Tema 1.2 La celula fotovoltaica

INSTALACIÓN Y MANTENIMIENTO DE SISTEMAS SOLARES FV
TEMA 1-2. LA CÉLULA FOTOVOLTAICA
CAPITULO 1: DEL SOL A LA CÉLULA FV
TEMA 1.2: LA CÉLULA FOTOVOLTAICA
1. 2. LA CÉLULA FOTOVOLTAICA.
DESARROLLO DE LOS CONTENIDOS
1. CONVERSIÓN FOTOVOLTAICA.
1.1. Célula FV: Principio de funcionamiento.
1.2. Tipos de células FV. (Por su material).
1.3. Tipos de células FV. (Por su construcción).
1.4. Parámetros fundamentales de la célula FV.
ANEXO: FABRICACIÓN DE LOS MÓDULOS FOTOVOLTAICOS.
( Cortesía de la Fábrica de Isofotón. Málaga)
SECUENCIA DEL PROCESO DE FABRICACIÓN
1. Producción de obleas
1.1. Preparación del lingote
1.2. Sierra multihilo
2. Fabricación de células solares
2.1. Preparación de la superficie
2.2. Formación de la unión P-N
2.3. Capa antirreflexiva: CVD, PECVD
2.4. Formación del contacto: serigrafía
2.5. Clasificación de las células
3. Fabricación de módulos fotovoltaicos
3.1. Soldadura de las células en ristras.
3.2. Obtención del laminado
3.3. Enmarcado del módulo
3.4. Caja de conexiones y prueba de funcionamiento
3.5. Embalado e identificación de módulos
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1. CONVERSIÓN FOTOVOLTAICA
1.1. CÉLULA FV: PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO.
Las células fotovoltaicas son obleas muy finas, aprox. 0,3 mm de espesor, de un material
semiconductor, arseniuro de galio o silicio. Normalmente, es este último el más utilizado debido a su
menor costo productivo, aunque presenta un menor rendimiento (arseniuro 26%, silicio 24%).
EFICIENCIA TIPICA DE CÉLULAS FOTO VOLTAICAS (FV)
SILICIO AMORFO
13%
TELENIURO DE CADMIO
16%
SILICIO POLICRISTALINO
20%
SILICIO MONOCRISTALINO
24%
ARSENIURO DE GALIO
26%
Esta oblea sufre tratamientos de dopado (introducción
impurezas) en sus dos caras. En la cara en que recibe
radiaciones solares, se le dopa con átomos de fósforo
(P) que posee 5 electrones en su capa de valencia.
de
las
La estructura resultante es, en consecuencia, un cristal
con algunos electrones libres. Esta capa tiene un
espesor de 0,2 a 0,5 µm, y se le denomina, capa N.
A la cara que no recibe radiación solar se le dopa con
boro (B) que posee 3 electrones en su capa de valencia.
La estructura resultante es un cristal con exceso de
huecos, y se le denomina capa P.
Para captar la corriente de electrones que circulará por
oblea y llevarla al exterior, se colocan en cada una de
sus caras unos contactos eléctricos.
la
En la capa P, no iluminada, el contacto es una fina
película metálica que cubre toda su superficie. Por el
contrario, en la cara N, la expuesta a la radiación solar,
contacto son unos hilos muy finos, en estructura de
peine, que cubren una pequeña parte de la superficie de
célula.
el
la
De esta forma, se evita una pérdida significativa de su
rendimiento, por disminución de la superficie útil de la
célula.
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Estos contactos son de un material
muy conductor, y se depositan
sobre la célula por métodos
serigráficos o láser.
Para disminuir el porcentaje de los
fotones reflejados por la superficie
de la célula, y aumentar su
rendimiento, se texturiza su
superficie y se le aplica un
tratamiento antirreflectante. Estas
medidas reducen las pérdidas por
reflexión a un 12%.
En la zona de unión de las dos caras, N y P, se
combinan algunos electrones de la zona N con huecos
de la zona P. Creándose en esa unión una zona de
potencial eléctrico.
En el silicio, la energía de la banda prohibida (Eg) es
de aproximadamente 1,12 Ev. Esta energía
corresponde a fotones con longitud de onda de 1,1 µm
e inferior, longitudes de onda correspondientes a la
luz visible.
Los fotones que inciden sobre la célula, con
una energía igual o superior al ancho de
banda prohibida Eg (energía que necesitan
los electrones de valencia para pasar a la
capa de conducción) del silicio, crean pares
electrón/hueco que se desplazan a través de
esta.
Los fotones de energía superior a Eg
utilizan una parte de su energía en producir
un par electrón hueco, perdiéndose el resto
en forma de calor.
Los fotones de energía inferior a Eg no crean pares electrón/hueco por no tener la suficiente
energía para ello. Disipándose esta en forma de calor.
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Estos pares electrón/hueco tienden a desplazarse
de la zona iluminada a la oscura, y llegarán a
recombinarse de no existir un potencial eléctrico
que los separe y los haga circular en sentidos
opuestos.
Los pares electrón/hueco creados próximos a la
unión P-N, son separados por el potencial
eléctrico existente en ella, haciendo que cada uno
circule en dirección opuesta.
Los electrones son desplazados hacia la región N y los huecos hacia la región P, creándose una
corriente eléctrica (corriente fotogenerada o fotocorriente IL ). Esta corriente depende de la
intensidad de radiación solar ( irradiancia ).
Cuando los pares electrón/hueco se
generen a una distancia de la unión
superior a la longitud de difusión (
distancia que puede recorrer un electrón
libre antes de recombinarse), se
recombinarán y la energía luminosa que
absorbieron se recuperará en forma de
calor. Efecto no deseable en la célula.
Para disminuir el efecto de recombinación, es necesario aumentar la longitud de difusión. Para ello es
necesario que el cristal sea lo más puro posible, tanto en su estructura como en su constitución,
deberá ser monocristal y poseer un grado mínimo de impurezas no deseadas.
Otro efecto de recombinación, se produce por
efecto de la diferencia de potencial externa de
la célula. Si ésta es muy grande, el efecto de
recombinación, puede llegar a anular a la
corriente fotogenerada. A esta corriente se le
denomina corriente de oscuridad o de diodo
Id.
La corriente que puede suministrar cada célula
Ic, depende por lo tanto de IL e Id.
( Ic = IL – Id )
1.2. TIPOS DE CÉLULAS FV (POR SU MATERIAL)
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Existen varios tipos de células fotovoltaicas,
en función del material utilizado en su
fabricación. Algunas de ellas comienzan a
estar en desuso, mientras que otras se
encuentran todavía en proceso de
experimentación y mejora.
Los tipos de células que existen en la
actualidad
son las siguientes: silicio
monocristalino,
silicio
policristalino,
silicio amorfo, arseniuro de galio y sulfuro
de cadmio y cobre.
1.2.1. CELULAS DE SILICIO MONOCRISTALINO
Son muy utilizadas en la actualidad, debido a su buena relación
rendimiento – costo.
Están formadas por una estructura de silicio monocristal, la cual le
confiere un buen rendimiento gracias a la perfección estructural que
presenta.
El proceso de fabricación es el mismo que se utiliza para la
producción de los circuitos integrados utilizados en la industria
electrónica. Su producción es costosa, debido a la gran
complejidad técnica del proceso de purificación del silicio y la
posterior obtención de una estructura monocristalina.
1.2.2. CELULAS DE SILICIO POLICRISTALINO
Son similares a las monocristalinas pero, para simplificar su
proceso productivo, no se controla de forma exhaustiva el
crecimiento de su red cristalina. Esto da como resultado, que su
estructura presente un cierto grado de imperfecciones y, una
disminución de su rendimiento.
Estas células presentan una relación rendimiento – costo menor
que las monocristalinas, pero se siguen fabricando gracias a que es
posible producirlas en formato cuadrado, lo cual evita los costos de
una posterior mecanización. Son las más utilizadas actualmente.
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1.2.3. CELULAS DE SILICIO AMORFO. aSi
Las células de silicio amorfo presentan ciertas ventajas con
respecto a las monocristalinas, tales como: menor costo
productivo, posibilidad de poderse fabricar en capas más
finas (hasta 50 veces) y un mayor coeficiente de absorción.
Por el contrario, su elevada velocidad de recombinación
(debido a la gran cantidad de imperfecciones de su red
cristalina) y la rápida degradación de las células al ser
expuestas al sol, no le permiten, por el momento, ser una
opción real a las células monocristalinas.
Se está trabajando en la fabricación de células amorfas de
diferentes capas, cada una sensible a un tipo de radiación
luminosa, para poder igualar en rendimiento y vida útil a las
monocristalinas.
Si se consigue, en un futuro, solucionar estas deficiencias, las células amorfas, pueden ser los
elementos que permitan una masiva utilización de la energía solar fotovoltaica.
1.2.4. CELULAS DE ARSENIURO DE GALIO.
El arseniuro de galio(AsGa) es el elemento idóneo para la fabricación de células fotovoltaicas, debido
a que presenta un alto coeficiente de absorción.
En su forma monocristalina, puede llegar a alcanzar un rendimiento práctico de hasta un 25%. El
mayor problema, para su utilización, es su poca abundancia en la naturaleza, por lo cual la relación
costo - rendimiento de estas células es muy alta.
1.2.5. CELULAS DE SULFURO DE CADMIO Y COBRE.
Son células compuestas por una capa de sulfuro de cadmio (SCd) y otra de sulfuro de cobre (SCu2).
No presentan un buen rendimiento, pero sí una alternativa económica, debido a su facilidad de
fabricación y a sus bajísimos costes de producción.
Estas células están en proceso de investigación, para solucionar los problemas de envejecimiento.
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1.3. TIPOS DE CELULAS DE SILICIO. (POR SU CONSTRUCCIÓN).
1.3.1. CELULAS CONVENCIONALES.
En la mayoría de las células de silicio el terminal
negativo dispuesto en la cara superior, está serigrafiado
sobre ella ocupando una superficie considerable.
Esto hace que el rendimiento de la célula disminuya,
debido a que la superficie que ocupa dicho terminal no
sea activa en lo que respecta a captación fotónica.
Para disminuir esta superficie de contacto, y aumentar
el rendimiento de las células se han desarrollado dos tecnologías:
.
1.3.2. CELULAS CON TECNOLOGÍA SATURNO.
Consiste en enterrar los contactos verticalmente en
cara superior, conservando la misma superficie de
contacto que en las células normales pero
disminuyendo la superficie expuesta al SOL.
la
Esta tecnología y su denominación como “Saturno”,
una patente de BP Solar. (Britis Petroleum).
es
1.3.3. CELULAS CON TECNOLOGÍA BACK CONTACT.
Consiste en colocar los terminales, tanto negativo
como positivo, por la cara inferior.
De esta forma la cara superior quedará totalmente
libre y toda ella será activa a efectos de la captación
fotónica.
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1.4. PARÁMETROS FUNDAMENTALES DE LA CÉLULA FV.
Tomando como base el gráfico resultante de los parámetros intensidad – tensión de una célula
fotovoltaica, podemos deducir algunas de sus características técnicas.
Estos parámetros se determinan, para una radiación solar de: 1.000 W/m² ó 100 mW /cm².
Icc. – Intensidad de cortocircuito.
Es la intensidad que circula por la célula, al cortocircuitarse sus bornes de salida (tensión cero). La
podemos medir, conectando un amperímetro, directamente, en sus bornes de salida.
Vca. – Tensión en circuito abierto.
Es la máxima tensión que nos entrega la célula, cuando no tiene conectada ninguna carga entre sus
bornes (intensidad cero). Se mide, conectando un voltímetro entre sus bornes (0,5 V
aproximadamente).
Ip. – Intensidad de pico o máxima
Es la intensidad que circula por la célula para una radiación de 1.000 W/m2 a 25 ºC.
Vp – Tensión de pico o máxima
Es la máxima tensión que nos entrega la célula para una radiación de 1.000 W/m2 a 25 ºC.
Wp. – Potencia pico o máxima
Es el punto Ip – Vp, de máximo valor, que se puede alcanzar en la curva I – V.
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Ff. – Factor de forma.
Es la relación (Ip • Vp / Icc • Vca). Es evidente que, su valor, es menor que la unidad, y nos sirve
para determinar la calidad de las células. En las monocristalinas, este valor suele estar comprendido
entre 0,7 y 0,8.
η. – Rendimiento. (eficiencia de conversión)
Es la relación existente entre la potencia de pico Wp y la potencia de radiación, que recibe la célula,
Wr. Se expresa como: η = Wp / Wr
Ejemplo de Rendimiento:
Tomando una célula de 100 cm2, que produce como máximo 2,4 Wp, a
una radiación máx. de 1.000 W/m2, en este caso mejor 100 mW/cm2 .
A esta irradiancia, en 100 cm2, se obtiene una potencia de radiación Wr de
10 W; por lo tanto la relación del η = Wp/Wr = 2,4/10 = 0,24; Æ 24 %.
PMP.- Punto de máxima potencia
Es el punto de la gráfica en el que se consigue la máxima potencia para cualquier valor de
radiación.
Cuando ésta es de 1.000 W/m2 el PMP = Wp. El PMP es el punto óptimo de trabajo de la célula.
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Las dos variables físicas que mayor incidencia tienen sobre los parámetros, V e I, de una célula son:
La temperatura y la radiación solar.
La variación de temperatura, produce una variación en la tensión de la célula según el siguiente
gráfico.
Como podemos observar, a una variación de la temperatura, corresponde una variación, inversa, de
la tensión en circuito abierto de la célula. Esta variación se hace menos evidente, cuando conectamos
la célula a una carga.
Si sometemos a la célula a una radiación variable, manteniendo una temperatura constante, y
tomamos los datos (V e I) para diferentes cargas; obtendremos el siguiente gráfico.
En este gráfico, podemos ver que; la tensión de circuito abierto es, prácticamente, constante para
cualquier nivel de radiación y, por el contrario, la intensidad de cortocircuito disminuye con esta.
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ANEXO 1: FABRICACIÓN DE LOS MÓDULOS FOTOVOLTAICOS.
( Cortesía de la Fábrica de Isofotón. Málaga)
SECUENCIA DEL PROCESO DE FABRICACIÓN
1. Producción de obleas
1.1. Preparación del lingote
1.2. Sierra multihilo
2. Fabricación de células solares
2.1. Preparación de la superficie
2.2. Formación de la unión P-N
2.3. Capa antirreflexiva: CVD, PECVD
2.4. Formación del contacto: serigrafía
2.5. Clasificación de las células
3. Fabricación de módulos fotovoltaicos
3.1. Soldadura de las células en ristras.
3.2. Obtención del laminado
3.3. Enmarcado del módulo
3.4. Caja de conexiones y prueba de funcionamiento
3.5. Embalado e identificación de módulos
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1. PRODUCCIÓN DE LAS OBLEAS
1.1. Preparación del lingote
La materia prima, silicio altamente purificado, de tipo P, se recibe en cilindros compactos.
A estos cilindros se les efectúan cuatro cortes, (dos a dos), longitudinales con una máquina
dotada de dos discos de diamante. Así obtenemos un lingote seudo-cuadrado.
Después del recuadrado y utilizando un útil de centraje, los lingotes se sujetan con pegamento
a un soporte formado por una plancha de vidrio y otra en acero inoxidable cuya longitud es
aproximadamente de 800 mm.
1.2. Sierra multihilo: obtención de las obleas
El conjunto formado en el paso anterior se sujeta a una máquina en posición invertida (lingote
hacia abajo), que baja muy lentamente contra una madeja de hilos muy finos (0.17 mm)
espaciados uniformemente a lo largo de unos cilindros guía de una longitud aproximada de un
metro de largo. Estos hilos, mojados con aceite y un producto abrasivo, van cortando los
lingotes en unas finas hojas de silicio de espesor aproximado de 0.3 mm (oblea). Esta
operación suele durar unas 8 horas.
Lingotes antes de ser cortados
Lingotes cortados en obleas
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2. FABRICACIÓN DE CELULAS SOLARES
2.1. Preparación de las superficies:
Desengrasado de las obleas
Una vez retirado el conjunto de lingotes cortados pero todavía con sus soportes, se someten a
unos procesos de limpieza con disolventes para quitar los restos (aceite, abrasivo, polvo).
Después se sumergen en una disolución de ácido para disolver los pegamentos. De esta forma
las obleas quedan sueltas y son cargadas en unos soportes de plástico (cassettes).
Limpieza final
Varios cassettes son cargados en una cesta soporte que sucesivamente se van introduciendo en
diferentes cubas con agua y detergente. Después son enjuagadas enérgicamente y secadas en
la centrifugadora.
Ataque de daños superficiales
Durante el proceso de corte de las obleas con el
hilo y el abrasivo no se puede evitar dañar las
superficies de las mismas.
Estas superficies dañada han de ser eliminadas.
A través de un baño alcalino se “adelgaza” la
oblea, consiguiendo por tanto el efecto
deseado.
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Formación de pirámides. (Texturizado)
Simultáneamente al proceso anterior y utilizando
alcoholes se produce un ataque selectivo en la
superficie más y menos dando como resultado en
las zonas menos atacadas unas estructuras
piramidales que tienen la función de minimizar
la reflexión de la luz solar.
Después de la formación de pirámides las obleas
son sometidas a unos procesos de enjuagues,
neutralización, limpiezas y secado.
2.2. Formación de la unión P-N
Difusión (Creación de la zona N)
Contaminación con átomos de fósforo
Mediante unas reacciones químicas de alta
temperatura, aproximadamente 850 ºC, y en
presencia de las obleas dentro de un tubo de
cuarzo, se introducen dentro del sólido (obleas
de silicio) y a una profundidad muy controlada,
átomos de fósforo con la finalidad de crear un
desequilibrio de electrones.
De esta forma tendremos una zona con exceso de electrones, zona N, junto a otra con defecto
de electrones, zona P; es decir, los dos polos de la pila solar.
Ataque de bordes con plasma. (Separación de ambas zonas)
Durante la difusión no hemos podido evitar que algunos átomos de fósforo se introduzcan por
los cantos de las obleas. Esto tiene que ser eliminado.
Para ello las obleas amontonadas como barajas de
cartas y protegidas con placas metálicas, la
primera y última de cada paquete, son introducidas
dentro de una cámara efectuando el vacío.
Se introduce un gas que es excitado por un
generador de radiofrecuencia. Este gas “choca”
contra los bordes del apilamiento arrancando algo
de material y eliminando esos átomos que entraron
por los bordes.
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2.3. Capa antirreflexiva: CVD, PECVD
Después del ataque de plasma, se le coloca a las
obleas sólo en la cara enfrentada al sol, zona N, una
película de óxido de titanio que le da el color azul tan
característico de las células solares.
Esta película actúa como capa antirreflexiva,
reduciendo todavía más la reflexión de la luz que se
produjo con el texturizado.
2.4. Formación de los contactos
Metalización serigráfica
Por métodos de serigrafía (técnica utilizada para camisetas) se coloca por la cara frontal de la
oblea una pintura conductora (plata) que posteriormente se utilizará como electrodo negativo de
la célula solar. Seguidamente se realiza también en la capa posterior de la oblea; en este caso con
diferente dibujo y otro compuesto metálico (plata más aluminio), que actúa como polo positivo.
Choque térmico de alta temperatura
Para conseguir un buen agarre mecánico y buen contacto eléctrico las obleas se introducen en un
horno de cadena con temperaturas de aproximadamente 900ºC. A la salida del horno, las piezas
son “células solares”.
2.5. Clasificación de las células
Medición de todas las células: Una vez terminada la célula solar, es necesario efectuar la medida
de las características eléctricas de todas ellas y agruparlas según estas características. Para ello la
célula se somete a iluminación artificial simulando la iluminación del sol, utilizando para este
menester una máquina clasificadora.
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3. FABRICACIÓN DE MÓDULOS FV
3.1. Soldadura de las células.
Soldadura de células en serie o “ristra”
Una vez agrupadas las células por características
eléctricas, se conectan en serie para sumar el voltaje
suficiente para poder alimentar los equipos conectados.
Las células se sujetan con un compuesto de estaño y
como conductor se utiliza una fina cinta de cobre,
estañada, que va uniendo la cara positiva (posterior)
con la cara negativa (frontal), de la siguiente, formando ristras de entre 9 a 12 piezas.
Interconexión de las ristras
Las ristras formadas en el paso anterior son conectadas
en serie por medio de cinta de cobre estañado. De esta
manera se consigue soldar en serie 36 células (típico en
módulos de tensión nominal 12V.) ó 72 células (en
módulos de 24V).
Colocando en paralelo otro conjunto del mismo número
de piezas duplicaremos los amperios del módulo.
3.2.
Obtención del laminado
El conjunto a laminar se forma amontonando una serie de materiales que sometidos a calor y
presión dan como resultado una pieza compacta e inseparable muy resistente a los agentes
atmosféricos. El conjunto está formado por:
Vidrio – Termoplástico – Circuito de Células – Termoplástico – Plástico externo.
Este proceso se realiza dentro de una máquina prensa llamada “laminadora”.
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3.3. Enmarcado del módulo
Para su posterior colocación de módulos en las estructuras soporte se coloca en todo el perímetro
un perfil de aluminio formando un marco. Dicho marco está provisto de unos taladros para el
paso de los tornillos de sujeción.
3.4. Colocación de la caja de conexiones
Las cintas que se usaron para la interconexión salen al
exterior atravesando el plástico y son conectadas
dentro de una caja especial sellada contra el plástico.
Dentro de la caja existen unos diodos de protección,
así como las bornas donde se conectan los cables de
la instalación.
Medida eléctrica final del módulo
Todos los módulos una vez terminados son
verificados eléctricamente. Los módulos que no
cumplen las características de diseño son rechazados.
Estas características son guardadas durante el periodo
de garantía. Recientemente en un chip identificativo.
3.5. Embalado e identificación de los módulos FV
Embalado unitario de cada módulo FV
Embalado por cajas, de varios módulos FV
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ANEXO 2. LOS SISTEMAS DE CONCENTRACIÓN
La tecnología de concentración consiste en la sustitución de los elementos más caros (células solares)
por otros, potencialmente más baratos (los elementos ópticos).
Sus principales características son:
• Reducción del uso de un material caro, como la célula de Silicio.
• Incremento de la eficiencia de cada célula.
• Reducción del tiempo de recuperación energética.
• Vía para la utilización de dispositivos de alta eficiencia.
TIPOS DE CONCENTRACIÓN SOLAR
INSTALACION CONECTADA A RED CON SISTEMA DE BAJA CONCENTRACIÓN
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INSTALACION CONECTADA A RED CON SISTEMA DE ALTA CONCENTRACIÓN
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Últimos avances de la Tecnología Fotovoltaica
Evolución del mercado fotovoltaico Fuente: Photon International, PV News
Distribución del mercado (año 2004) Fuente: Photon Internacional, Marzo 2005
El mercado fotovoltaico actual
• Crecimiento explosivo basado en una tecnología dominante: silicio cristalino
– Cuota de mercado: 95%
– Tecnología madura (industria microelectrónica)
– Menores costes (Producción y generación)
• Posible estancamiento
– Necesidad de reducción de costes
• Automatización de los sistemas de producción
• Economía de escala
• Inversiones en Investigación y Desarrollo
Células solares de silicio cristalino
• Crecimiento de lingotes
– Monocristal: Czochralski
– Multicristal: Solidificación direccional
• Producción de obleas
– Sierra multihilo
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• Fabricación de células solares
– Preparación de la superficie
– Formación de la unión p-n
– Capa antirreflexiva: CVD, PECVD
– Formación del contacto: serigrafía
Alternativas a la tecnología x-Si
• Dispositivos de bajo coste
– Baja eficiencia
– Lámina delgada: a-Si, CdTe, CIGS
– Células orgánicas (colorantes, polímeros,…)
• Dispositivos de alta eficiencia
– Coste elevado (tecnología microelectrónica, nanotecnología)
– Viables en concentración
Dispositivos de bajo coste
• Muy baja eficiencia
– Típicamente 5% a escala industrial
• Dificultades de transferencia desde laboratorio (bajo yield)
– Depósito homogéneo sobre grandes superficies
– Sistemas de alto vacío
• Degradación
– Tiempo de vida bajo (< 5 años)
Sistemas de concentración
Substitución de elementos caros (célula solar) por otros potencialmente baratos (elementos ópticos)
• Reducción del uso de material
• Incremento de eficiencia
• Reducción del tiempo de recuperación energética
• Vía para utilización de dispositivos de alta eficiencia
Objetivo
Desarrollo de un sistema de muy alta concentración basado en
– Células solares III-V de muy alta eficiencia
– Concentradores ultraplanos de 1000 soles con ángulo de aceptancia elevado
– Procedimiento de encapsulado altamente automatizados
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INSTALACIÓN Y MANTENIMIENTO DE SISTEMAS SOLARES FV
TEMA 1-2. LA CÉLULA FOTOVOLTAICA
El concepto
La célula solar
• Células III-V de muy alta eficiencia (>30%)
• Dispositivos pequeños (1 mm2)
– Minimizan pérdidas óhmicas
– Facilitan la extracción de calor
– Permiten manipulación automática
Estructura de la célula solar
Rango de eficiencia 30 - 35%
Algunos números de producción
• Obleas de Ge 4”
– Área útil 70 cm2
– 4 500 dispositivos (80% yield)
– 0.9 kWp – 1.35 kWp por oblea
– Para 10 MWp de produción 7 000 – 12 000 obleas
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TEMA 1-2. LA CÉLULA FOTOVOLTAICA
• Obleas de Si 10 x 10 cm2
– 1 dispositivo por oblea
– 1.4 Wp por oblea (95% yield)
– Para 10 MWp de producción 7 000 000 obleas
El sistema óptico
• Muy alta concentración y elevado ángulo de aceptancia (±1.3º)
– Óptica sin imagen
– Tolerancia en fabricación e instalación
• Alta eficiencia óptica (85%) a bajo coste
– Injección de plásticos
– Superficies planas no espejadas
• Baja relación de aspecto
Encapsulado de células
• Rutinas estándar de la industria optoelectrónica
– Célula solar similar a LED
• Procedimientos altamente automatizados
• Disipación de calor
– LED’s de alta potencia
• Reducción de costes mediante producción en masa
– 1 000 000 uds./año (210 kWp)
Ensamblado de módulos
• Módulos ultra-planos
– similar a x-Si convencional
• Tamaño de módulo: 0.5 m2 para…
– … facilitar ensamblaje e instalación
– … reducir costes de seguimiento
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Sistema de seguimiento
• Pedestal en dos ejes
• Bajo coste: €100/m2
– Elementos estándar
• Precisión de apuntamiento <0.1º
• Alta fiabilidad
• Facilidad de instalación y mantenimiento
• Estrategia de control híbrida
El futuro
• Células solares más eficientes
– Incremento del número de uniones (células para aplicaciones espaciales)
– Otros dispositivos de alta eficiencia (nuevos conceptos)
• Nivel de concentración más elevados
– Óptica anidólica sin simetría rotacional
• >7000 X con α ±1º
• Alumbrado en industria automovilística
• Mejores curvas de aprendizaje para procedimientos de encapsulados
Límites de eficiencia: materiales sc
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