Estado Libre Asociado de Puerto Rico Departamento de Educación C.R.O.E.M. Mayaguez, Puerto Rico Celdas Fotovoltaicas Sometido a la profesora Elba M. Sepúlveda como requisito parcial del curso de Usos de la Energía en la Transportación. Por Xamarah Seda Vélez UET 10:30 LMV 29 de septiembre de 2008
Tabla de Contenido Introducción......... 3 Resumen y Datos........ 4 Comparación......... Opinión......... Conclusión......... Referencias.........
Introducción El término fotovoltaico proviene del griego φώς:phos, que significa luz y voltaico, que proviene del campo de la electricidad, en honor al físico italiano Alejandro Volta, que también proporciona el término voltio. El término fotovoltaico se comenzó a usar en Inglaterra en el año 1849. El efecto fotovoltaico fue reconocido por primera vez en 1839 por el físico francés Becquerel. La primera célula solar fué construida en el 1883 por Charles Fritts, quien utilizó una muestra de selenio semiconductor con un pan de oro para formar la celda. Esta primera celda obtuvo una eficiencia de sólo un 1%. Actualmente muchos gobiernos del mundo como Alemania, Japón, Estados Unidos, España, Grecia, Italia, Francia, entre otros, están subvencionando las instalaciones con un objetivo estratégico de diversificación y aumento de las posibilidades tecnológicas preparadas para crear electricidad de forma masiva. La experiencia en la producción, los avances tecnológicos aumentan la eficiencia de las celdas solares en una escala que crece un 40% anualmente. Debido al aumento en el precio del combustible fósil, las celdas fotovoltaicas se han tomado en cuenta para ser utilizada como base de la producción y del consumo de energía. Acontinuación presentaré más datos acerca de lo que consiste el sistema de celdas fotovoltaica, su historia, desarrollo y función.
Celdas Fotovoltaicas El efecto fotoeléctrico es el proceso físico básico por la cual una celda foto voltaica convierte la luz del sol en electricidad. Cuando la luz solar pega en una celda solaresta puede ser reflejada, absorvida o pasar limpiamente a través de esta. No obstante, solo aquella luz absorvida es la que vá a generar electricidad. La potencia máxima que puede suministrar un módulo se denomina potencia pico. Las placas fotovoltaicas se dividen en crystalline y amorfas. Las cristalinas se subdividen en monocristalinas, que se componen de secciones de un único cristal de silicio, y son reconocibles por su forma circular o hexagonal. También estan las policristalinas, son las que están formadas por pequeñas partículas cristalizadas. Las amorfas son las que el silicio no se ha cristalizado. La primera persona en notar el efecto fotoeléctrico fué el físico francés Edmundo Bequerel, en el 1839. Él encontró que ciertos materiales producían pequeñas cantidades de corriente eléctrica cuando eran expuestos a la luz. En el 1905, Albert Einstein describió la naturaleza de la luz y el efecto fotoeléctrico, en el cual está basada la tecnología fotovoltaica. El primer módulo fotovoltaico fue construido en los Laboratorios Bell en el 1954. Fue descrito como una batería solar y era más que nada una curiosidad, ya que resultaba demasiado costoso como para justificar su utilización a gran escala. En la década de los sesentas, la industria espacial comenzó por primera vez a hacer uso de esta tecnología para proveer la energía eléctrica a bordo de las naves espaciales. A través de los programas espaciales, la tecnología avanzó, alcanzó un alto grado de confiabilidad y se redujo su costo. Durante la crisis de energía en la década de los setentas, la tecnología fotovoltaica empezó a ganar reconocimiento como una fuente de energía para aplicaciones no relacionadas con el espacio.
Las celdas fotovoltaicas generan voltage cuando la energia del sol cae entre las diferentes sustancias que contiene el panel. Estas celdas son capaces de generar electricidad de la energia que reciben de los rayos de luz solar. Las celdas fotovoltaicas generalmente son hechas de silicio. Cuando la luz le da al panel el silicio lo absorbe, causando así que los electrones se separan de sus átomos y que los electrones fluyan por el silicio, generando así la electricidad. Existen cuatro tipos de celdas fotovoltaicas : Silicio Monocristalino Para confeccionar estas celdas el silicio es purificado, derretido y cristalizado en lingotes. Los lingotes son cortados para hacer celdas individuales que normalmente son de color negro o azul. La mayoría de las células del panel producen aproximadamente un voltio y medio, pero entre más grande más corritente produce. La Corrientes y el voltaje son afectados por la Resistencia del ciercuito en donde esten. La cantidad de luz que haya disponible también afecta la producción y la temperatura de la celda afecta el voltaje. Las celdas de silicio monocristalino son las más eficientes y también las más costosas. Silicio Policristalino Las celdas de silicio policristalino trabajan de una manera similar, la diferencia está en que el silicio utilizado es de menor costo y resulta ser menos eficiente. La superficie de las celdas policristalinas no siguen un patrón como el de las monocristalinas. Silicio Amorfo El silicio amorfo es hecho al depositar capas finas de silicio vaporized en un subsionador y en un plástico, metal o cristal. Las celdas de silicio amorfo pueden confeccionarse para muchas yardas cuadradas, ya que son hechas en una forma rectangular que forman
modulos. Los modulos hacen que el voltaje aumente. Un modulo es la base de los sistemas fotovoltaicos. La eficiencia de las celdas de silicio amorfo es menos de la mitad de los otros tipos de celdas. Los sistemas de celdas fotovoltaicas contienen paneles solares individuales que convierten la energía solar en corriente o elecrticidad que podemos utilizar atravez de un invertidor. La energía que produce un sistema fotovoltaico depende de la tecnología utilized, del lugar, el clima y paneles utilizados. Un sistema bien diseñado en un lugar bien localized puede producr entre 700 y 850 kwh por kwp, en un año. La energía fotovoltaica es removable, y por ende no contamina el ambiente. Las celdas fotovoltaicas pueden tener una vida de hasta 40 años. El sistema de celdas fotovoltaicas al no tener partes movibles casi no requiere mantenimiento. Sólo se deberá inspectional en invertidor ocasionalmente. Existen tres generaciones de las celdas fotovoltaicas. La primera generación de las celdas consistia en un gran área de celdas de alta calidad. La tecnología de la primera generación envolvía alta energía y arduo trabajo que obstaculizaba el que el costo del sistema se redujera. Las uniones sencillas de silicio tenian un 33% de eficiencia. Para la segunda generación se desarrollaron materiales que cumplieran con los requisitos y los costos de la production. Los costos de los sistemas de las segunda generación serían menores, dado a los materiales utilizados. La tecnología de la tercera generación intenta mejorar el bajo desempeño eléctrico de la segunda generación, pero manteniendo un costo bajo. Se quiere aumentar a un 30 a 60% su eficiencia, pero mantenitndo el costo bajo.
Comparación La energía fotovoltaica es la conversión directa de luz en electricidad a nivel atómico. Algunos materiales presentan una propiedad conocida como efecto fotoeléctrico que hace que absorban fotones de luz y emitan electrones. Cuando estos electrones libres son capturados, el resultado es una corriente eléctrica que puede ser utilizada como electricidad. 1. Celdas Fotovoltaicas de Unión Múltiple son una sub-clase de celda fotovoltaica desarrollada para desempeñar mayor eficiencia. Consisten de celdas de unión múltiple con semiconductores de diferentes caracteristicas que hacen que la luz se absorba de una forma más eficiente dependiendo del color. 2. Las celdas betavoltaicas son generadoras de corriente eléctrica, en forma de bateria, la cual usa energía de una fuente de energía radioactiva que emite particulas beta o electrones. Estas celdas utilizan un proceso de conversión no termal. 3. La batería nuclear optoeléctrica fué desarrollada por los investigadores del Instituto Kurchatov en Moscow. Un emisor beta como el tecnecio-99 y como el estroncio-90 son suspendidos en un gas o líquido que contienen moléculas de gas liminicente, tipo eximer que constituye un plasma de polvo. Esto permite el afojamiento de que los electrones beta emiatn particulas. Esto se convierte en radioactividad y en una capa fotovoltaica. 4. Celdas termofotovoltaicas convierten la energía del calor en eléctricidad via fotones. Un sistema básico termofotovoltaico consiste en un emisor termal y una célula fotovoltaica diodo. Este sistema genera energía absorviendo fotones y conviertiendolos en eléctricidad. 5. Celdas fotoelectroquímicas son celdas solares que extraen energía eléctrica de la luz.
Algunas de estas celdas sólo producen energía eléctrica, pero otras otras pueden producir hidrógeno.
Opinión Personal Creo que lo mejor que hizo Dios fué la vida en la tierra. El nos dejó este mundo encargados a nosotros los humanos y debemos cuidar de él. Debemos de comenzar pronto a hacer buen uso de los recursos naturales que nos quedan. Uno de los mayores problemas que tenemos es la contaminación del aire, dado a los químicos que se utilizan para distintos fines como production en masa y también la quema de petróleo para obtener energía. Una de las mejores altenativas para esto es utilizar los recuersos que nos dió nuestro Dios, el agua, la tierra, el viento y la luz. Estas son fuentes de energía removable, y por lo tanto no contaminan el ambiente. Así que la energía solar es verde porque es proveniente de la naturaleza y es renovable.
Conclusión Las celdas fotovoltaicas son una exelente opción para todo ser humano, ya que además de que le hacemos un gran favor al planeta, provee una gran cantidad de beneficios. Los sistemas fotovoltaicos requieren un mínimo mantenimiento y además estos sistemas reducen la cantidad de energía que se utiliza en la casa o lugar donde esté montada. Otro beneficio de los sistemas es que son una inversión de la que se puede sacar provecho vendiendo la energía que produces y no utilizas. Bibliografía
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