La Celula Solar. Paneles f.V.

LA CELULA SOLAR LA CELULA SOLAR FOTOVOLTAICA.FOTOVOLTAICA.Curso E.S.F. Úbeda.Curso E.S.F. Úbeda.Septiembre-Octubre 2.008Septiembre-Octubre 2.008

Jaime Moles Pé[email protected]

El átomo:El átomo:

EnEn esenciaesencia lala constituciónconstitución deldel átomo,átomo, refiriéndonosrefiriéndonos aa su su aspectoaspecto eléctrico,eléctrico, constaconsta dede unun determinadodeterminado numeronumero de de protonesprotones concon cargacarga positivapositiva enen elel núcleonúcleo yy unauna cantidad cantidad igualigual dede electrones,electrones, concon cargacarga negativa,negativa, girandogirando en en diferentes órbitas del espacio, denominada envoluta.diferentes órbitas del espacio, denominada envoluta.ElEl númeronúmero máximomáximo dede electroneselectrones queque sese puedenpueden alojaralojar en en cada órbita es de 2ncada órbita es de 2n22, siendo "n" el número de órbitas., siendo "n" el número de órbitas.LosLos electroneselectrones girangiran enen órbitasórbitas casicasi elípticas,elípticas, enen cadacada una una dede laslas cualescuales yy segúnsegún susu proximidadproximidad alal núcleo,núcleo, solosolo pueden pueden existir un numero máximo de electrones.existir un numero máximo de electrones.AtendiendoAtendiendo aa lala cargacarga eléctricaeléctrica comocomo inicialmente inicialmente mencionábamos,mencionábamos, loslos átomos,átomos, sese puedenpueden clasificarclasificar en en positivos, negativos y neutros.positivos, negativos y neutros.

El átomo:El átomo:

LosLos átomosátomos dede elementoselementos simples,simples, cuandocuando estánestán completas completas sussus órbitasórbitas sonson neutros,neutros, hayhay igualigual cantidadcantidad dede electrones electrones queque dede protones;protones; peropero dadodado queque loslos electroneselectrones dede lala última última órbitaórbita sonson loslos másmás alejadosalejados deldel núcleonúcleo yy porpor tanto,tanto, perciben perciben menosmenos susu fuerzafuerza dede atracción,atracción, puedenpueden salirsesalirse dede dicha dicha órbitaórbita denominadadenominada dede valencia,valencia, dejandodejando alal átomoátomo cargado cargado positivamentepositivamente porpor contenercontener másmás protonesprotones queque electrones, electrones, sisi porpor elel contrariocontrario enen elel últimoúltimo orbitalorbital deldel átomoátomo hubiese hubiese alojadoalojado unun electrónelectrón librelibre exteriorexterior alal átomoátomo habría habría adquiridoadquirido cargacarga negativa,negativa, aa estasestas dosdos situacionessituaciones sese les les denomina iones.denomina iones.

ÁTOMOS ESTABLES E INESTABLESÁTOMOS ESTABLES E INESTABLES

SeSe llamallama átomoátomo estableestable alal queque tienetiene completacompleta de de electroneselectrones susu últimaúltima órbitaórbita oo alal menosmenos disponedispone en en ellaella dede ochoocho electrones.electrones. LosLos átomosátomos inestables, inestables, queque sonson loslos queque nono tienentienen llenallena susu órbitaórbita de de valenciavalencia nini tampocotampoco ochoocho electroneselectrones enen ella, ella, tienentienen unauna grangran propensiónpropensión aa convertirseconvertirse en en estables,estables, bienbien desprendiéndosedesprendiéndose dede loslos electrones electrones dede valenciavalencia oo bienbien absorbiendoabsorbiendo deldel exterior exterior electroneselectrones libreslibres hastahasta completarcompletar lala últimaúltima órbita; órbita; enen cadacada casocaso realizaranrealizaran lolo queque menosmenos energía energía suponga.suponga.

CUERPOS CONDUCTORES Y AISLANTES:CUERPOS CONDUCTORES Y AISLANTES:

LosLos cuerposcuerpos conductoresconductores sonson aquellos aquellos cuyoscuyos átomosátomos permitenpermiten fácilmentefácilmente elel paso paso de electrones a su través.de electrones a su través.UnUn buenbuen ejemploejemplo dede conductorconductor eses el el CobreCobre (Cu)(Cu) queque disponedispone dede unun electrón electrón inestableinestable enen susu cuartacuarta órbitaórbita concon unauna gran gran tendencia a desprenderse.tendencia a desprenderse.

CUERPOS SEMICONDUCTORES INTRINSECOS:CUERPOS SEMICONDUCTORES INTRINSECOS:

MientrasMientras queque loslos cuerposcuerpos buenos buenos conductoresconductores ofrecenofrecen escasaescasa resistenciaresistencia al al pasopaso dede electrones,electrones, loslos aislantesaislantes lala ofrecen ofrecen elevadísima,elevadísima, yy entreentre ambosambos extremos,extremos, se se encuentranencuentran loslos semiconductoressemiconductores que que presentan una resistencia intermedia.presentan una resistencia intermedia.

CUERPOS SEMICONDUCTORES INTRINSECOS:CUERPOS SEMICONDUCTORES INTRINSECOS:

UnUn ejemploejemplo dede elementoelemento semiconductorsemiconductor eses elel SilicioSilicio (Si),(Si), lala característica característica fundamentalfundamental dede loslos cuerposcuerpos semiconductoressemiconductores eses lala dede poseerposeer cuatro cuatro electrones en su órbita de valencia. electrones en su órbita de valencia. ConCon estaesta estructuraestructura elel átomoátomo eses inestable,inestable, peropero parapara hacersehacerse estableestable sese le le presentapresenta unun dilema:dilema: yy eses queque lele cuestacuesta lolo mismomismo desprendersedesprenderse dede cuatro cuatro electroneselectrones yy quedarsequedarse sinsin unauna órbita,órbita, queque absorberabsorber otrosotros cuatrocuatro electrones electrones parapara hacersehacerse estableestable alal pasarapasara tenertener ochoocho electrones.electrones. EnEn estasestas especiales especiales circunstancias,circunstancias, ciertosciertos elementoselementos comocomo elel SilicioSilicio yy elel GermanioGermanio (Ge)(Ge) agrupan agrupan sussus átomosátomos dede maneramanera muymuy particular,particular, formandoformando unauna estructuraestructura reticularreticular enen la la queque cadacada átomoátomo quedaqueda rodeadorodeado porpor otrosotros cuatrocuatro iguales,iguales, propiciandopropiciando la la formación de los llamados enlaces covalentes. formación de los llamados enlaces covalentes. EnEn estasestas circunstancias,circunstancias, lala estructuraestructura dede loslos cuerposcuerpos semiconductores,semiconductores, al al estabilizarse,estabilizarse, deberíadebería trabajartrabajar comocomo buenbuen aislante,aislante, peropero nono eses asíasí aa causacausa dede la la temperatura.temperatura. CantoCanto mayormayor eses lala temperaturatemperatura aumentaaumenta lala agitaciónagitación dede los los electroneselectrones yy porpor consiguienteconsiguiente enlacesenlaces covalentescovalentes rotos,rotos, dandodando lugarlugar a a electrones libres y huecos (falta de electrón).electrones libres y huecos (falta de electrón).

SEMICONDUCTORES EXTRÍNSECOS:SEMICONDUCTORES EXTRÍNSECOS:

ComoquieraComoquiera queque laslas corrientescorrientes queque sese producen producen enen elel senoseno dede unun semiconductorsemiconductor intrínsecointrínseco aa la la temperaratemperara ambienteambiente sonson insignificantes,insignificantes, dadodado el el bajobajo valorvalor dede portadoresportadores libres,libres, parapara aumentarlos aumentarlos sese lesles añadenañaden otrootro cuerpos,cuerpos, queque sese denominan denominan impurezas.impurezas.DeDe estaesta formaforma eses comocomo sese obtienenobtienen los los semiconductoressemiconductores extrínsecosextrínsecos tantan importantesimportantes en en la energía solar fotovoltaica.la energía solar fotovoltaica.

SEMICONDUCTORES EXTRÍNSECOS TIPO NSEMICONDUCTORES EXTRÍNSECOS TIPO N

EnEn lala figurafigura sese presentapresenta lala estructuraestructura cristalinacristalina deldel Silicio Silicio (Si)(Si) dopadodopado concon AntimonioAntimonio (Sb)(Sb) alal introducirseintroducirse unun átomo átomo dede impurezasimpurezas dede esteeste elemento,elemento, hechohecho porpor elel queque reciberecibe el el nombre de semiconductor extrínseco.nombre de semiconductor extrínseco.

SEMICONDUTORES EXTRÍNSECOS TIPO P:SEMICONDUTORES EXTRÍNSECOS TIPO P:

EnEn lala figurafigura sese presentapresenta lala estructuraestructura cristalinacristalina deldel SilicioSilicio (Si) (Si) dopadodopado concon AluminioAluminio (Al).(Al). PorPor cadacada átomoátomo dede impurezas impurezas trivalentetrivalente queque sese añadeañade alal semiconductorsemiconductor intrínsecointrínseco apareceaparece en en lala estructuraestructura unun hueco,hueco, oo lolo queque eses lolo mismo,mismo, lala faltafalta dede un un electrón.electrón.

UNION DEL SEMICONDUCTOR P CON EL N:UNION DEL SEMICONDUCTOR P CON EL N:

UNION DEL SEMICONDUCTOR P CON EL N:UNION DEL SEMICONDUCTOR P CON EL N:

AlAl colocarcolocar parteparte deldel semiconductorsemiconductor TIPOTIPO PP juntojunto aa otraotra parte parte deldel semiconductorsemiconductor TIPOTIPO N,N, debidodebido aa lala leyley dede difusióndifusión los los electroneselectrones dede lala zonazona N,N, dondedonde hayhay altaalta concentraciónconcentración de de estos,estos, tiendentienden aa dirigirsedirigirse aa lala zonazona P,P, queque aa penaspenas loslos tiene, tiene, sucediendosucediendo lolo contrariocontrario concon loslos huecos,huecos, queque tratantratan de de dirigirsedirigirse dede lala zonazona P,P, dondedonde hayhay altaalta concentraciónconcentración de de huecos,huecos, aa lala zonazona N.N. EsoEso ocasionaocasiona susu encuentroencuentro y y neutralizaciónneutralización enen lala zonazona dede unión.unión. AlAl encontrarseencontrarse un un electrónelectrón concon unun huecohueco desaparecedesaparece elel electrónelectrón libre,libre, queque pasa pasa ocuparocupar elel lugarlugar deldel hueco,hueco, yy porpor lolo tantotanto tambiéntambién desaparece desaparece esteeste último,último, formándoseformándose enen dichadicha zonazona dede lala uniónunión una una estructura estable y neutra.estructura estable y neutra.Se forma la barrera de potencial.Se forma la barrera de potencial.

EL EFECTO FOTOVOLTAICOEL EFECTO FOTOVOLTAICO

SeSe produceproduce alal incidirincidir lala radiaciónradiación solarsolar (fotones) (fotones) sobresobre loslos materialesmateriales queque definimosdefinimos alal principio principio comocomo semiconductoressemiconductores extrínsecos.extrínsecos. LaLa energía energía queque recibenreciben estosestos provenientesprovenientes dede loslos fotones, fotones, provocaprovoca unun movimientomovimiento caóticocaótico dede electroneselectrones en en el interior del material.el interior del material.


AlAl unirunir dosdos regionesregiones dede unun semiconductorsemiconductor alal queque artificialmenteartificialmente se se habíahabía dotadodotado dede concentracionesconcentraciones diferentesdiferentes dede electrones,electrones, mediantemediante los los elementoselementos queque denominábamosdenominábamos dopantes,dopantes, sese provocabaprovocaba unun campo campo electrostáticoelectrostático constanteconstante queque reconducíareconducía elel movimientomovimiento dede electrones. electrones. RecordemosRecordemos queque esteeste materialmaterial formadoformado porpor lala uniónunión dede dosdos zonaszonas de de concentracionesconcentraciones diferentesdiferentes dede electroneselectrones lala denominábamosdenominábamos uniónunión PN, PN, puespues lala célulacélula solarsolar enen definitivadefinitiva eses esto;esto; unauna uniónunión PNPN enen lala queque lala parte parte iluminada será la tipo N y la no iluminada será la tipo P.iluminada será la tipo N y la no iluminada será la tipo P.DeDe estaesta forma,forma, cuandocuando sobresobre lala célulacélula solarsolar incideincide lala radiación, aparece radiación, aparece enen ellaella unauna tensióntensión análogaanáloga aa lala queque sese produceproduce entreentre laslas bornasbornas dede una una pila.pila.Mediante la colocación de contactos metálicos enMediante la colocación de contactos metálicos en cadacada unauna dede laslas caras caras puedepuede “extraerse”“extraerse” lala energíaenergía eléctrica,eléctrica, queque sese utilizaráutilizará parapara alimentar alimentar una carga.una carga.

LA CÉLULA SOLARLA CÉLULA SOLARUnaUna célulacélula solarsolar eses unun dispositivodispositivo capazcapaz dede convertirconvertir lala energía energía proveniente de la radiación solar en energía eléctrica. proveniente de la radiación solar en energía eléctrica. LaLa grangran mayoríamayoría dede laslas célulascélulas solaressolares queque actualmenteactualmente están están disponiblesdisponibles comercialmentecomercialmente sonson dede SilicioSilicio monomono o o policristalino.policristalino. ElEl primerprimer tipotipo sese encuentraencuentra másmás generalizadogeneralizado y y aunqueaunque susu procesoproceso dede elaboraciónelaboración eses másmás complicado,complicado, suele suele presentar mejores resultados en cuanto a su eficiencia.presentar mejores resultados en cuanto a su eficiencia.

LA CÉLULA SOLARLA CÉLULA SOLAR

CURVACURVA CARACTERÍSTICACARACTERÍSTICA I-VI-V DEDE ILUMINACIÓN ILUMINACIÓN REAL:REAL:

LaLa curvacurva I-VI-V dede unauna célulacélula fotovoltaicafotovoltaica representarepresenta parespares de de valoresvalores dede tensióntensión ee intensidadintensidad enen loslos queque puedepuede encontrarse encontrarse funcionando la célula.funcionando la célula.


TENSIÓN DE CIRCUITO ABIERTO (Vca):TENSIÓN DE CIRCUITO ABIERTO (Vca): Es el máximo valor de tensión en extremos de la Es el máximo valor de tensión en extremos de la célula y se da cuando esta no está conectada a célula y se da cuando esta no está conectada a ninguna carga.ninguna carga.

CORRIENTE DE CORTOCIRCUITO (Icc):CORRIENTE DE CORTOCIRCUITO (Icc):Definido como el máximo valor de corriente que Definido como el máximo valor de corriente que circula por una célula fotovoltaica y se da cuando circula por una célula fotovoltaica y se da cuando la célula está en cortocircuito.la célula está en cortocircuito.


PUNTO DE MAXIMA POTENCIA "PMP" (PPUNTO DE MAXIMA POTENCIA "PMP" (PMM):):Es el producto del valor de tensión máxima (VEs el producto del valor de tensión máxima (VMM) e ) e intensidad máxima (Iintensidad máxima (IMM) para los que la potencia ) para los que la potencia entregada a una carga es máxima.entregada a una carga es máxima.

FACTOR DE FORMA (FF):FACTOR DE FORMA (FF):Se define como el cociente de potencia máxima que Se define como el cociente de potencia máxima que se puede entregar a una carga entre el producto de la se puede entregar a una carga entre el producto de la tensión de circuito abierto y la intensidad de tensión de circuito abierto y la intensidad de cortocircuito.cortocircuito.


EFICIENCIAEFICIENCIA DEDE CONVERSIÓNCONVERSIÓN ENERGÉTICAENERGÉTICA O O

RENDIMIENTO:RENDIMIENTO:

SeSe definedefine comocomo elel cocientecociente entreentre lala máximamáxima potencia potencia eléctricaeléctrica queque sese puedepuede entregarentregar aa lala cargacarga (P(PMM)) yy la la irradianciairradiancia incidenteincidente (P(PLL)) sobresobre lala célulacélula queque eses el el productoproducto dede lala irradianciairradiancia incidenteincidente GG porpor elel áreaárea de de la célula S:la célula S:

LA CÉLULA SOLARLA CÉLULA SOLARINFLUENCIA DE LA TEMPERATURA EN LOS PARÁMETROS INFLUENCIA DE LA TEMPERATURA EN LOS PARÁMETROS BÁSICOS DE UNA CÉLULA FOTOVOLTAICA:BÁSICOS DE UNA CÉLULA FOTOVOLTAICA:Al aumentar la temperatura de la célula empeora el funcionamiento de Al aumentar la temperatura de la célula empeora el funcionamiento de la misma:la misma:

Aumenta ligeramente la Intensidad de cortocircuito.Aumenta ligeramente la Intensidad de cortocircuito.Disminuye la tensión de circuito abierto, aprox: -2.3 mV/ºCDisminuye la tensión de circuito abierto, aprox: -2.3 mV/ºCEl Factor de Forma disminuye.El Factor de Forma disminuye.El rendimiento decrece.El rendimiento decrece.

FABRICACIÓN DE LA CÉLULA SOLAR FABRICACIÓN DE LA CÉLULA SOLAR

LaLa tecnologíatecnología deldel SilicioSilicio comocomo materialmaterial dede base base parapara lala fabricaciónfabricación dede célulascélulas fotovoltaicas,fotovoltaicas, está está sujetasujeta aa constantesconstantes variaciones,variaciones, experimentando experimentando diferenciasdiferencias importantesimportantes segúnsegún loslos distintos distintos fabricantes.fabricantes.DeDe formaforma muymuy resumida,resumida, elel procesoproceso de de fabricación de una célula mono ofabricación de una célula mono o policristalinapolicristalina se se puede dividir en las siguientes fases:puede dividir en las siguientes fases:


PRIMERA FASE: OBTENCIÓN DEL SILICIOPRIMERA FASE: OBTENCIÓN DEL SILICIOAA partirpartir dede laslas rocasrocas ricasricas enen cuarzocuarzo (formadas (formadas principalmenteprincipalmente porpor SiOSiO22,, muymuy abundantesabundantes enen lala naturaleza) naturaleza) yy mediantemediante elel procesoproceso dede reducciónreducción concon carbono,carbono, sese obtiene obtiene SilicioSilicio concon unauna purezapureza aproximadaaproximada deldel 99%,99%, queque nono resulta resulta suficientesuficiente parapara usosusos electrónicoselectrónicos yy queque sese suelesuele denominar denominar Silicio de grado metalúrgico.Silicio de grado metalúrgico.LaLa industriaindustria dede semiconductoressemiconductores purificapurifica esteeste SilicioSilicio por por procedimientosprocedimientos químicos,químicos, normalmentenormalmente destilacionesdestilaciones de de compuestoscompuestos coloradoscolorados dede Silicio,Silicio, hastahasta queque lala concentración concentración de impurezas es inferior al 0,2 partes por millón. de impurezas es inferior al 0,2 partes por millón. ElEl materialmaterial asíasí obtenidoobtenido suelesuele serser llamadollamado SilicioSilicio grado grado semiconductor semiconductor


SEGUNDA FASE: SEGUNDA FASE: CRISTALIZACIÓNCRISTALIZACIÓN

Una vez fundido el Silicio, Una vez fundido el Silicio, se inicia la cristalización a se inicia la cristalización a partir de una semilla. Dicha partir de una semilla. Dicha semilla es extraída del semilla es extraída del silicio fundido, este se va silicio fundido, este se va solidificando de forma solidificando de forma cristalina, resultando, si el cristalina, resultando, si el tiempo es suficiente, un tiempo es suficiente, un monocristal.monocristal.


TERCERA FASE: TERCERA FASE: OBTENCIÓN DE OBLEAS.OBTENCIÓN DE OBLEAS.

El proceso de corte tiene gran El proceso de corte tiene gran importancia en la producción importancia en la producción de las láminas obleas a partir de las láminas obleas a partir del lingote, ya que supone una del lingote, ya que supone una importante perdida de importante perdida de material (que puede alcanzar material (que puede alcanzar el 50%). El espesor de las el 50%). El espesor de las obleas resultantes suele ser del obleas resultantes suele ser del orden de 2-4mmorden de 2-4mm


CUARTACUARTA FASE:FASE: FABRICACIÓNFABRICACIÓN DEDE LALA CÉLULACÉLULA Y Y LOS MÓDULOSLOS MÓDULOS

UnaUna vezvez obtenidaobtenida lala oblea,oblea, eses necesarionecesario mejorarmejorar susu superficie, superficie, queque presentapresenta irregularidadesirregularidades yy defectosdefectos debidosdebidos alal corte, corte, ademásademás dede retirarretirar dede lala mismamisma loslos restosrestos queque puedanpuedan llevar llevar (polvo, virutas), mediante el proceso denominado decapado.(polvo, virutas), mediante el proceso denominado decapado.ConCon lala obleaoblea limpia,limpia, sese procedeprocede alal texturizadotexturizado dede lala misma misma (siempre(siempre parapara célulascélulas monocristalinas,monocristalinas, yaya queque laslas células células policristalinaspolicristalinas nono admitenadmiten esteeste tipotipo dede procesos), procesos), aprovechandoaprovechando laslas propiedadespropiedades cristalinascristalinas deldel SilicioSilicio para para obtenerobtener unauna superficiesuperficie queque absorbaabsorba concon másmás eficienciaeficiencia la la radiación solar incidente.radiación solar incidente.


Posteriormente se procede a la Posteriormente se procede a la formación de un unión PN formación de un unión PN mediante deposición de distintos mediante deposición de distintos materiales (compuestos de fósforo materiales (compuestos de fósforo para las partes N y compuestos de para las partes N y compuestos de boro para las partes P, aunque boro para las partes P, aunque normalmente, las obleas ya están normalmente, las obleas ya están dopadas con boro), y su integración dopadas con boro), y su integración en la estructura del silicio en la estructura del silicio cristalino.cristalino.


ElEl siguientesiguiente pasopaso eses lala formaciónformación dede loslos contactoscontactos metálicos metálicos dede lala célulacélula ,, enen formaforma dede rejillarejilla enen lala caracara iluminadailuminada porpor el el Sol,Sol, yy continuocontinuo enen lala caracara posterior.posterior. LaLa formaciónformación dede los los contactos encontactos en lala caracara iluminadailuminada sese realizarealiza mediantemediante técnicas técnicas serigráficas,serigráficas, empleandoempleando másmás recientereciente mentemente lala tecnología tecnología láserláser parapara obtenerobtener contactoscontactos dede mejormejor calidadcalidad y y rendimiento.rendimiento.ElEl contactocontacto metálicometálico dede lala caracara sobresobre lala cualcual incideincide la la radiaciónradiación solarsolar suelesuele tenertener formaforma dede rejilla,rejilla, dede modomodo que que permitapermita elel pasopaso dede lala luzluz yy lala extracciónextracción dede corriente corriente simultáneamente.simultáneamente. LaLa otraotra caracara estáestá totalmentetotalmente recubierta recubierta de metal.de metal.

COLOCACIÓN DE CONTACTOS COLOCACIÓN DE CONTACTOS


UnaUna célulacélula individualindividual normal,normal, concon unun áreaárea dede unos unos 7575 cmcm22 yy suficientementesuficientemente iluminadailuminada eses capazcapaz de de producirproducir unauna diferenciadiferencia dede potencialpotencial dede 0,4V0,4V yy una una potencia de 1W.potencia de 1W.Finalmente,Finalmente, puedepuede procederseprocederse aa añadirañadir unauna capa capa antirreflexivaantirreflexiva sobresobre lala célula,célula, concon elel finfin dede mejorar mejorar las posibilidades de absorción de la radiación solar.las posibilidades de absorción de la radiación solar.UnaUna vezvez concluidosconcluidos loslos procesosprocesos sobresobre lala célula,célula, se se procedeprocede aa susu comprobación,comprobación, previamentepreviamente aa su su encapsulado,encapsulado, interconexióninterconexión yy montajemontaje enen los los módulos.módulos.

EFICIENCIA DE LA CÉLULA SOLAR EFICIENCIA DE LA CÉLULA SOLAR

EnEn cuantocuanto aa lala eficienciaeficiencia dede laslas diferentes diferentes tecnologíastecnologías fotovoltaicasfotovoltaicas sese puedenpueden indicar indicar ciertos valores aproximados:ciertos valores aproximados:

ParaPara elel casocaso deldel SilicioSilicio monocristalinomonocristalino éstaésta se sitúa se sitúa en, aproximadamente entre un 16 y un 25%en, aproximadamente entre un 16 y un 25%EnEn elel policristalinopolicristalino actualmenteactualmente eses deldel 12-13% 12-13% siendosiendo posibleposible queque sese eleveeleve aa cortocorto plazoplazo enen unun nivel nivel similar al alcanzado ya para el monocristalino.similar al alcanzado ya para el monocristalino.

TIPOS DE CÉLULAS SOLARES:TIPOS DE CÉLULAS SOLARES:

OtrosOtros posiblesposibles materialesmateriales parapara lala fabricaciónfabricación dede célulascélulas solaressolares eses el el SilicioSilicio amorfo.amorfo. EstaEsta tecnologíatecnología permitepermite disponerdisponer dede célulascélulas dede muy muy delgadodelgado espesor,espesor, lolo cualcual presentapresenta grandesgrandes ventajas. ventajas. AdicionalmenteAdicionalmente susu procesoproceso dede fabricaciónfabricación es,es, alal menos menos teóricamente,teóricamente, másmás simplesimple yy sustancialmentesustancialmente másmás barato.barato. La La eficienciaeficiencia eses comparativamentecomparativamente algoalgo menormenor queque enen loslos casos casos anterioresanteriores (6-8%)(6-8%) yy todavíatodavía nono sese disponedispone dede datosdatos suficientessuficientes en en cuantocuanto aa susu estabilidad.estabilidad. SuSu principalprincipal campocampo dede aplicaciónaplicación enen la la actualidadactualidad sonson loslos relojes,relojes, juguetes,juguetes, calculadorascalculadoras yy otras otras aplicaciones de consumo. aplicaciones de consumo. DentroDentro dede laslas aplicacionesaplicaciones energéticasenergéticas equivalentesequivalentes aa laslas dede la la tecnologíatecnología deldel SilicioSilicio cristalino,cristalino, susu versatilidadversatilidad eses muymuy adecuada adecuada parapara lala confecciónconfección dede módulosmódulos semitransparentessemitransparentes empleadosempleados en en algunas instalaciones integradas en edificios.algunas instalaciones integradas en edificios.

TIPOS DE CÉLULAS SOLARES:TIPOS DE CÉLULAS SOLARES:

CÉLULAS DE SILICIO AMORFOCÉLULAS DE SILICIO AMORFOVentajas.Ventajas.

Material de partida inagotable.Material de partida inagotable.Proceso de fabricación más barato que el del silicio cristalino en Proceso de fabricación más barato que el del silicio cristalino en material y en energía.material y en energía.La asociación en serie de células se puede realizar de una sola pieza La asociación en serie de células se puede realizar de una sola pieza en la fabricación.en la fabricación.

Desventajas.Desventajas.Inestabilidad (degradación por la exposición a la luz).Inestabilidad (degradación por la exposición a la luz).Disminuye la intensidad de corto.Disminuye la intensidad de corto.Disminuye el factor de forma.Disminuye el factor de forma.La tensión de vacío permanece prácticamente igual.La tensión de vacío permanece prácticamente igual.Con un tratamiento a alta temperatura se pueden recuperar las Con un tratamiento a alta temperatura se pueden recuperar las especificaciones originales de la célula.especificaciones originales de la célula.

TIPOS DE CELULAS SOLARES F.V. TIPOS DE CELULAS SOLARES F.V.


MonocristalinaMonocristalina


PolicristalinaPolicristalina


AmorfoAmorfo

TIPOS DE CELULAS SOLARES F.V. TIPOS DE CELULAS SOLARES F.V. CÉLULAS DE ARSENIURO DE GALIOCÉLULAS DE ARSENIURO DE GALIO

Semiconductor directo con un GAP muy próximo al de máximo Semiconductor directo con un GAP muy próximo al de máximo aprovechamiento del espectro solar.aprovechamiento del espectro solar.Presenta facilidad para enlazarse con otros materiales de menor anchura Presenta facilidad para enlazarse con otros materiales de menor anchura de banda prohibida.de banda prohibida.VentajasVentajas..

Su eficiencia es elevada (sobre el 25%)Su eficiencia es elevada (sobre el 25%)La sensibilidad de su eficiencia a la temperatura es baja.La sensibilidad de su eficiencia a la temperatura es baja.

Aplicaciones más usuales:Aplicaciones más usuales:Usos espaciales.Usos espaciales.Instalaciones terrestres de concentración.Instalaciones terrestres de concentración.

InconvenientesInconvenientes..Alto precio.Alto precio.Toxicidad de sus componentes (dificulta su producción a gran escala).Toxicidad de sus componentes (dificulta su producción a gran escala).La alta velocidad de recombinación superficial (se usan capas La alta velocidad de recombinación superficial (se usan capas pasivadoras semiconductoras).pasivadoras semiconductoras).


CÉLULAS DE TELURO DE CADMIOCÉLULAS DE TELURO DE CADMIOCélulas eficientes y estables (rendimientos entre el Células eficientes y estables (rendimientos entre el 10% - 14%.10% - 14%.Para su fabricación existen distintas técnicas de Para su fabricación existen distintas técnicas de coste moderado.coste moderado.Sus características son prácticamente las mismas Sus características son prácticamente las mismas que las de las células de arseniuro de galio.que las de las células de arseniuro de galio.

EL PANEL SOLAR EL PANEL SOLAR FOTOVOLTAICOFOTOVOLTAICO

MONOCRISTALINO POLICRISTALINOMONOCRISTALINO POLICRISTALINO

Crecimiento de lingote: - Cz o FZ -

Corte del lingote en obleas

Polisilicio

Limpieza de las obleas

Crecimiento de láminas

- EFG, String ribbon, RGS -

Eliminación del daño de corteEliminación del daño de corte

Texturización - Química, RIE -

Difusión para la formación de la unión p-n: - Horno de difusión, spray + RTP - …

Eliminación del PSG o unión parásita

Deposición de ARC:- PECVD, Sputtering -

Metalización de los contactos traseros (Al) y frontales (Ag)

- Serigrafía -

Curado de los contactos traseros y frontales

Aislamiento del borde- Láser, química, RIE -Aislamiento del borde- Láser, química, RIE -

Caracterización de la célula

Célula Solar

CAPA DELGADA O AMORFOCAPA DELGADA O AMORFO

Sustrato:

Vidrio, plástico, acero inoxidable, …

Limpieza del sustrato

Deposición de capa TCO y contacto metálico (Al):

- Sputtering -

Grabado del TCO y contactos:

- Láser, Fotolitografía -

Deposición de película absorbente: silicio amorfo- PECVD – o CIS-otras técnicas

Grabado de los contactos de la célula

- Láser, Fotolitografía -

Deposición de capa TCO y contacto metálico (Ag)

- Sputtering -

Célula/módulo FV de lámina

delgada

EFICIENCIA DE LAS CELULASEFICIENCIA DE LAS CELULAS

EL PANEL FOTOVOLTAICOEL PANEL FOTOVOLTAICO

Las células son frágiles y generan poca energía.Las células son frágiles y generan poca energía.Se precisa agruparlas para obtener suficiente Se precisa agruparlas para obtener suficiente energía y proporcionar robustez.energía y proporcionar robustez.

EL PANEL FOTOVOLTAICOEL PANEL FOTOVOLTAICOUnUn panelpanel solarsolar estaesta constituidoconstituido porpor variasvarias célulascélulas iguales iguales conectadasconectadas eléctricamenteeléctricamente entreentre si,si, enen serieserie y/oy/o enen paralelo,paralelo, de de formaforma queque lala tensióntensión yy corrientecorriente suministradasuministrada porpor elel panelpanel se se incrementa hasta ajustarse al valor deseado. incrementa hasta ajustarse al valor deseado. LaLa mayormayor parteparte dede loslos panelespaneles solaressolares sese construyenconstruyen asociando asociando primeroprimero célulascélulas enen serieserie hastahasta conseguirconseguir elel nivelnivel dede tensión tensión deseado,deseado, yy luegoluego asociandoasociando enen paraleloparalelo variasvarias asociacionesasociaciones serie serie de células para alcanzar el nivel de corriente deseado. de células para alcanzar el nivel de corriente deseado. Además,Además, elel panelpanel cuentacuenta concon otrosotros elementoselementos aa parteparte dede las las célulascélulas solares,solares, queque hacenhacen posibleposible lala adecuadaadecuada protecciónprotección del del conjuntoconjunto frentefrente aa loslos agentesagentes externos;externos; asegurandoasegurando unauna rigidez rigidez suficiente,suficiente, posibilitandoposibilitando lala sujeciónsujeción aa laslas estructurasestructuras queque lo lo soportan y permitiendo la conexión eléctrica.soportan y permitiendo la conexión eléctrica.

EL PANEL FOTOVOLTAICOEL PANEL FOTOVOLTAICOLos módulos de silicio mono y policristalino se Los módulos de silicio mono y policristalino se encapsulan en cristal (delante) y tedlar (detrás), encapsulan en cristal (delante) y tedlar (detrás), con marco de aluminio.con marco de aluminio.Los módulos de capa delgada no se suelen Los módulos de capa delgada no se suelen enmarcar.enmarcar.

EL PANEL FOTOVOLTAICOEL PANEL FOTOVOLTAICOCubierta exterior de cara al Sol.Cubierta exterior de cara al Sol.

Es de vidrio que debe facilitar al máximo la Es de vidrio que debe facilitar al máximo la transmisión de la radiación solar. transmisión de la radiación solar. Se caracteriza por su resistencia mecánica, Se caracteriza por su resistencia mecánica, alta transmisividad y bajo contenido en alta transmisividad y bajo contenido en hierrohierro..

EL PANEL FOTOVOLTAICOEL PANEL FOTOVOLTAICOEncapsulante:Encapsulante:

DeDe siliconasilicona oo másmás frecuentemente EVA frecuentemente EVA (etilen-vinil-acetato).(etilen-vinil-acetato).EsEs especialmenteespecialmente importanteimportante queque nono quedequede afectadoafectado en en susu transparenciatransparencia porpor lala continuacontinua exposiciónexposición alal sol, sol, buscándosebuscándose ademásademás unun índiceíndice dede refracciónrefracción similarsimilar al al deldel vidriovidrio protectorprotector parapara nono alteraralterar laslas condicionescondiciones dede la la radiación incidente.radiación incidente.


Protección posterior:Protección posterior:IgualmenteIgualmente debedebe dardar rigidezrigidez yy unauna gran gran protección frente a los agentes atmosféricos.protección frente a los agentes atmosféricos.UsualmenteUsualmente sese empleanemplean láminasláminas formadasformadas por por distintasdistintas capascapas dede materiales,materiales, dede diferentes diferentes características.características.

EL PANEL FOTOVOLTAICOEL PANEL FOTOVOLTAICOMarco metálico. Marco metálico.

DeDe Aluminio,Aluminio, queque aseguraasegura unauna suficientesuficiente rigidezrigidez y y estanqueidadestanqueidad alal conjunto,conjunto, incorporandoincorporando loslos elementoselementos de de sujeción a la estructura exterior del panel.sujeción a la estructura exterior del panel.LaLa uniónunión entreentre elel marcomarco metálicometálico yy loslos elementoselementos que que formanforman elel modulomodulo estáestá realizadarealizada mediantemediante distintosdistintos tipostipos de de sistemas resistentes a las condiciones de trabajo del panel.sistemas resistentes a las condiciones de trabajo del panel.

EL PANEL FOTOVOLTAICOEL PANEL FOTOVOLTAICOCableado y bornas de conexión.Cableado y bornas de conexión.

HabitualesHabituales enen laslas instalacionesinstalaciones eléctricas,eléctricas, protegidosprotegidos dede la la intemperie por medio de cajas estancas.intemperie por medio de cajas estancas.

Diodo de protección.Diodo de protección.SuSu misiónmisión eses protegerproteger contracontra sobre-cargassobre-cargas uu otras otras alteracionesalteraciones dede laslas condicionescondiciones dede funcionamientofuncionamiento de de panel.panel.


LosLos PanelPanel solaressolares tienentienen entreentre 2828 yy 4040 células, células, aunqueaunque lolo másmás típicotípico eses queque cuentencuenten concon 36.36. La La superficiesuperficie deldel panelpanel oo modulomodulo puedepuede variarvariar entre entre 0,10,1 y 1y 1 mm22 yy presentapresenta dosdos bornasbornas dede salida, salida, positivapositiva yy negativa,negativa, aa vecesveces tienentienen alguna alguna intermediaintermedia parapara colocarcolocar loslos diodosdiodos de de protección.protección.Normalmente,Normalmente, loslos panelespaneles utilizados,utilizados, están están diseñadosdiseñados parapara trabajartrabajar enen combinacióncombinación con con baterías de tensiones múltiplo de 12 V.baterías de tensiones múltiplo de 12 V.


Células FV que usan Silicio como sustratoCélulas FV que usan Silicio como sustrato Silicio Monocristalino Silicio Monocristalino Silicio Multicristalino Silicio Multicristalino Silicio crecido en cinta o similar Silicio crecido en cinta o similar Células híbridas Células híbridas

Células y módulos de Lámina DelgadaCélulas y módulos de Lámina DelgadaSilicio amorfo o amorfo/microcristalinoSilicio amorfo o amorfo/microcristalinoCompuestos del grupo II-VICompuestos del grupo II-VI

Otras TecnologíasOtras TecnologíasConcentraciónConcentraciónCompuestos del grupo III-VCompuestos del grupo III-VMateriales orgánicosMateriales orgánicosNuevos conceptosNuevos conceptos

PRODUCCIÓN A NIVEL MUNDIALPRODUCCIÓN A NIVEL MUNDIAL

4 ,1 4 ,3 5 ,6 4 ,6 4 ,4 3 ,3 2 ,9 2 ,6

0 ,20 ,3 0 ,2 0 ,6

0 ,4 0 ,2 0 ,2

1 2 ,39 ,6 8 ,9

6 ,4 4 ,54 ,4 4 ,7 4 ,7

0 ,50 ,3 0 ,5

0 ,71 ,1

1 ,1 1 ,4 2 ,7

4 2 ,1 4 8 ,25 0 ,2

5 1 ,65 7 ,2

5 4 ,75 2 ,3

4 6 ,5

4 0 ,83 7 ,4 3 4 ,6 3 6 ,4

3 2 ,23 6 ,2 3 8 ,4

4 3 ,4

0 ,2

1 9 9 9 2 0 0 0 2 0 0 1 2 0 0 2 2 0 0 3 2 0 0 4 2 0 0 5 2 0 0 6

M o n o c ry s ta l l in eM u lt ic r y s ta l l in eC d T ea -S iC IG S /C ISR ib b o n - /s h e e t c -S i

EL PANEL FOTOVOLTAICOEL PANEL FOTOVOLTAICOLa característica I-V de un panel será de la forma:La característica I-V de un panel será de la forma:

Características eléctricas del panel F.V.Características eléctricas del panel F.V.

La fabricación, comportamiento y características La fabricación, comportamiento y características eléctricas y mecánicas del módulo fotovoltaico, eléctricas y mecánicas del módulo fotovoltaico, vienen determinadas en la hoja de características vienen determinadas en la hoja de características del producto que proporciona el fabricante.del producto que proporciona el fabricante.

CATÁLOGO ATERSA


PotenciaPotencia máximamáxima oo potenciapotencia picopico del del módulo (Pmódulo (Pmaxmax).).

SiSi sese conectaconecta unauna ciertacierta cargacarga alal panel,panel, elel puntopunto de de trabajotrabajo vendrávendrá determinadodeterminado porpor lala corrientecorriente II yy la la tensión V existentes en el circuito.tensión V existentes en el circuito.Estos habrán de ser menores que los IEstos habrán de ser menores que los Icccc y Vy Vcaca LaLa potenciapotencia PP queque elel panelpanel entregaentrega aa lala cargacarga está está determinada por la ecuación genérica:determinada por la ecuación genérica:

P = V . I


Corriente de cortocircuito (ICorriente de cortocircuito (Icccc),), queque sese obtieneobtiene alal cortocircuitarcortocircuitar loslos terminalesterminales deldel panelpanel (V=0) (V=0) queque alal recibirrecibir lala radiaciónradiación solar,solar, lala intensidadintensidad queque circularíacircularía por por el panel es de corriente máxima.el panel es de corriente máxima.

Tensión de circuito abierto (Tensión de circuito abierto (VVcaca)),,queque sese obtieneobtiene dede dejardejar loslos terminalesterminales deldel panelpanel en circuito en circuito

abiertoabierto (I=0),(I=0), entreentre ellosellos apareceaparece alal recibirrecibir lala radiaciónradiación una una tensión que será máxima.tensión que será máxima.

DichosDichos parámetrosparámetros sese obtienenobtienen enen unasunas condiciones condiciones estándarestándar dede medidamedida dede usouso universaluniversal segúnsegún lala norma norma EN61215.EN61215.

Comportamiento del panel F.V.Comportamiento del panel F.V.

LaLa intensidadintensidad aumentaaumenta concon lala radiación,radiación, permaneciendo permaneciendo másmás oo menosmenos constanteconstante elel voltaje.voltaje. EsEs importanteimportante conocer conocer esteeste efectoefecto yaya queque loslos valoresvalores dede lala radiaciónradiación cambiancambian aa lo lo largolargo dede todotodo elel díadía enen funciónfunción deldel ánguloángulo deldel SolSol concon el el horizonte,horizonte, porpor lolo que,que, eses importanteimportante lala adecuada adecuada colocacióncolocación dede loslos panelespaneles existiendoexistiendo lala posibilidadposibilidad de de cambiarcambiar susu posiciónposición aa lolo largolargo deldel tiempo,tiempo, bienbien segúnsegún la la hora del día o la estación del año.hora del día o la estación del año.UnUn mediodíamediodía aa plenopleno solsol equivaleequivale aa unauna radiaciónradiación dede 1000 1000 W/mW/m22. . CuandoCuando elel cielocielo estáestá cubierto,cubierto, lala radiaciónradiación aa penaspenas alcanza alcanza los 100 W/mlos 100 W/m22


LaLa exposiciónexposición alal SolSol dede laslas célulascélulas provocaprovoca susu calentamiento,calentamiento, lo lo queque llevalleva aparejadosaparejados cambioscambios enen lala producciónproducción dede electricidad. electricidad. UnaUna radiaciónradiación dede 10001000 W/mW/m22 eses capazcapaz dede calentarcalentar unauna célula célula unosunos 30ºC30ºC porpor encimaencima dede lala temperaturatemperatura deldel aireaire circundante. circundante. AA medidamedida queque aumentaaumenta lala temperatura,temperatura, lala tensióntensión generadagenerada es es menor, por lomenor, por lo queque eses recomendablerecomendable montarmontar loslos panelespaneles dede tal tal maneramanera queque esténestén bienbien aireadosaireados y,y, enen elel casocaso dede queque seasea usual usual alcanzaralcanzar altasaltas temperaturas,temperaturas, plantearseplantearse lala posibilidadposibilidad de de instalar paneles con un mayor número de células.instalar paneles con un mayor número de células.EsteEste factorfactor condicionacondiciona enormementeenormemente elel diseñodiseño dede loslos sistemas sistemas dede concentración,concentración, yaya queque laslas temperaturastemperaturas queque sese alcanzanalcanzan son son muymuy elevadas,elevadas, porpor lolo queque laslas células,células, debendeben estarestar diseñadas diseñadas parapara trabajartrabajar enen eseese rangorango dede temperaturatemperatura oo bien,bien, contarcontar con con sistemas adecuados para la disipación de calor.sistemas adecuados para la disipación de calor.


ElEl númeronúmero dede célulascélulas porpor modulomodulo afectaafecta principalmenteprincipalmente al al voltajevoltaje puestopuesto queque cadacada unauna dede ellasellas produceproduce 0.4v. 0.4v. (Dependiendo del tipo de celula puede llegar hasta(Dependiendo del tipo de celula puede llegar hasta 1´51´5 v.)v.) La La VVcaca deldel módulomódulo aumentaaumenta enen esaesa proporción.proporción. UnUn panelpanel solar solar fotovoltaicofotovoltaico sese diseñadiseña parapara trabajartrabajar aa unauna tensióntensión nominalnominal VVpnpn, , procurandoprocurando queque loslos valoresvalores dede VVPmaxPmax enen laslas condicionescondiciones de de iluminación y temperatura más frecuentes coincidan con Viluminación y temperatura más frecuentes coincidan con Vpnpn..Los parámetrosLos parámetros bajobajo loslos queque operanoperan loslos panelespaneles fotovoltaicos, fotovoltaicos, parapara unauna determinadadeterminada localización,localización, hacenhacen queque lala característica característica dede voltajevoltaje DCDC dede salidasalida varíevaríe dentrodentro dede unun margen margen considerableconsiderable aa lolo largolargo dede todotodo elel año.año. LaLa radiaciónradiación yy la la temperaturatemperatura ambienteambiente experimentanexperimentan ademásademás otrootro tipotipo de de variación debidos a factores diurnos y estacionarios.variación debidos a factores diurnos y estacionarios.

Normativa sobre paneles F.V.Normativa sobre paneles F.V.

AumentoAumento dede lala duraciónduración deldel usouso enen buenasbuenas condicionescondiciones de de los equipos: los equipos:

Sistemas fotovoltaicos: Normativa de aplicaciónSistemas fotovoltaicos: Normativa de aplicaciónElEl aseguramientoaseguramiento dede laslas condicionescondiciones dede durabilidaddurabilidad y y funcionamientofuncionamiento dede loslos componentescomponentes dede laslas instalacionesinstalaciones FVFV se se rige por unas normas de validez internacional.rige por unas normas de validez internacional.

EstosEstos criterioscriterios sese actualizanactualizan continuamentecontinuamente aa medidamedida que que sese desarrollandesarrollan nuevosnuevos productosproductos yy nuevasnuevas pruebaspruebas para para verificarlos.verificarlos.

Ensayos de la IEC-61215:2005Ensayos de la IEC-61215:2005

Normativa sobre paneles F.V.Normativa sobre paneles F.V.Norma europea EN 61215:Norma europea EN 61215:

Inspección visual.Inspección visual.Medidas en condiciones estándar (1.000 w/m2, 25 ºC AM 1,5)Medidas en condiciones estándar (1.000 w/m2, 25 ºC AM 1,5)Ensayo de aislamiento eléctrico.Ensayo de aislamiento eléctrico.medida de los coeficientes alfa y beta.medida de los coeficientes alfa y beta.Medida de la temperatura de operación nominal TONC.Medida de la temperatura de operación nominal TONC.Funcionamiento a la TONCFuncionamiento a la TONCFuncionamiento a baja irradianza,Funcionamiento a baja irradianza,Ensayo de exposición en exterior.Ensayo de exposición en exterior.Ensayo a la resistencia a la formación de "puntos calientes".Ensayo a la resistencia a la formación de "puntos calientes".Pruebas de resistencia a la radiación ultravioleta (UV).Pruebas de resistencia a la radiación ultravioleta (UV).Ensayo de ciclos térmicos 200 ciclos de -40ºC a +85ºC.Ensayo de ciclos térmicos 200 ciclos de -40ºC a +85ºC.Prueba de humedad/congelación.Prueba de humedad/congelación.Ensayo continuo de calor húmedo (10000 h. a 85ºC y 85% de humedad Ensayo continuo de calor húmedo (10000 h. a 85ºC y 85% de humedad relativa).relativa).Ensayo de resistencia al granizo.Ensayo de resistencia al granizo.Ensayo de carga mécanica.Ensayo de carga mécanica.Prueba de robustez de terminales.Prueba de robustez de terminales.Prueba de torsión.Prueba de torsión.

Ensayos paneles F.V.Ensayos paneles F.V.Ensayos de diagnósticoEnsayos de diagnóstico

Inspección visualInspección visualFuncionamiento eléctrico bajo condiciones estándar (STC)Funcionamiento eléctrico bajo condiciones estándar (STC)Ensayos de aislamiento eléctricoEnsayos de aislamiento eléctrico

Ensayos paneles F.V.Ensayos paneles F.V.Ensayos de caracterizaciónEnsayos de caracterización

Medida de coeficientes de Temperatura (a,ß,?).Medida de coeficientes de Temperatura (a,ß,?).Determinación de la Temperatura de Operación Nominal Determinación de la Temperatura de Operación Nominal de la Célula (TONC, NOCT).de la Célula (TONC, NOCT).Operación a Baja Irradiancia.Operación a Baja Irradiancia.Exposición en Exterior y resistencia a Puntos Calientes.Exposición en Exterior y resistencia a Puntos Calientes.

Ensayos paneles F.V.Ensayos paneles F.V.MAXIMUM POWER VS TEMPERATURE

70

80

90

100

110

120

130

140

0 20 40 60 80 100 120

TEM P ERATURE ( ºC )

Manuf act urer Measured Point s High Temperat ure Point s

Least Squares St raight line Uncert aint y+ Uncert aint y-

MANUFACTURER MEASURED

γ -0.559W/K -0.573W/K±0.021W/K

Pmp130W 128.5W

MANUFACTURER MEASURED

γ -0.559W/K -0.573W/K±0.021W/K

Pmp130W 128.5W

Ensayos paneles F.V.Ensayos paneles F.V.

Ensayos climáticosEnsayos climáticosEnsayos de exposición ultravioletaEnsayos de exposición ultravioletaCiclos térmicos, Calor húmedo, Ciclos de humedad-congelaciónCiclos térmicos, Calor húmedo, Ciclos de humedad-congelación(Ensayo de corrosión por niebla salina, para ambientes salinos)(Ensayo de corrosión por niebla salina, para ambientes salinos)

Cámara UVCámara climática Cámara niebla salina

Ensayos paneles F.V.Ensayos paneles F.V.

Ensayos mecánicosEnsayos mecánicosEnsayo de carga mecánicaEnsayo de carga mecánicaRobustez de terminalesRobustez de terminalesEnsayo de impacto de granizoEnsayo de impacto de granizo

Carga mecánica Impacto Granizo

Ensayos paneles F.V.Ensayos paneles F.V.Ensayos de seguridad eléctrica: IEC 61730Ensayos de seguridad eléctrica: IEC 61730

No existe como norma UNE todavíaNo existe como norma UNE todavíaMientras tanto algunos laboratorios han “definido” unos ensayos de Mientras tanto algunos laboratorios han “definido” unos ensayos de seguridad basados en varias normas internacionales de aplicación:seguridad basados en varias normas internacionales de aplicación:

IEC-61730-1:2004 Apdo. 9IEC-61730-1:2004 Apdo. 9IEC-61730-2:2004 Apdos. 10.1, 10.2, 10.3, 10.4, 10.5, 10.6IEC-61730-2:2004 Apdos. 10.1, 10.2, 10.3, 10.4, 10.5, 10.6UL 1703:2002 Apdo. 30UL 1703:2002 Apdo. 30

Conjunto de ensayosConjunto de ensayosResistencia a alta tensiónResistencia a alta tensiónContinuidad de puesta a tierraContinuidad de puesta a tierraCorriente de fugas en mojadoCorriente de fugas en mojadoImpactoImpactoSusceptibilidad al cortadoSusceptibilidad al cortadoImpulsos de alta tensiónImpulsos de alta tensiónLíneas de fuga y distancias de aislamientoLíneas de fuga y distancias de aislamiento

Curvas características del panel F.V.Curvas características del panel F.V.

Curva característica I-V a lo largo del día:Curva característica I-V a lo largo del día:


Interacción con una carga resistivaInteracción con una carga resistiva


Interacción con una bateríaInteracción con una batería


Interacción con un motor de corriente continua Interacción con un motor de corriente continua


Agrupación en serie Agrupación en serie


Agrupación en paralelo Agrupación en paralelo

Evolución Tecnologías F.V.Evolución Tecnologías F.V.

Evolución del rendimiento de las distintas tecnologías de Evolución del rendimiento de las distintas tecnologías de producción de módulos fotovoltaicosproducción de módulos fotovoltaicos

Evolución Precio/Tecnologías F.V.Evolución Precio/Tecnologías F.V.Evolución del Coste/precio de las distintas tecnologías de Evolución del Coste/precio de las distintas tecnologías de producción de módulos fotovoltaicosproducción de módulos fotovoltaicos

Tecnología de CélulaCostes de fabricación de módulos ($/Wp)

2005 2010 2015Coste/precio Coste/Precio Coste/Precio

Silicio cristalinoMonocristalino 2,50 / 3,75 2,00 / 2,50 1,40 / 2,20Multicristalino 2,40 / 3,55 1,75 / 2,20 1,20 / 2,00Obleas (Si y otros materiales)

Cinta de Silicio 2,00 / 3,35 1,60 / 2,20 1,00 / 1,70Si concentración 3,00 / 5,00 1,50 / 2,50 1,00 / 1,70Lámina delgadaSilicio amorfo 1,50 / 2,50 1,25 / 2,00 0,90 / 1,60CIS, CIGS 1,50 / 2,50 1,20 / 2,00 0,80 / 1,33CdTe, Scd 1,50 / 2,50 1,20 / 2,00 0,80 / 1,33

Annual worldwide PV cell and module production

202 287 401560

750

1256

1818

2536

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006

Ye ars

MW

PRODUCCIÓN MUNDIALPRODUCCIÓN MUNDIAL

PRODUCCIÓN FABRICANTESPRODUCCIÓN FABRICANTES

Top 10 PV cell and module producers worldwide

434,7

253,1

180

160

155

111

102

96

90

85,64

0 100 200 300 400 500

Sharp

Q-Cells

Kyocera

Suntech

Sanyo

Mitsubishi Electric

Motech

Schott Solar

Solar World

BP Solar

MW

PRODUCCIÓN FABRICANTESPRODUCCIÓN FABRICANTESApuntes sobre producción de células fotovoltaicas a 2006Apuntes sobre producción de células fotovoltaicas a 2006

Crecimiento mantenido desde 1999 superior al 30%Crecimiento mantenido desde 1999 superior al 30%Superado 1 GW en 2004, superados 2GW en 2006 Superado 1 GW en 2004, superados 2GW en 2006 45% aumento en 2005 (1818) respecto a 200445% aumento en 2005 (1818) respecto a 2004

Por empresasPor empresasSharp continua liderando la producción mundial 17,1% (23,5%)Sharp continua liderando la producción mundial 17,1% (23,5%)Q-Cells es el segundo productor 10,0% (9,1%)Q-Cells es el segundo productor 10,0% (9,1%)BP pasa al 10º lugar (7º lugar)BP pasa al 10º lugar (7º lugar)Suntech (China) cuarto productor 6,3%, (noveno 4,5%)Suntech (China) cuarto productor 6,3%, (noveno 4,5%)Motech (Taiwan) séptimo 4,0% (décimo (3,3%) Motech (Taiwan) séptimo 4,0% (décimo (3,3%)

Por áreas geográficasPor áreas geográficasImpresionante despegue de China 15,1% (2, 4, 8 en años Impresionante despegue de China 15,1% (2, 4, 8 en años anteriores)anteriores)

PREVISIÓN EVOLUCIÓN MODULOS/ TECNOLOGÍASPREVISIÓN EVOLUCIÓN MODULOS/ TECNOLOGÍAS

ANALISIS DAFO DEL SECTORANALISIS DAFO DEL SECTOR

UnUn análisisanálisis DAFODAFO simplistasimplista respectorespecto aa lala Energía Energía SolarSolar FotovoltaicaFotovoltaica puedepuede darnosdarnos unun puntopunto de de partidapartida

Fortalezas: Fortalezas: interés ambientalinterés ambientalOportunidades:Oportunidades: políticaspolíticas dede retribuciónretribución aa lala producción producción de energía por medios renovablesde energía por medios renovablesDebilidades:Debilidades: alto precio de los componentes alto precio de los componentesAmenazas:Amenazas: escasezescasez dede materialmaterial dede partidapartida (Polisilicio) (Polisilicio) para tecnologías mayoritarias de Si cristalino para tecnologías mayoritarias de Si cristalino


DEBILIDAD: DEBILIDAD: Alto precio de los componentes: Alto coste de la Alto precio de los componentes: Alto coste de la energía producidaenergía producida

Propuestas para una Reducción de costes: Propuestas para una Reducción de costes: Reducción del (€/Wp) para la producciónReducción del (€/Wp) para la producciónReducción del consumo de materialesReducción del consumo de materialesMateriales más baratosMateriales más baratosReducción del consumo de energía para la fabricaciónReducción del consumo de energía para la fabricaciónEquipos de fabricación más rápidos y eficientesEquipos de fabricación más rápidos y eficientesMejora en la fiabilidad de los productosMejora en la fiabilidad de los productosCapacidad de recicladoCapacidad de recicladoVersatilidad de utilizaciónVersatilidad de utilización

Mejora de la eficienciaMejora de la eficienciaNuevas alternativas de célulasNuevas alternativas de célulasControl y optimización de los procesosControl y optimización de los procesosMayor aprovechamiento del espectro solarMayor aprovechamiento del espectro solar


AMENAZA: AMENAZA: Escasez del material de partida (polisilicio) Escasez del material de partida (polisilicio) para las tecnologías mayoritarias: No disponibilidad de para las tecnologías mayoritarias: No disponibilidad de componentes para la instalación (amenaza que remite en componentes para la instalación (amenaza que remite en los últimos tiempos).los últimos tiempos).

Propuestas para eliminar dicha amenazaPropuestas para eliminar dicha amenazaAumento de la capacidad de producción de polisilicioAumento de la capacidad de producción de polisilicioNuevas alternativas de obtención de material de polisilicioNuevas alternativas de obtención de material de polisilicioReducción del consumo de materialesReducción del consumo de materialesNuevas técnicas para obtención del sustrato de SilicioNuevas técnicas para obtención del sustrato de SilicioTecnologías de fabricación alternativasTecnologías de fabricación alternativas

Reflexión en grupo:Reflexión en grupo:

Leer los apartado de libro (E.S.F. Enrique Alcor) que se Leer los apartado de libro (E.S.F. Enrique Alcor) que se enumeran a continuación y realizar segudamente una enumeran a continuación y realizar segudamente una puesta en común sobre los aspectos que se han puesta en común sobre los aspectos que se han considerado mas relevantes:considerado mas relevantes:

Calidad de los módulos fotovoltaicos (pags. 41-42-43).Calidad de los módulos fotovoltaicos (pags. 41-42-43).Vida útil de los módulos fotovoltaicos (pag. 43).Vida útil de los módulos fotovoltaicos (pag. 43).

EJERCICIO PRÁCTICOEJERCICIO PRÁCTICO

Realizar la medición de la Tensión de vacio (VRealizar la medición de la Tensión de vacio (Vcaca) ) y la Intensidad de corto circuito (Iy la Intensidad de corto circuito (Icccc) de una ) de una célula.célula.Conociendo el factor de Forma (FF = 0,8) Conociendo el factor de Forma (FF = 0,8) calcular la potencia nominal de la célula.calcular la potencia nominal de la célula.Dibujar la curva característica I-V,de forma Dibujar la curva característica I-V,de forma aproximada.aproximada.Calcular el número de células necesarias para Calcular el número de células necesarias para construir un panel de 50 w. y 24 voltios, así construir un panel de 50 w. y 24 voltios, así como las dimensiones posibles del panel.como las dimensiones posibles del panel.

FINALFINAL

La Celula Solar. Paneles f.V.

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