CELDAS SOLARES

CELDA SOLAR
Una celda solar es un dispositivo electrónico que permite transformar la energía lumínica (fotones) en energía eléctrica (flujo de electrones libres) mediante el efecto fotoeléctrico, generando energía solar fotovoltaica. Está compuesta de un material que presenta efecto fotoeléctrico: absorben fotones de luz y emiten electrones. Cuando estos electrones libres son capturados, elresultado es una corriente eléctrica que puede ser utilizada como electricidad.
La eficiencia de conversión media obtenida por las celdas disponibles comercialmente (producidas a partir de silicio monocristalino) está alrededor del 14%, pero según la tecnología utilizada varía desde el 6% de las celdas de silicio amorfo hasta el 14-22% de las celdas de silicio monocristalino. También existen lasceldas multicapa, normalmente de arseniuro de galio, que alcanzan eficiencias del 30%. En laboratorio se ha superado el 43% con nuevos paneles experimentales.
La vida útil media a máximo rendimiento se sitúa en torno a los 25 años, período a partir del cual la potencia entregada disminuye por debajo de un valor considerable.
Al grupo de celdas fotoeléctricas para energía solar se le conoce como panelfotovoltaico. Los paneles fotovoltaicos consisten en una red de celdas solares conectadas como circuito en serie para aumentar la tensión de salida hasta el valor deseado (usualmente se utilizan 12V o 24V) a la vez que se conectan varias redes como circuito paralelo para aumentar la corriente eléctrica que es capaz de proporcionar el dispositivo.
El tipo de corriente eléctrica que proporcionan escorriente continua, por lo que si necesitamos corriente alterna o aumentar su tensión, tendremos que añadir un inversor y/o un convertidor de potencia.
PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO
En un semiconductor expuesto a la luz, un fotón de energía arranca un electrón, creando a la vez un «hueco» en el átomo excitado. Normalmente, el electrón encuentra rápidamente otro hueco para volver a llenarlo, y laenergía proporcionada por el fotón, por tanto, se disipa en forma de calor. El principio de una celda fotovoltaica es obligar a los electrones y a los huecos a avanzar hacia el lado opuesto del material en lugar de simplemente recombinarse en él: así, se producirá una diferencia de potencial y por lo tanto tensión entre las dos partes del material, como ocurre en una pila.
Para ello, se crea un campoeléctrico permanente, a través de una unión p-n, entre dos capas dopadas respectivamente, p y n. En las celdas de silicio, que son mayoritariamente utilizadas, se encuentran por tanto:
La capa superior de la celda, que se compone de silicio dopado de tipo n. En esta capa, hay un número de electrones libres mayor que en una capa de silicio puro, de ahí el nombre del dopaje n, negativo. El materialpermanece eléctricamente neutro, ya que tanto los átomos de silicio como los del material dopante son neutros: pero la red cristalina tiene globalmente una mayor presencia de electrones que en una red de silicio puro.
La capa inferior de la celda, que se compone de silicio dopado de tipo p. Esta capa tiene por lo tanto una cantidad media de electrones libres menor que una capa de silicio puro.Los electrones están ligados a la red cristalina que, en consecuencia, es eléctricamente neutra pero presenta huecos, positivos (p). La conducción eléctrica está asegurada por estos portadores de carga, que se desplazan por todo el material.
En el momento de la creación de la unión p-n, los electrones libres de la capa n entran instantáneamente en la capa p y se recombinan con los huecos en laregión p. Existirá así durante toda la vida de la unión, una carga positiva en la región n a lo largo de la unión (porque faltan electrones) y una carga negativa en la región en p a lo largo de la unión (porque los huecos han desaparecido); el conjunto forma la «Zona de Carga de Espacio» (ZCE) o "zona de barrera" y existe un campo eléctrico entre las dos, de n hacia p. Este campo eléctrico hace de la...