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. |