examen uned

Capítulo 8
ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA
8.1. CONVERSIÓN ELÉCTRICA
8.1.1. SISTEMAS FOTOVOLTAICOS
8.1.2. EVOLUCIÓN TECNOLÓGICA DE LAS CÉLULAS SOLARES
8.2. LA ENERGÍA SOLAR EN ESPAÑA

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8.1. CONVERSIÓN ELÉCTRICA
Existen dos efectos físicos que permiten la conversión directa de la
radiación solar en energía eléctrica: el termoeléctrico y el fotoeléctrico. En el
primero, la corrienteeléctrica se produce a partir del calor de la radiación
luminosa, mientras que en el segundo, es la energía de los corpúsculos
constituyentes de la luz (fotones) la que se aprovecha para producir
electricidad.
El efecto termoeléctrico presenta ciertas variantes, generación
termoiónica, generación termoeléctrica, en las que no se profundizará aquí por
su casi nula aplicación actual, mientras querespecto al efecto fotoeléctrico se
pueden contemplar la generación fotoemisiva, la fotogalvánica y la fotovoltaica.
Aunque las dos primeras variantes fotoeléctricas tampoco tienen mucha
aplicación, la generación fotovoltaica sí es de gran importancia, y la conversión
directa de energía solar en energía eléctrica está basada casi por completo en
el denominado efecto fotovoltaico.

8.1.1.SISTEMAS FOTOVOLTAICOS
El efecto fotovoltaico es la producción de una fuerza electromotriz en un
material semiconductor como consecuencia de la absorción de radiación
luminosa. Los semiconductores son sustancias de conductividad eléctrica
intermedia entre un aislante y un conductor. Una de sus características más
importantes desde el punto de vista tecnológico, es la existencia en ellos de
dostipos de portadores de corriente: unos dotados de carga eléctrica negativa,
constituidos por electrones libres, y otros dotados de carga eléctrica igual en
magnitud pero de signo positivo, que se denominan huecos. Ciertos
semiconductores presentan predominantemente conducción por huecos y se
denominan semiconductores tipo p y otros presentan predominantemente
conducción por electrones y sedenominan semiconductores tipo n.
Una cualidad extremadamente importante es que la resistividad de un
semiconductor, independientemente de su naturaleza (silicio, germanio,
arseniuro de galio, fosfuro de galio, sulfuro de cadmio, sulfuro de cinc, etc.),
puede disminuirse añadiendo pequeñas cantidades de impurezas apropiadas,
o incluso puede hacerse que un semiconductor tipo p pase a ser tipo n,o
viceversa. Al proceso de adición controlada de impurezas que afectan a las
propiedades eléctricas del semiconductor se denomina dopaje o dopado. En el
silicio, el semiconductor más ampliamente usado hoy día con fines
electrónicos, las impurezas de fósforo o arsénico lo hacen tipo n, mientras que
las impurezas de boro o galio lo hacen tipo p. El alto grado de pureza necesario
para laobtención de semiconductores es el motivo fundamental de su elevado
coste, como se verá más adelante.
Cuando se construye un diodo semiconductor (dispositivo electrónico de
propiedades de propiedades asimétricas de conducción, es decir, conduce en
un solo sentido) con un semiconductor tipo p y otro tipo n, en el plano de

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separación entre ambos semiconductores (unción p-n) existe un elevadogradiente de ambos tipos de portadores que hace que éstos tiendan a
abandonar por difusión la región en que son abundantes y vayan a la región en
que son minoritarios: los electrones hacia la zona p y los huecos hacia la zona
n.
Al ocurrir esto, dejan en la zona próxima a la unión las cargas fijas,
positivas en la zona n y negativas en la zona p, sin la neutralización que le
daban lascargas móviles, electrones y huecos, respectivamente. Todo ello
induce un campo eléctrico a ambos lados de la unión p-n, dirigido de la zona n
a la p y que tiende a compensar el efecto anterior (Figura 8.1) para mantener el
sistema en equilibrio (carga neta nula).

Figura 8.1: Unión p-n en equilibrio

Cuando sobre un semiconductor incide una radiación luminosa con
energía suficiente para...