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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 .
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3
Resumen y Datos
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4
Comparación .
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Opinión
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Conclusión
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Referencias
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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.
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