Energía Solar Conversión Fotovoltaica La transformación de la

Energía Solar
Conversión Fotovoltaica
La transformación de la energía solar en electricidad se llama conversión
fotovoltaica y es resultado del “efecto fotovoltaico”. Este efecto se lleva a cabo en
dispositivos optoelectrónicos conocidos como celdas solares. Cuando estos
dispositivos absorben la radiación solar, se genera de manera instantánea un
voltaje de corriente directa en sus terminales y, si a estas se conecta una
resistencia fluirá una corriente, evidenciando con ello la generación de potencia
eléctrica con la que se produce trabajo.
Aunque históricamente el efecto fue descubierto en el s. XIX por el físico francés
Antoine Becquerel, no fue hasta que se desarrolló la física moderna, con el trabajo
de Albert Einstein, que fue posible explicar dicho fenómeno.
El efecto fotovoltaico puede aparecer en la unión entre dos materiales que pueden
ser sólidos, líquidos o gases pero es en sólidos, y especialmente en
semiconductores de diferente conductividad eléctrica, donde se han encontrado
las mejores eficiencias de conversión. Se destacan algunos materiales
semiconductores como el silicio cristalino, silicio amorfo, arseniuro de galio,
telurio de cadmio y cobre-indio-galio-selenio.
Una celda solar está formada por la unión entre dos materiales con diferente
conductividad eléctrica, de preferencia semiconductores. Uno de ellos con exceso
de electrones (cargas negativas) al que se le denomina tipo “n” y el otro con
deficiencias de electrones o “huecos”(cargas positivas) al que se le denomina tipo
“p”. Esta unión forma, dentro del material, un campo eléctrico interno sin el cual
no se llevaría a cabo el efecto fotovoltaico.
El efecto fotovoltaico se produce cuando fotones de la radiación solar son
absorbidos por electrones de valencia del semiconductor tipo “p” excitándolos a
moverse a estados de conducción que les permite desplazarse al semiconductor
“n” creándose una acumulación de cargas negativas en este y los estados vacíos
“huecos” dejados por estos electrones, en el semiconductor “p”, se acumulan para
formar una zona de carga positiva. La diferencia de potencial en estas dos zonas
se ve externamente como un voltaje foto-generado y si se colocan terminales
eléctricas y una resistencia que cierre el circuito, las cargas negativas fotogeneradas en el semiconductor “n” fluirán por el circuito, a través de la
resistencia, produciendo trabajo en esta, y recombinándose en el semiconductor
“p” en los huecos foto-generados
Diagrama del efecto fotovoltaico junto con la estructura de celda solar.
El desarrollo de la tecnología fotovoltaica ha permitido clasificar actualmente a las
celdas solares en tres grupos:
Primera generación: integradas por celdas solares de silicio monocristalino y
policristalino. También suele acomodarse en esta categoría las celdas cristalina de
arseniuro de galio
Segunda generación: están aquellas formadas por películas delgadas tales como:
telurio de cadmio, cobre-indio-galio-selenio y las de silicio amorfo y cuyos
espesores no superan las 3 micras de espesor.
Tercera generación: son aquellas que se han desarrollado con materiales
orgánicos, polímeros y con tintes sensibles la luz solar.
La potencia eléctrica que generan las celdas es pequeña, típicamente hasta 2
Watts, por lo que para una aplicación práctica es necesario integrarlas en un
paquete compacto llamado módulo fotvoltaico, formado por una determinado
número de celdas conectadas en serie y/o en paralelo. Las potencias típicas de
productos comerciales varían desde unos cuantos hasta 300 watts.
Para seguir incrementando la potencia los módulos pueden conectarse en serie y
en paralelo para formar los arreglos fotovoltaicos, que se dimensionan y diseñan
a las necesidades específicas del usuario.
Actualmente en México existen del orden de 30 Megawatts instalados para
diversas aplicaciones, tanto en el medio rural como urbano.
Las celdas solares se clasifican en tres tipos,
Celdas solares de primera, que consisten en las formadas a base de Silicio del tipo
mono y
policristalino.
Celdas solares de segunda generación, basadas principalmente en materiales
elaborados
en forma de película delgada (1-3 micras) Fotos de Cu(InGa)Se2
Celdas de tercera generación, aquellas denominadas como orgánicas, de
sensibilización
con tintes orgánicos
Celdas de Silicio
Celdas de Cu(In,Ga)Se2
Mostrar con dibujos ó fotografías
La unión de diversas celdas solares conectadas en serie y/o paralelo conforma los
módulos solares, con los cuales es posible cubrir diversas necesidades tanto en el
sector domestico, comercial e industrial, en satélites artificiales ó exploración
espacial
Ftos Santa rosalía
Muso del CHOPO
Museo tecnológico de la CFE
Sistema CIE
UAM Atzcapotzalco
absorbida
Conversión fotoelectroquimica
La conversión fotoelectroquimica (FEQ) se define como el proceso con el cual la
radiación solar se puede transformar en electricidad y combustibles. Es decir que
mediante la incidencia de fotones sobre sistemas electroquímicos será posible
generar corriente eléctrica y/o diversos combustibles como hidrógeno, alcoholes,
amonio, aminoácidos, etc.
Existen cuatro principales rutas de conversión FEQ, las cuales dependiendo del
arreglo y materiales utilizados: celdas fotogalvanicas para generar electricidad,
celdas fotelectrosinteticas para la generación de hidrogeno a partir del agua,
celdas fotocataliticas para la síntesis de combustibles o compuestos; y las celdas
fotobiológicas para la realizar fotosíntesis.