Panel fotovoltaico

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Artículu principal: Enerxía solar fotovoltaica
Una instalación de paneles solares en Canterbury (Nuevu Hampshire, Estaos Xuníos).
Estación de carga d'automóviles eléctricos alimentada por enerxía solar por aciu paneles instalaos na cubierta.


Los paneles o módulos fotovoltaicos —llamaos comúnmente paneles solares, anque esta denominación toma amás otros dispositivos— tán formaos por un conxuntu de célules fotovoltaicas que producen eletricidá a partir de la lluz qu'incide sobre ellos por aciu el efeutu fotoeléctricu.

Los paneles fotovoltaicos, en función del tipu de célula que los formen, estremar en:

  • Cristalines
    • Monocristalinas: componer de seiciones d'un únicu cristal de siliciu (Si) (reconocibles pola so forma circular o octogonal, onde los 4 llaos curtios, si puede apreciase na imaxe, apréciase que son curvos, por cuenta de que ye una célula circular recortada).
    • Policristalinas: cuando tán formaes por pequeñu partícules cristalizaes.
  • Amorfes: cuando'l siliciu nun se cristalizó.

La so efectividá ye mayor cuanto mayor son los cristales, pero tamién el so pesu, grosez y costo. El rendimientu de les primeres puede algamar el 22 %[1] ente que el de les postreres puede nun llegar al 10 %, sicasí'l so costo y pesu ye bien inferior.

El costo de los paneles fotovoltaicos amenorgóse de forma constante desque se fabricaron les primeres célules solares comerciales[2] y el so costu mediu de xeneración eléctrica yá ye competitivu coles fontes d'enerxía convencionales nun creciente númberu de rexones xeográfiques, algamando la paridá de rede.[3][4]

Historia[editar | editar la fonte]

James Van Allen (nel centru) con un retruque del propulsor que llanzó'l Explorer 1 nel añu 1958.

El términu fotovoltaico provien del griegu φώς:phos, que significa “lluz” y voltaicu, que provien del campu de la eletricidá, n'honor al físicu italianu Alejandro Volta, (que tamién apurre'l términu voltiu a la unidá de midida de la diferencia de potencial nel Sistema Internacional de midíes). El términu fotovoltaico empezar a usar n'Inglaterra dende l'añu 1849.

L'efeutu fotovoltaico foi reconocíu per primer vegada en 1839 pol físicu francés Becquerel, pero la primer célula solar nun se construyó hasta 1883. El so autor foi Charles Fritts, quien anubrió una amuesa de seleniu semiconductor con un pan de oru pa formar l'empalme. Esti primitivu dispositivu presentaba una eficiencia de solo un 1 %. En 1905 Albert Einstein dio la esplicación teórica del efeutu fotoeléctricu. Russell Ohl patentó la célula solar moderna nel añu 1946, anque Sven Ason Berglund patentara, con anterioridá, un métodu que trataba d'amontar la capacidá de les célules fotosensibles.

La era moderna de la teunoloxía de potencia solar nun llegó hasta l'añu 1954 cuando los Llaboratorios Bell, afayaron, de manera accidental, que los semiconductores de siliciu dopado con ciertes impureces, yeren bien sensibles a la lluz.

Estes meyores contribuyeron a la fabricación de la primer célula solar comercial con una conversión de la enerxía solar de, aprosimao, el 6 %. La URSS llanzó'l so primera satélite espacial nel añu 1957, y los EEXX un añu dempués. Nel diseñu d'esti usaron célules solares creaes por Peter Iles nun esfuerciu encabezáu pola compañía Hoffman Electronics.

La primer nave espacial qu'usó paneles solares foi'l satélite norteamericanu Vanguard 1, llanzáu en marzu de 1958.[5] Esti finxu xeneró un gran interés na producción y llanzamientu de satélites geoestacionarios pal desenvolvimientu de les comunicaciones, nos que la enerxía provendría d'un dispositivu de captación de la lluz solar. Foi un desenvolvimientu crucial qu'aguiyó la investigación per parte de dellos gobiernos y qu'impulsó la meyora de los paneles solares.

En 1970 la primer célula solar con heteroestructura de arseniuro de galio (GaAs) y altamente eficiente desenvolver na estinguida URSS por Zhorés Alfiórov y el so equipu d'investigación.

La producción d'equipos de deposición química de metales por vapor orgánicos o MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition), nun se desenvolvió hasta los años 80 del sieglu pasáu, llindando la capacidá de les compañíes na manufactura de célules solares de arseniuro de galio. La primer compañía que manufacturó paneles solares en cantidaes industriales, a partir d'uniones simples de GaAs, con una eficiencia de AM0 (Air Mass Zero) del 17 % foi la norteamericana ASEC (Applied Solar Energy Corporation). La conexón dual de la celda producir en cantidaes industriales por ASEC en 1989, de manera accidental, de resultes d'un cambéu del GaAs sobre los sustratos de GaAs a GaAs sobre sustratos de xermaniu.

El dopaxe accidental de xermaniu (Gue) con GaAs como capa amortiguadora creó circuitos de voltaxe abiertos, demostrando'l potencial del usu de los sustratos de xermaniu como otres celdes. Una celda d'uniones simples de GaAs llegó al 19 % d'eficiencia AM0 en 1993. ASEC desenvolvió la primer celda de doble unión pa les naves espaciales usaes nos EEXX, con una eficiencia d'un 20 % aprosimao.

Estes celdes nun usen el xermaniu como segunda celda, pero usen una celda basada en GaAs con distintos tipos de dopaxe. De manera escepcional, les célules de doble unión de GaAs pueden llegar a producir eficiencies AM0 del orde del 22 %. Les uniones triples empiecen con eficiencies del orde del 24 % nel 2000, 26 % nel 2002, 28 % nel 2005, y llegaron, de manera corriente al 30 % nel 2007. En 2007, dos compañíes norteamericanes Emcore Photovoltaics y Spectrolab, producen el 95 % de les célules solares del 28 % d'eficiencia.

Les distintes xeneraciones de célules fotovoltaicas[editar | editar la fonte]

L'esquema de la figura correspuende a les diferencies d'enerxía qu'hai ente les bandes de valencia y les bandes de conducción en tres tipos distintos de materiales. Dicha diferencia condiciona la conductividá eléctrica de los mesmos.

Curtia introducción sobre la física de los semiconductores[editar | editar la fonte]

Nuna amuesa de metal, los electrones esteriores de los sos átomos, denominaos electrones de valencia pueden movese llibremente. Dizse que tán deslocalizados en rexones del espaciu qu'ocupen tola rede cristalina, como si d'una malla tratárase. En términos enerxéticos esto quier dicir que los electrones de la última capa del átomu ocupen niveles d'enerxía altos que-yos dexa escapar se del enllaz que los xune al so átomu.

El conxuntu d'estos niveles, bien próximos unos d'otros, formen parte de la llamada banda de conducción (d'equí p'arriba BC). Esta banda ta formada, amás, por niveles d'enerxía vacíos y ye, precisamente, la esistencia d'estos niveles vacíos la que dexa que los electrones puedan saltar a ellos cuando se-yos pon en movimientu, al aplicar un campu eléctrico. Precisamente esta circunstancia dexa que los metales sían conductores de la eletricidá.

Los demás electrones del átomu, con enerxíes menores, formen la banda de valencia (BV). La distancia ente dambes bandes, en términos d'enerxía, ye nula. Dambes bandes asolápense de manera que los electrones de la BV con más enerxía atópense, tamién, na BC.

Nes sustances aislantes, la BC ta dafechu balera porque tolos electrones, incluyíos los de la última capa, tán amestaos al átomu, tienen una enerxía más baxa, y polo tanto atopar na banda de valencia, y amás la distancia ente les bandes (denominar a esta distancia enerxética banda prohibida, o gap) ye abondo grande, colo que-yos ye bien difícil saltar a la BC. Como la BV ta llena, los electrones nun pueden movese y nun puede haber corriente eléctrica al aplicar un voltaxe ente los estremos del aislante.

Nos semiconductores, les bandes de valencia y conducción presenten una situación entemedia ente la que se da nun conductor y la que ye normal nun aislante. La BC tien bien pocos electrones. Esto ye por cuenta de que la separación qu'hai ente la BV y la BC nun ye nula, pero sí pequeña. Asina s'esplica que los semiconductores aumenten la so conductividá cola temperatura, pos la enerxía térmica suministrada ye abonda por que los electrones puedan saltar a la banda de conducción, ente que los conductores menguar, por cuenta de que les vibraciones de los átomos aumenten y enzanquen la movilidá de los electrones.

Lo interesante de los semiconductores ye que la so pequeña conductividá eléctrica ye debida tantu a la presencia d'electrones na BC, como a que la BV nun ta totalmente llena.

Los cuatro xeneraciones de célules fotovoltaicas[editar | editar la fonte]

Barra de siliciu policristalino.
Célula solar monocristalina mientres la so fabricación

La primer xeneración de célules fotovoltaicas consistíen nuna gran superficie de cristal simple. Una simple capa con unión diodu p-n, capaz de xenerar enerxía eléctrica a partir de fontes de lluz con longitud d'onda similares a les que lleguen a la superficie de la Tierra provenientes del Sol. Estes célules tán fabricaes, usualmente, usando un procesu d'espardimientu con obleas de siliciu. Esta primer xeneración (conocida tamién como célules solares basaes n'oblea) son, anguaño, (2007) la teunoloxía dominante na producción comercial y constitúin, aprosimao, el 86 % del mercáu de célules solares terrestres.

La segunda xeneración de materiales fotovoltaicos basar nel usu de depósitos epitaxiales bien delgaos de semiconductores sobre oblees con concentradores. Hai dos clases de célules fotovoltaicas epitaxiales: les espaciales y les terrestres. Les célules espaciales, usualmente, tienen eficiencies AM0 (Air Mass Zero) más altes (28-30 %), pero tienen un costo por vatiu más altu. Nes terrestres la película delgada desenvolvióse usando procesos de baxu costu, pero tienen una eficiencia AM0 (7-9 %), más baxa, y, por razones evidentes, cuestionar p'aplicaciones espaciales.

Les predicciones antes de la llegada de la teunoloxía de película delgada apuntaben a un considerable amenorgamientu de costos pa célules solares de película delgada. Amenorgamientu que yá se produció. Anguaño (2007) hai un gran númberu de teunoloxíes de materiales semiconductores so investigación pa la producción en masa. Pueden mentase, ente estos materiales, al siliciu amorfo, siliciu monocristalino, siliciu policristalino, telururo de cadmiu y sulfuros y seleniuros d'indiu. Teóricamente, una ventaya de la teunoloxía de película delgada ye la so masa amenorgada, bien apoderada pa paneles sobre materiales bien llixeros o flexibles. Inclusive materiales d'orixe testil.

La llegada de películes delgaes de Ga y As p'aplicaciones espaciales (denominaes célules delgaes) con potenciales d'eficiencia AM0 percima del 37 % tán, anguaño, n'estáu de desenvolvimientu p'aplicaciones d'elevada potencia específica. La segunda xeneración de célules solares constitúi un pequeñu segmentu del mercáu fotovoltaico terrestre, y aprosimao el 90 % del mercáu espacial.

La tercer xeneración de célules fotovoltaicas que se tán proponiendo na actualidá (2007) son bien distintes de los dispositivos semiconductores de les xeneraciones anteriores, yá que realmente nun presenten la tradicional unión p-n pa dixebrar el portadores de carga fotogenerados. P'aplicaciones espaciales, tán estudiándose dispositivos de buecos cuánticos (puntos cuánticos, cuerdes cuántiques, etc.) y dispositivos qu'incorporen nanotubos de carbonu, con un potencial de más del 45 % d'eficiencia AM0. P'aplicaciones terrestres, atopar en fase d'investigación dispositivo qu'inclúin célules fotoelectroquímicas, célules solares de polímeros, célules solares de nanocristales y célules solares de tintas sensibilizaes.

Una hipotética cuarta xeneración de célules solares consistiría nuna teunoloxía fotovoltaica compuesta nes que s'entemecen, conxuntamente, nanopartículas con polímeros pa fabricar una capa simple multiespectral. Darréu, delles capes delgaes multiespectrales podríense apilar pa fabricar les célules solares multiespectrales definitives. Célules que son más eficientes, y barates. Basaes nesta idea, y la teunoloxía multiunión, usáronse nes misiones de Marte que llevó a cabu la NASA. La primer capa ye la que convierte los distintos tipos de lluz, la segunda ye pa la conversión d'enerxía y la postrera ye una capa pal espectru infrarroxu. D'esta manera conviértese daqué del calor en enerxía aprovechable. La resultancia ye una escelente célula solar compuesta. La investigación de base pa esta xeneración ta supervisándose y dirixiendo per parte de la DARPA pa determinar si esta teunoloxía ye vidable o non. Ente les compañíes que s'atopen trabayando nesta cuarta xeneración atópense Xsunx, Konarka Technologies, Inc., Nanosolar, Dyesol y Nanosys.

Principiu de funcionamientu[editar | editar la fonte]

Principios teóricos de funcionamientu[editar | editar la fonte]

  1. Dalgunos de los fotones, que provienen de la radiación solar, impacten sobre la primer superficie del panel, enfusando n'este y siendo absorbíos por materiales semiconductores, tales como'l siliciu o'l arseniuro de galio.
  2. Los electrones, partícules subatómiques que formen parte del esterior de los átomos, y que s'agospien n'orbitales d'enerxía cuantizada, son cutíos polos fotones (interaccionan) lliberar de los átomos a los que taben orixinalmente confinaos.

Esto déxa-yos, darréu, circular al traviés del material y producir eletricidá. Les cargues positives complementaries que se crean nos átomos que pierden los electrones, (paecíes a burbuyes de carga positiva) denominar buecos y flúin nel sentíu opuestu al de los electrones, nel panel solar.

Haber de comentar que, según el fluxu d'electrones correspuende a cargues reales, esto ye, cargues que tán acomuñaes a desplazamientu real de masa, los buecos, en realidá, son cargues que pueden considerase virtuales cuidao que nun impliquen desplazamientu de masa real.

Representación de la diferencia de potencial, o voltaxe de corriente con respectu al tiempu en corriente continua

Un conxuntu de paneles solares tresformen la enerxía solar (enerxía en forma de radiación y que depende de la frecuencia de los fotones) nuna determinada cantidá de corriente continua, tamién denominada DC (acrónimu del inglés Direut Current y que correspuende a un tipu de corriente eléctrica que se describe como un movimientu de cargues nuna direición y un solu sentíu, al traviés d'un circuitu. Los electrones mover de los potenciales más baxos a los más altos).

Opcionalmente:

  1. La corriente continua llevar a un circuitu electrónicu conversor (inversor) que tresforma la corriente continua en corriente alterna, (AC) (tipu de corriente disponible nel suministru eléctricu de cualquier llar) de 120 o 240 voltios.
  2. La potencia de AC entra nel panel eléctricu de la casa.
  3. La eletricidá xenerada distribúyese, casi siempres, a la llinia de distribución de los dispositivos de llume de la casa, una y bones estos nun peracaben escesiva enerxía, y son los fayadizos por que funcionen correchamente cola corriente xenerada pol panel.
  4. La eletricidá que nun s'usa puédese enrutar y usar n'otres instalaciones.

Fotogeneración de portador de carga portadores de carga[editar | editar la fonte]

Cuando un fotón llega a una pieza de siliciu, pueden asoceder tres acontecimiento:

  1. El fotón puede pasar al traviés del material de siliciu ensin producir nengún efeutu; esto asocede, xeneralmente, pa fotones de baxa enerxía.
  2. Los fotones pueden ser reflexaos al llegar a la superficie del panel, y son espulsaos d'este.
  3. El fotón ye absorbíu pol siliciu, y nesi casu puede asoceder:
    • Xenerar calor
    • Producir pares d'electrones buecos, si la enerxía del fotón incidente ye más alta que la mínima necesaria por que los electrones lliberaos lleguen a la banda de conducción.

Nótese que si un fotón tien un númberu enteru de vegaes el saltu d'enerxía por que el electrón llegue a la banda de conducción, podría crear más d'un únicu par electrón-buecu. Sicasí, esti efeutu nun ye significativu, de manera avezada, nes célules solares. Esti fenómenu, de múltiplos enteros, ye esplicable por aciu la mecánica cuántica y la cuantización de la enerxía.

Cuando s'absuerbe un fotón, la enerxía d'esti comunicar a un electrón de la rede cristalina. Usualmente, esti electrón ta na banda de valencia, y ta fuertemente venceyáu n'enllaces covalentes que se formen ente los átomos colindantes. El conxuntu total de los enllaces covalentes que formen la rede cristalina da llugar a lo que se llama la banda de valencia. Los electrones pertenecientes a esa banda son incapaces de movese más allá de les llendes de la banda, sacantes que se-yos apurra enerxía, y amás una enerxía determinada. La enerxía que'l fotón apúrre-y ye capaz d'escitalo y promocionalo a la banda de conducción, que ta vacida y onde puede movese con relativa llibertá, usando esa banda, pa movese, al traviés del interior del semiconductor.

L'enllaz covalente del cual formaba parte l'electrón, tien agora un electrón menos. Esto conozse como buecu. La presencia d'un enllaz covalente perdíu dexa a los electrones vecinos movese escontra l'interior d'esi buecu, que va producir un nuevu buecu al movese l'electrón d'al llau, y de esta manera, y por un efeutu de traslaciones socesives, un buecu puede movese al traviés de la rede cristalina. Con éses puede afirmase que los fotones absorbíos pol semiconductor crean pares móviles d'electrones buecos.

Un fotón solo precisa tener una enerxía más alta que la necesaria pa llegar a los buecos vacíos de la banda de conducción del siliciu, y asina poder escitar un electrón de la banda de valencia orixinal a dicha banda.

L'espectru de frecuencia solar ye bien paecíu al espectru del cuerpu negru cuando esti calecer a la temperatura de 6000K y, por tanto, gran cantidá de la radiación que llega a la Tierra ta compuesta por fotones con enerxíes más altes que la necesaria pa llegar a los buecos de la banda de conducción. Esi escedente d'enerxía qu'amuesen los fotones, y enforma mayor de la necesaria pa la promoción d'electrones a la banda de conducción, va ser absorbíu pola célula solar y va manifestase nun apreciable calor (tremáu por aciu vibraciones de la rede, denominaes fonones) en llugar d'enerxía eléctrica aplicable.

Separación de los portadores de carga[editar | editar la fonte]

Hai dos maneres fundamentales pa la separación de portadores de carga nuna célula solar:

  1. movimientu de los portadores, impulsaos per un campu electrostático establecíu al traviés del dispositivu.
  2. espardimientu de los portadores de carga de zones d'alta concentración de portadores a zones de baxa concentración de portadores (siguiendo un gradiente de potencial eléctricu).

Nes célules d'unión p-n, llargamente usaes na actualidá, la manera que predomina na separación de portadores ye pola presencia d'un campu electrostático. Sicasí, en célules solares nes que nun hai uniones p-n (típiques de la tercer xeneración de célules solares esperimentales, como célules de película delgada de polímeros o de tinta sensibilizada), el campu eléctrico electrostático paez tar ausente. Nesti casu, la manera dominante de separación ye por aciu la vía del espardimientu de los portadores de carga.

Xeneración de corriente nuna placa convencional[editar | editar la fonte]

Esquema eléctricu.

Los módulos fotovoltaicos funcionen, como se dexó entever nel anterior estremáu, pol efeutu fotoeléctricu. Cada célula fotovoltaica ta compuesta de, siquier, dos delgaes llámines de siliciu. Una dopada con elementos con menos electrones de valencia que'l siliciu, denominada P y otra con elementos con más electrones que los átomos de siliciu, denominada N.

Aquellos fotones procedentes de la fonte lluminosa que provien del sol, que presenten enerxía fayadiza, inciden sobre la superficie de la capa P, y al interactuar col material lliberen electrones de los átomos de siliciu los cualos, en movimientu, traviesen la capa de semiconductor, pero nun pueden volver. La capa N adquier una diferencia de potencial al respective de la P. Si conéctense unos conductores eléctricos a dambes capes y estos, de la mesma, xunir a un dispositivu o elementu eléctricu consumidor d'enerxía que, usualmente y de forma xenérica denominar carga, va empecipiase una corriente eléctrica continua.

Esti tipu de paneles producen eletricidá en corriente continua y anque la so efectividá depende tantu de la so orientación escontra'l sol como del so enclín con al respective de la horizontal, suélense montar instalaciones de paneles con orientación y enclín fixu, por aforros en caltenimientu. Tanto l'enclín como la orientación, al sur, afítase dependiendo de la llatitú y tratando d'optimizala al máximu usando los encamientos de la norma ISO correspondiente.

La unión p-n[editar | editar la fonte]

La célula solar más avezada ta fabricada en siliciu y configurada como un gran área d'unión p-n. Una simplificación d'esti tipu de plaques puede considerase como una capa de siliciu de tipu n direutamente en contautu con una capa de siliciu de tipu p. Na práutica, les uniones p-n de les célules solares, nun tán feches de la manera anterior, más bien, ellaborar por espardimientu d'un tipu de dopante nuna de les cares d'una oblea de tipu p, o viceversa.

Si la pieza de siliciu de tipu p ye allugada n'íntimu contautu con una pieza de siliciu de tipu n, tien llugar l'espardimientu d'electrones de la rexón con altes concentraciones d'electrones (la cara de tipu n de la unión) escontra la rexón de baxes concentraciones d'electrones (cara tipu p de la unión).

Cuando los electrones espublícense al traviés de la unión p-n, se recombinan colos buecos de la cara de tipu p. Sicasí, l'espardimientu de los portadores non continua indefinidamente. Esta separación de cargues, que la mesma espardimientu crea, xenera un campu eléctrico provocáu pol desequilibriu de les cargues parando, darréu, el fluxu posterior de más cargues al traviés de la unión.

El campu eléctrico establecíu al traviés de la creación de la unión p-n crea un diodu que dexa'l fluxu de corriente nun solu sentíu al traviés de dicha unión. Los electrones pueden pasar del llau de tipu p escontra l'interior del llau n, y los buecos pueden pasar del llau de tipu n escontra'l llau de tipu p. Esta rexón onde los electrones espublizáronse na unión llámase rexón d'escosamientu porque nun contién namás que dellos portadores de carga móviles. Ye tamién conocida como la rexón d'espaciu de cargues.

Factores d'eficiencia d'una célula solar[editar | editar la fonte]

Puntu de máxima potencia[editar | editar la fonte]

Una placa o célula solar puede operar nun ampliu rangu de voltaxes y intensidaes de corriente. Esto puede llograse variando la resistencia de la carga, nel circuitu eléctricu, per una parte, y pola otra variando la impedancia de la célula dende'l valor cero (valor de cortucircuitu) a valores bien altos (circuitu abiertu) y puede determinase el puntu de potencia máxima teórica, esto ye, el puntu que maximiza V y tiempu frente a I, o lo que ye lo mesmo, la carga pa la cual la célula puede apurrir la máxima potencia eléctrica pa un determináu nivel de radiación.

El puntu de potencia máxima d'un dispositivu fotovoltaico varia col llume incidente. Pa sistemes bastante grandes puede xustificase una medría nel preciu cola inclusión de dispositivos que midan la potencia instantánea por midida continua del voltaxe y l'intensidá de corriente (y de ende la potencia tresferida), y usar esta información p'afaer, de manera dinámica, y en tiempu real, la carga por que se tresfiera, siempres, la máxima potencia posible, a pesar de les variaciones de lluz, que se produzan mientres el día.

Eficiencia na conversión d'enerxía[editar | editar la fonte]

La eficiencia d'una célula solar (, "eta"), ye'l porcentaxe de potencia convertida n'enerxía eléctrica de la lluz solar total absorbida por un panel, cuando una célula solar ta conectada a un circuitu eléctricu. Esti términu calcúlase usando la relación del puntu de potencia máxima, Pm, estremáu ente la lluz que llega a la celda, irradiancia (Y, en W/m²), baxu condiciones estándar (STC) y l'área superficial de la célula solar (Ac en m²).

La STC especifica una temperatura de 25 °C y una irradiancia de 1000 W/m² con una masa d'aire espectral de 1,5 (AM 1,5). Esto correspuende a la irradiación y espectru de la lluz solar incidente nun día claru sobre una superficie solar inclinada con respectu al sol con un ángulu de 41,81° sobre la horizontal.

Esta condición representa, aprosimao, la posición del sol de mediudía nos equinoccios de primavera y seronda nos estaos continentales de los EEXX con una superficie empobinada direutamente al sol. D'esta manera, so estes condiciones una célula solar típica de 230 cm² (6 pulgaes d'anchu), y de una eficiencia del 16 %, aprosimao, espérase que pueda llegar a producir una potencia de 4,4 W.

Factor d'enllenáu[editar | editar la fonte]

Otru términu pa definir la eficacia d'una célula solar ye'l factor d'enllenáu o fill factor (FF), que se define como la relación ente'l máximu puntu de potencia estremáu ente'l voltaxe en circuitu abiertu (Voc) y la corriente en cortucircuitu Isc:

TONC[editar | editar la fonte]

Temperatura de Operación Nominal de la Célula, definida como la temperatura qu'algamen les célules solares cuando se somete al módulu a una irradiancia de 800 W/m² con distribución espectral AM (Air Mass) 1,5 G, la temperatura ambiente ye de 20 °C y la velocidá del vientu de 1 m/s.

Potencia y costos[editar | editar la fonte]

Cronoloxía de les eficiencies de conversión llograes en célules solares fotovoltaicas (fonte: National Renewable Energy Laboratory d'Estaos Xuníos)
Evolución del preciu de les célules fotovoltaicas de siliciu cristalino (en $/Wp) ente 1977 y 2015 (fonte: Bloomberg New Energy Finance)

El parámetru estandarizado pa clasificar la so potencia denominar potencia picu, y correspuéndese cola potencia máxima que'l módulu puede apurrir so unes condiciones estandarizadas, que son:

  • Radiación de 1000 W/m²
  • Temperatura de célula de 25 °C (non temperatura ambiente).

Nun día soleyeru, el Sol irradia alredor de 1 kW/m² a la superficie de la Tierra. Considerando que los paneles fotovoltaicos actuales tienen una eficiencia típica ente'l 12 %-25 %, esto supondría una producción averada d'ente 120-250 W/m² en función de la eficiencia del panel fotovoltaico.

Per otra parte, tán produciéndose grandes meyores na teunoloxía fotovoltaica y yá esisten paneles esperimentales con rendimientos cimeros al 40 %.[6]

El costu de les célules solares de siliciu cristalino baxó dende 76,67 $/Wp en 1977 hasta aprosimao 0,36 $/Wp en 2014.[7][8] Esti enclín sigue la llamada llei de Swanson, una predicción similar a la conocida Llei de Moore, qu'establez que los precios de los módulos solares baxen un 20 % cada vez que se dobla la capacidá de la industria fotovoltaica.[9]

En 2011, el preciu de los módulos solares amenorgárase nun 60 % dende'l branu de 2008, asitiando a la enerxía solar per primer vegada nuna posición competitiva col preciu de la eletricidá pagáu pol consumidor nun bon númberu de países soleyeros,[10] Producióse una dura competencia na cadena de producción, y coles mesmes espérense mayores cayíes del costu de la enerxía fotovoltaica nos próximos años, lo que supón una creciente amenaza al dominiu de les fontes de xeneración basaes nes enerxíes fósiles.[11] Conforme pasa'l tiempu, les teunoloxíes de xeneración anovable son xeneralmente más barates,[12][13] ente que les enerxíes fósiles vuélvense más cares.

En 2011, el costu de la fotovoltaica cayera abondo per debaxo del de la enerxía nuclear, y espérase que siga cayendo:[14]

Pa instalaciones a gran escala, yá s'algamaron precios per debaxo de 1 $/W. Por casu, n'abril de 2012 publicóse un preciu de módulos fotovoltaicos a 0,60 €/W (0,78 $/W) nun alcuerdu marco de 5 años.[15]

En delles rexones, la enerxía fotovoltaica algamó la paridá de rede, que se define cuando los costos de producción fotovoltaica atópense al mesmu nivel, o per debaxo, de los precios d'eletricidá que paga'l consumidor final (anque na mayor parte de les ocasiones inda percima de los costos de xeneración nes centrales de carbón o gas, ensin cuntar cola distribución y otros costos inducíos).

Más xeneralmente, rescampla que, con un preciu de carbón de 50 $/tonelada, qu'alza'l preciu de les plantes de carbón a 5 cent./kWh, la enerxía fotovoltaica va ser competitiva na mayor parte de los países. El preciu a la baxa de los módulos fotovoltaicos reflexóse rápido nun creciente númberu d'instalaciones, atropando en tou 2011 unos 23 GW instalaos esi añu. Anque s'espera ciertu afitamientu en 2012, por cuenta de retayos nel sofitu económicu nos importantes mercaos d'Alemaña ya Italia, la fuerte crecedera bien probablemente va siguir mientres el restu de la década. Ello ye que yá nun estudiu mentábase que la inversión total n'enerxíes anovables en 2011 superara les inversiones na xeneración eléctrica basada nel carbón.[14]

Usos de los paneles fotovoltaicos[editar | editar la fonte]

Deben la so apaición a la industria aeroespacial, y convirtiéronse nel mediu más fiable de suministrar enerxía eléctrica a un satélite o a una sonda nes órbites interiores del Sistema Solar, gracies a la mayor irradiación solar ensin la torga de l'atmósfera y a la so alta relación potencia a pesu.

Nel ámbitu terrestre, esti tipu d'enerxía usar p'alimentar innumberables aparatos autónomos, p'abastecer abelugos o cases aisllaes de la rede eléctrica y pa producir eletricidá a gran escala al traviés de redes de distribución. Por cuenta de la creciente demanda de enerxíes anovables, la fabricación de célules solares ya instalaciones fotovoltaicas avanzó considerablemente nos últimos años.[16][17][18] Esperimentalmente tamién fueron usaos pa dar enerxía a vehículos solares, por casu nel World Solar Challenge al traviés d'Australia. Munchos yates y vehículos terrestres usar pa cargar les sos bateríes de forma autónoma, llueñe de la rede eléctrica.

Ente los años 2001 y 2012 producióse una crecedera esponencial de la producción d'enerxía fotovoltaica, doblar aprosimao cada dos años.[19] Si esti enclín sigue, la enerxía fotovoltaica cubriría'l 10 % del consumu enerxéticu mundial en 2018, algamando una producción averada de 2200 TWh,[20] y podría llegar a apurrir el 100 % de les necesidaes enerxétiques actuales en redol al añu 2027.[21]

Programes d'incentivos económicos, primero, y darréu sistemes de autoconsumo fotovoltaico y balance netu ensin subsidios, sofitaron la instalación de la fotovoltaica nun gran númberu de países, contribuyendo a evitar la emisión d'una mayor cantidá de gases d'efeutu invernaderu.[22]

Llista d'aplicaciones[editar | editar la fonte]

Edificios dotaos de paneles solares fotovoltaicos, nel marcu del proyeutu Beddington Zero Energy Development (BedZED) en Sutton (Londres, Reinu Xuníu).

Panel d'alta concentración[editar | editar la fonte]

Fruto d'un conveniu de collaboración robláu pola Universidá Politécnica de Madrid (UPM), al traviés del so Institutu d'Enerxía Solar, la empresa Guascor Fotón y el Institutu pa la Diversificación y Aforru de la Enerxía, organismu del Ministeriu d'Industria, Turismu y Comerciu español, realizóse la primer instalación solar d'alta concentración de siliciu n'esplotación comercial d'Europa.

Tratar d'una instalación solar fotovoltaica que, frente a una convencional, utiliza un estraordinariu amenorgamientu de siliciu y convierte la lluz solar n'enerxía eléctrica con bien alta eficiencia. Esta teunoloxía surde como forma d'aprovechar al máximu'l potencial del recursu solar y evitar per otra parte la dependencia del siliciu, cada vez más escasu y con un preciu cada vez mayor debíu al aumentu de la demanda per parte de la industria solar.

Dende los años 70 realizáronse investigaciones sobre la teunoloxía de concentración fotovoltaica de manera qu'ameyoró la so eficiencia hasta consiguir superar a la fotovoltaica tradicional. Nun foi hasta los años 2006-2007 que les teunoloxíes de concentración pasaron de tar amenorgaes al ámbitu de la investigación y empezar a consiguir los primeros desarrollos comerciales. En 2008 el ISFOC (Institutu de Sistemes Solares Fotovoltaicos de Concentración) punxo en marcha n'España una de les mayores d'esti tipu a nivel mundial, conectando a la rede 3 MW de potencia. Nesti proyeutu participaron delles empreses qu'utilizaben diverses teunoloxíes de concentración fotovoltaica (CPV).

Dalgunes d'estes teunoloxíes utilicen lentes p'aumentar la potencia del sol que llega a la célula. Otres concentren con un sistema d'espeyos la enerxía del sol en célules d'alta eficiencia pa llograr un rendimientu máximu d'enerxía. Delles empreses como SolFocus yá empezaron a comercializar la teunoloxía CPV a gran escala y tán desenvolviendo proyeutos n'Europa y EE.XX. que superen los 10 MW en 2009.

La teunoloxía de concentración fotovoltaica dibúxase como una de les opciones más eficientes en producción enerxética a menor costu pa zones d'alta radiación solar como son los países mediterráneos, les zones del sur de EE.UU, Méxicu o Australia, ente otres.

Ver tamién[editar | editar la fonte]

Referencies[editar | editar la fonte]

  1. «Sunpower Panels Awarded Guinness World Record» (inglés). Reuters (20 de xunu de 2011). Consultáu'l 4 de payares de 2015.
  2. «Photovoltaics Power Up». Science 324 (5929). doi:10.1126/science.1169616. PMID 19443773. http://phys.iit.edu/~segre/phys100/science_2009_324_891.pdf. 
  3. «paridá-de-rede-fotovoltaica-yá-empieza-a-ser-una realidá/ L'estudiu PV Grid Parity Monitor pon de manifiestu que la paridá de rede fotovoltaica yá empieza a ser una realidá» (9 de payares de 2012). Consultáu'l 13 de marzu de 2016.
  4. «plaques-fotovoltaicas-son-mas-barates-que-la rede-electrica.html Cuando les plaques fotovoltaicas son más barates que la rede eléctrica». El País (15 d'avientu de 2011). Consultáu'l 13 de marzu de 2016.
  5. «Vanguard I - the World's Oldest Satellite Still in Orbit» (inglés). Consultáu'l 12 d'agostu de 2008.
  6. Michael Canellos (16 de xineru de 2007). «Solar cell breaks efficiency record» (inglés). ZDNet News. Archiváu dende l'orixinal, el 28 de febreru de 2008.
  7. «Price Quotes». Archiváu dende l'orixinal, el 26 de xunu de 2014. Consultáu'l 26 de xunu de 2014.
  8. «Sunny Uplands: Alternative energy will non longer be alternative». The Economist (2012). Consultáu'l 28 d'avientu de 2012.
  9. «Pricing Sunshine». The Economist (2012). Consultáu'l 28 d'avientu de 2012.
  10. «A Review of Solar Photovoltaic Levelized Cost of Electricity». Renewable and Sustainable Energy Reviews 15 (9). doi:10.1016/j.rser.2011.07.104.  Open access
  11. «Renewables Investment Breaks Records». Renewable Energy World (29 d'agostu de 2011).
  12. «Renewable energy costs drop in '09» (inglés). Reuters. Consultáu'l 23 de payares de 2009.
  13. Cortil Power 50% Cheaper By Year End – Analysis Reuters, 24 de payares de 2009.
  14. 14,0 14,1 John Quiggin (3 de xineru de 2012). «The End of the Nuclear Renaissance». National Interest.
  15. «Chinese PV producer Phono Solar to supply German system integrator Sybac Solar with 500 MW of PV modules» (inglés). Solarserver.com. Consultáu'l 30 d'abril de 2012.
  16. «German PV market» (inglés). Solarbuzz.com. Consultáu'l 3 de xunu de 2012.
  17. «Large-Scale, Cheap Solar Electricity» (inglés). Technologyreview.com (23 de xunu de 2006). Consultáu'l 3 de xunu de 2012.
  18. «Paneles fotovoltaicos». energia-ecologica.com. Consultáu'l 13 de marzu de 2016.
  19. «World Photovoltaic Energy» (inglés) (24 d'agostu de 2011). Consultáu'l 23 de febreru de 2013.
  20. «The exponential growth in solar consumption». Financial Times (18 de xunu de 2012). Consultáu'l 17 de setiembre de 2012.
  21. «Climate change non problem, says futurist Ray Kurzweil». The Guardian (21 de febreru de 2011). Consultáu'l 17 de setiembre de 2012.
  22. Renewable Energy Policy Network for the 21st century (REN21), Renewables 2010 Global Status Report, Paris, 2010, pp. 1–80.
  23. «Ford va presentar el C-MAX Solar Energi Concept» (2 de xineru de 2014). Consultáu'l 13 de marzu de 2016.

Enllaces esternos[editar | editar la fonte]



Panel fotovoltaico