Silicio monocristalino Silicio Policristalino Teluro de Cadmio Celdas

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, 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.
El desarrollo de la tecnología fotovoltaica ha permitido clasificar actualmente a las celdas
solares en tres grupos:
Centro de Investigación en Energía CIE-UNAM
Silicio monocristalino
Casa Habitación en Morelos
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 hidrógeno a
partir del agua
* Celdas fotocatalíticas para la síntesis de combustibles o
compuestos
* Celdas fotobiológicas para la realizar fotosíntesis.
Primera generación: integradas
por celdas solares de silicio
monocristalino y policristalino.
También suele acomodarse en
esta categoría las celdas cristalina
de arseniuro de galio
Universidad politécnica de Morelos
Conversión Fotoelectroquímica
Silicio Policristalino
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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.
Segunda generación: integradas
por celdas solares de películas
delgadas basadas en: telurio de
cadmio, cobre-indio-galio-selenio
(CIGS)y las de silicio amorfo, cuyos
espesores no superan las 3 micras
de espesor.
Celdas de película delgada CIE-UNAM
Teluro de Cadmio
Tercera generación: son aquellas que se han desarrollado con materiales orgánicos,
específicamente con polímeros, y con tintes sensibles la luz solar.
Celdas de Combustible
http://www.ujaen.es
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 éste 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 fotogenerado 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 fotogenerados
Celdas Fotovoltaicas orgánicas
Tintes sensibles a la luza solar
www.seti.cl
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 módulos comerciales varían desde unos
cuantos Watt hasta 300 Watt. 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 40 Megawatts instalados para diversas aplicaciones, tanto en el
medio rural como urbano.
Museo del Chopo
Arreglo FotovoltaIco
Celda fotoelectroquímica
www.cie.unam.mx