Energia Fotovoltaica

Las energías alternativas, denominadas también como renovables o blandas, son consideradas fuentes energéticas limpias y alternas a las derivadas de los hidrocarburos, y a la electricidad producida en las centrales hidroeléctricas, térmicas y nucleares. La reservas estimadas de los combustibles fosiles se estiman que duraran otros 50 a 100 años con el tirmo actual de consumo, por lo que es de vital importancia encontrar fuentes alternas. Colombia es aun un país con vocación agropecuaria, con un área amplia de territorio rural, donde la utilización de estas fuentes energéticas tienen una amplio potencial de desarrollo, incluso sin la necesidad de una tecnología de avanzada para satisfacer las demandas energéticas allí presentes.

La energía solar al parecer es una fuente viable de energía para el futuro. Cada año, la

superficie terrestre recibe de la luz solar alrededor de 10 veces la energía contenida en todas

las reservas conocidas de carbón, petróleo, gas natural y uranio combinadas. Sin embargo,

gran parte de esa energía se “desperdicia” al reflejarse hacia el espacio exterior. En los últimos

30 años, las intensas actividades de investigación han mostrado que la energía solar puede

aprovecharse con efectividad . Una de ellas es su conversión directa en electricidad mediante el uso de dispositivos llamados Celdas fotovoltaicas.

Llamamos materiales conductores de la electricidad (el cobre por ejemplo) a los que la dejan pasar libremente la corriente eléctrica ya que tienen electrones libres. Llamamos materiales aislantes (plástico, papel) a los que oponen una enorme resistencia al paso de la corriente eléctrica (los electrones de sus capas periféricas están fuertemente ligados y se necesitaría una gran energía para liberarlos).

VER EFECTO FOTOELECTRICO

Entre ambos extremos hay unos materiales llamados semiconductores. Los más conocidos son el silicio, el germanio y el arseniuro de galio. Estos materiales si están a 0 K son aislantes, pero si reciben energía (luminosa por ejemplo), se encuentran más cerca de los conductores y pueden producir corrientes de electrones. Eso es exactamente lo que ocurre en las células fotovoltaicas, que suelen estar hechas de silicio.

Como se ve en la figura un material semiconductor (el silicio), es expuesto a los rayos solares, que contienen energía luminosa (fotones). Estos fotones aportan energía a los electrones de valencia de los átomos de silicio.

Si la energía que aportan es suficiente para vencer la fuerza que mantiene los electrones unidos al átomo, estos electrones se liberan y llegan a formar una corriente de electrones (electricidad), que en la figura se representa por un circuito que es capaz de encender una lámpara, Este es el esquema de funcionamiento delefecto fotoeléctrico.

Como en estado puro el silicio no es muy fotoconductor, se le “dopa” con átomos de fósforo, que tiene un excedente de cargas negativas. Este material es el que aparece en la figura a continuación como “tipo n”. En esa misma figura, veamos el material “tipo p”, que es silicio dopado con boro, que tiene 3 electrones en su capa externa, por lo que se produce un excedente de cargas positivamente. Efectivamente, el silicio tiene 4 electrones en la banda de valencia y el boro sólo tiene 3. Al estar estas dos zonas dopadas en contacto, se produce un diodo, ya que los electrones excedentes de la capa n son atraídos por las cargas positivas de la capa p. Esto da origen a una corriente eléctrica.

Se ha de comentar que, así como el flujo de electrones corresponde a cargas reales, es decir, cargas que están asociadas a desplazamiento real de masa, los huecos, en realidad, son cargas que se pueden considerar virtuales puesto que no implican desplazamiento de masa real

Parametros fundamentales de la celula solar

(Il) Corriente de iluminacion: Tasa de flujo de carga de electrones que se desplaza cuando incide la radiación solar sobre la célula.

(Il-) Corriente de oscuridad: Es debida a la recombinación de los pares electrón-hueco que se produce en el interior del semiconductor.

1 A = 1 C/s.

(Voc) Tension de circuito abierto: la maxima tension que se obtiene en los extremos de la celular solar, que se da cuando no esta conectado a ninguna carga. Es una caracteristica del material del que esta fabricada la celula

(Isc) Corriente de cortocircuito: maximo valor de corriente que puede circular por la celula solar. Se da cuando susterminales estan cortocircuitados.

Cuando la celula se conecta a una carga los valores varían siendo siempre menores que (a) y (b). La potencia maxima que puede entregar la celula solar sera:

Pm = Vm * Im

Y así nos permite definir un parámetro analizando el cociente entre la maxima potencia que puede entregar la célula y el producto de la tensión de circuito abierto y la corriente de cortocircuito. Siendo 1 un valor de eficacia total de forma.