Energía Solar. Conversión Fotovoltaica

Transcripción

1 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

2 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.

3 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

4 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

5 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.

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