Celda fotovoltaica
Páginas: 7 (1619 palabras)
Publicado: 28 de abril de 2010
CAPITULO 3
LA CELDA FOTOVOLTAICA
FOTOVOLTAICO La palabra fotovoltaico(a) está formada por la combinación de dos palabras de origen
griego: foto, que significa luz, y voltaico que significa eléctrico. El nombre resume la acción de estas celdas: transfomar, directamente, la energía luminosa en energía eléctrica.
CONDUCTORES AISLADORES Y SEMICONDUCTORES
Para que el lector tenga unconocimiento conceptual del fenómeno FV introduciremos el concepto de material semiconductor y juntura N-P. Comenzaremos estableciendo que un material conductor, como el cobre o el aluminio, permite el fácil paso de una corriente eléctrica porque tiene un gran número de cargas libres dentro del mismo. Un material es un no-conductor (aislador), como el vidrio o el plástico, porque no tiene cargas libresdentro de él. El silicio es el material más usado en la fabricación de celdas solares. En su forma cristalina pura, es un semiconductor, con muy pocas cargas libres dentro de él. Su resistividad es muy elevada. Usando un proceso llamado de difusión se puede introducir pequeñas cantidades de otros elementos químicos, los que permiten decrecer el valor inicial de la resistividad, creando, al mismotiempo, zonas con diferentes tipos de carga. La celda FV utiliza dos tipos de materiales semiconductores, el tipo N y el tipo P. Cuando la substancia difusa cede fácilmente electrones, se crea una zona dentro del semiconductor que tiene un exceso de cargas negativas (electrones). Esto es lo que se conoce como semiconductor del tipo N (negativo). Cuando la substancia difusa atrapa electrones libres,los átomos que los pierden quedan cargados positivamente. En esta zona predominan las cargas positivas (holes, en inglés) obteniéndose un semiconductor del tipo P (positivo).
TIPO N
TIPO P
JUNTUTA N-P El proceso de difusión es continuo, permitiendo la formación, en el mismo material, de
dos zonas semiconductoras adjacentes, una del tipo N; la otra del tipo P. El espacio que separaambas zonas es la juntura de transición (junction, en inglés).
ESTADO DE EQUILIBRIO
La teoría muestra que las cargas mayoritarias en una zona se desplazan hacia la de baja densidad en la zona opuesta. El desplazamiento de las cargas negativas y positivas deja a la zona de la juntura totalmente libre de cargas. Las zonas adjacentes a la misma tienen concentraciones de carga minoritarias (cargasnegativas en el lado P y cargas positivas en el lado N). La acumulación de estas cargas a ambos lados de la juntura crea una diferencia de voltaje que impide la continuación del desplazamiento inicial. 23
CAPITULO 3- LA CELDA FOTOVOLTAICA
La corriente de desplazamiento se anula. Se dice entonces que la juntura N-P ha alcanzado el estado de equilibrio, el que es ilustrado en la Fig. 3.0.Juntura N-P Cargas Positivas Semic.Tipo Cargas Negativas Semic.Tipo
N
V 0 Dif. de Voltaje
P
Fig. 3.0- Juntura N-P en Equilibrio
EL Cuando la luz incide sobre un semiconductor de este tipo, el bombardeo de los fotones FENOMENO libera electrones de los átomos de selenio creando dos cargas libres, una positiva y FOTOVOLTAICO otra negativa. El equilibrio eléctrico de la juntura N-P se vealterado por la presencia
de estas nuevas cargas libres. Si al semiconductor se le conectan dos cables (uno por cada zona), se verifica la existencia de un voltaje entre los mismos. Si los terminales de la celda PV son conectados a una carga eléctrica, circulará una corriente eléctrica en el cicuito formado por la celda, los cables de connección y la carga externa. La Figura 3.1 muestra este tipo decircuito. Sólo una parte del espectro luminoso puede llevar a cabo la acción descripta. El material utilizado para fabricar el semiconductor determina que parte del espectro luminoso es la óptima para provocar este desequilibrio.
Fig. 3.1- Celda Fotovoltaica con Carga Eléctrica
VOLTAJE DE El voltaje de una celda FV es de corriente continua (CC). Por lo tanto, hay un lado SALIDA que es...
LA CELDA FOTOVOLTAICA
FOTOVOLTAICO La palabra fotovoltaico(a) está formada por la combinación de dos palabras de origen
griego: foto, que significa luz, y voltaico que significa eléctrico. El nombre resume la acción de estas celdas: transfomar, directamente, la energía luminosa en energía eléctrica.
CONDUCTORES AISLADORES Y SEMICONDUCTORES
Para que el lector tenga unconocimiento conceptual del fenómeno FV introduciremos el concepto de material semiconductor y juntura N-P. Comenzaremos estableciendo que un material conductor, como el cobre o el aluminio, permite el fácil paso de una corriente eléctrica porque tiene un gran número de cargas libres dentro del mismo. Un material es un no-conductor (aislador), como el vidrio o el plástico, porque no tiene cargas libresdentro de él. El silicio es el material más usado en la fabricación de celdas solares. En su forma cristalina pura, es un semiconductor, con muy pocas cargas libres dentro de él. Su resistividad es muy elevada. Usando un proceso llamado de difusión se puede introducir pequeñas cantidades de otros elementos químicos, los que permiten decrecer el valor inicial de la resistividad, creando, al mismotiempo, zonas con diferentes tipos de carga. La celda FV utiliza dos tipos de materiales semiconductores, el tipo N y el tipo P. Cuando la substancia difusa cede fácilmente electrones, se crea una zona dentro del semiconductor que tiene un exceso de cargas negativas (electrones). Esto es lo que se conoce como semiconductor del tipo N (negativo). Cuando la substancia difusa atrapa electrones libres,los átomos que los pierden quedan cargados positivamente. En esta zona predominan las cargas positivas (holes, en inglés) obteniéndose un semiconductor del tipo P (positivo).
TIPO N
TIPO P
JUNTUTA N-P El proceso de difusión es continuo, permitiendo la formación, en el mismo material, de
dos zonas semiconductoras adjacentes, una del tipo N; la otra del tipo P. El espacio que separaambas zonas es la juntura de transición (junction, en inglés).
ESTADO DE EQUILIBRIO
La teoría muestra que las cargas mayoritarias en una zona se desplazan hacia la de baja densidad en la zona opuesta. El desplazamiento de las cargas negativas y positivas deja a la zona de la juntura totalmente libre de cargas. Las zonas adjacentes a la misma tienen concentraciones de carga minoritarias (cargasnegativas en el lado P y cargas positivas en el lado N). La acumulación de estas cargas a ambos lados de la juntura crea una diferencia de voltaje que impide la continuación del desplazamiento inicial. 23
CAPITULO 3- LA CELDA FOTOVOLTAICA
La corriente de desplazamiento se anula. Se dice entonces que la juntura N-P ha alcanzado el estado de equilibrio, el que es ilustrado en la Fig. 3.0.Juntura N-P Cargas Positivas Semic.Tipo Cargas Negativas Semic.Tipo
N
V 0 Dif. de Voltaje
P
Fig. 3.0- Juntura N-P en Equilibrio
EL Cuando la luz incide sobre un semiconductor de este tipo, el bombardeo de los fotones FENOMENO libera electrones de los átomos de selenio creando dos cargas libres, una positiva y FOTOVOLTAICO otra negativa. El equilibrio eléctrico de la juntura N-P se vealterado por la presencia
de estas nuevas cargas libres. Si al semiconductor se le conectan dos cables (uno por cada zona), se verifica la existencia de un voltaje entre los mismos. Si los terminales de la celda PV son conectados a una carga eléctrica, circulará una corriente eléctrica en el cicuito formado por la celda, los cables de connección y la carga externa. La Figura 3.1 muestra este tipo decircuito. Sólo una parte del espectro luminoso puede llevar a cabo la acción descripta. El material utilizado para fabricar el semiconductor determina que parte del espectro luminoso es la óptima para provocar este desequilibrio.
Fig. 3.1- Celda Fotovoltaica con Carga Eléctrica
VOLTAJE DE El voltaje de una celda FV es de corriente continua (CC). Por lo tanto, hay un lado SALIDA que es...
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