSTICA I-V DE ILUMINACIÓN REAL: La curva I-V de una célula fotovoltaica representa pares de valores de tensión e intensidad en los que puede encontrarse funcionando la célula. Los valores característicos son los siguientes:

TENSIÓN DE CIRCUITO ABIERTO (Voc): que es el máximo valor de tensión en extremos de la célula y se da cuando esta no está conectada a ninguna carga.

CORRIENTE DE CORTOCIRCUITO (Isc): definido como el máximo valor de corriente que circula por una célula fotovoltaica y se da cuando la célula está en cortocircuito.

La siguiente ecuación representa todos los pares de valores (I/V) en que puede trabajar una célula fotovoltaica.



También se puede expresar con:



PUNTO DE MAXIMA POTENCIA "PMP" (PM): Es el producto del valor de tensión máxima (VM) e intensidad máxima (IM) para los que la potencia entregada a una carga es máxima.

FACTOR DE FORMA (FF): Se define como el cociente de potencia máxima que se puede entregar a una carga entre el producto de la tensión de circuito abierto y la intensidad de cortocircuito, es decir:



   EFICIENCIA DE CONVERSIÓN ENERGÉTICA O RENDIMIENTO: Se define como el cociente entre la máxima potencia eléctrica que se puede entregar a la carga (PM) y la irradiancia incidente (PL) sobre la célula que es el producto de la irradiancia incidente G por el área de la célula S:



Dichos parámetros se obtienen en unas condiciones estándar de medida de uso universal según la norma EN61215.

Irradiancia: 1000W/m2 (1 KW/m2)

Distribución espectral de la radiación incidente: AM1.5 (masa de aire)

Incidencia normal.

Temperatura de la célula: 25ºC

Otro parámetro es la TONC o Temperatura de Operación Nominal de la Célula. Dicho parámetro se define como la temperatura que alcanzan las células solares cuando se someten a las siguientes condiciones de operación:

Irradiancia: 800W/m2

Distribución espectral de la radiación incidente: AM1.5 (masa de aire)

Incidencia normal

Temperatura ambiente: 20ºC

Velocidad del viento: 1m/s

INFLUENCIA DE LA TEMPERATURA EN LOS PARÁMETROS BÁSICOS DE UNA CÉLULA FOTOVOLTAICA: Al aumentar la temperatura de la célula empeora el funcionamiento de la misma:

- Aumenta ligeramente la Intensidad de cortocircuito.
- Disminuye la tensión de circuito abierto, aprox: -2.3 mV/ºC
- El Factor de Forma disminuye.
- El rendimiento decrece.

principios de funcionamiento
Principios de funcionamiento de la célula solar.
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Característica

Característica I-V de la célula.
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circuito equivalente
Circuito equivalente.
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e: es la carga del electrón e igual a 1.6021x10-19 C.
m: es un parámetro constructivo de la célula, normalmente igual a 1.
K: es la constante de Boltzman.
T: Temperatura en ºK.
El factor de forma suele tomar valores entre 0.7-0.8 para las células mas habituales (silicio y arseniuro de galio).

circuito célula
Circuito Equivalente de La Célula Solar.
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 Applet Java:
Con el siguiente programa (Java applet) es posible obtener la gráfica I-V de una célula fotovoltaica dadas unas condiciones de irradiancia (W/m2) y temperatura ambiente (ºC).
Realizado por: Grupo © IDEA
JavaScript:
Cálculo de los parámetros básicos de la célula en cualquier condición de operación.
Realizado por: Grupo © IDEA
gráfica influencia
Influencia de la Temperatura.
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