proyecto celda fotovoltaica

8/18/2019 proyecto celda fotovoltaica

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República Bolivariana de Venezuela

Ministerio del Poder Popular para la Educación

U.E. Colegio La Salle

Mrida Edo Mrida!to "rado

#rea$ Ciencias de la %aturaleza & 'ecnolog(a

V(ctor )rturo *++

Lucas "il *+,

Cristóbal "onzales *+-

oa/u(n Ra0(rez *-+

Mrida1 0a&o ,2+3


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Dedicatoria

4uere0os agradecer a todas las personas /ue nos a&udaron a realizar este traba5o6

Lucas "il1 nuestro tutor1 por a&udarnos & apo&arnos en la realización de este traba5o1 a

7e8i Valbuena1 por a&udarnos en la bús/ueda & resu0en de este pro&ecto.

,


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Índice

7edicatoria99999999999999999999999999999..999..,

:ntroducción999999999999999999999999999.999.99.;

Contenido999999999999999999999999..99999.9...993

Conclusión...99999999.999999999999.9999999.99...9.+<

Bibliogra=(a99999999999999999999999999.99.9999.+>

)ne8o9999999999999999999999999999999999....+?

-


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Introducción

En este traba5o les @ablare0os de la celda =otovoltaica1 su @istoria & todo acerca de ella1

de la energ(a solar1 la luz1 & todo lo relacionado a la celda =otovoltaica6 ta0bin les

e8plicare0os co0o realizar una celda =otovoltaica1 sus 0ateriales & su procedi0iento

;


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Contenido

Luz

Se lla0a luz a la parte de la radiación electro0agntica /ue puede ser percibida por elo5o @u0ano. En =(sica1 el tr0ino luz se usa en un sentido 0As a0plio e inclu&e todo el

ca0po de la radiación conocido co0o espectro electro0agntico1 0ientras /ue la

e8presión luz visible seala espec(=ica0ente la radiación en el espectro visible.

La óptica es la ra0a de la =(sica /ue estudia el co0porta0iento de la luz1 sus

caracter(sticas & sus 0ani=estaciones.

El estudio de la luz revela una serie de caracter(sticas & e=ectos al interactuar con la

0ateria1 /ue per0iten desarrollar algunas teor(as sobre su naturaleza. En el 33 ).C.1

Lucrecio1 un poeta ro0ano ato0ista1 escribió$

La luz & calor del sol6 Estas estAn co0puestas de Ato0os di0inutos /ue1 cuando se

0etieron1 no pierden ningún tie0po en el tiroteo inter0edio del aire en la dirección

i0partida por el e0pu5ón.D 7e reru0 natura

Energía

El tr0ino energ(a tiene diversas acepciones & de=iniciones1 relacionadas con la idea de

una capacidad para obrar1 trans=or0ar o poner en 0ovi0iento.

En =(sica1 energ(aF se de=ine co0o la capacidad para realizar un traba5o. En tecnolog(a

& econo0(a1 energ(aF se re=iere a un recurso natural Ginclu&endo a su tecnolog(a

asociadaH para e8traerla1 trans=or0arla & darle un uso industrial o econó0ico.

Electricidad

La electricidad es el con5unto de =enó0enos =(sicos relacionados con la presencia & =lu5o

3


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de cargas elctricas. Se 0ani=iesta en una gran variedad de =enó0enos co0o los ra&os1

la electricidad estAtica1 la inducción electro0agntica o el =lu5o de corriente elctrica. La

electricidad es una =or0a de energ(a tan versAtil /ue tiene un sinnú0ero de

aplicaciones1 por e5e0plo$ transporte1 cli0atización1 ilu0inación & co0putación.

La electricidad se 0ani=iesta 0ediante varios =enó0enos & propiedades =(sicas$

• Carga elctrica$ una propiedad de algunas part(culas subató0icas1 /ue

deter0ina su interacción electro0agntica. La 0ateria elctrica0ente cargada

produce & es in=luida por los ca0pos electro0agnticos.

• Corriente elctrica$ un =lu5o o desplaza0iento de part(culas cargadas

elctrica0ente por un 0aterial conductor6 se 0ide en a0perios.

• Ca0po elctrico$ un tipo de ca0po electro0agntico producido por una carga

elctrica incluso cuando no se estA 0oviendo. El ca0po elctrico produce una

=uerza en toda otra carga1 0enor cuanto 0a&or sea la distancia /ue separa las

dos cargas. )de0As las cargas en 0ovi0iento producen ca0pos 0agnticos.

• Potencial elctrico$ es la capacidad /ue tiene un ca0po elctrico de realizar

traba5o6 se 0ide en voltios.

• Magnetis0o$ La corriente elctrica produce ca0pos 0agnticos1 & los ca0pos

0agnticos variables en el tie0po generan corriente elctrica.

La electricidad se usa para generar$

• luz 0ediante lA0paras

• calor1 aprovec@ando el e=ecto oule

• 0ovi0iento1 0ediante 0otores /ue trans=or0an la energ(a elctrica en energ(a

0ecAnica


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• seales 0ediante siste0as electrónicos1 co0puestos de circuitos elctricos /ue

inclu&en co0ponentes activos Gtubos de vac(o1 transistores1 diodos & circuitos

integradosH & co0ponentes pasivos co0o resistores1 inductores &

condensadores.

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Energía Solar [

La energ(a solar es una energ(a renovable1 obtenida a partir del aprovec@a0iento de la

radiación electro0agntica procedente del Sol.

La radiación solar /ue alcanza la 'ierra @a sido aprovec@ada por el ser @u0ano desde

la )ntigIedad1 0ediante di=erentes tecnolog(as /ue @an ido evolucionando. En la

actualidad1 el calor & la luz del Sol puede aprovec@arse por 0edio de diversos

captadores co0o clulas =otovoltaicas1 @elióstatos o colectores tr0icos1 pudiendo

trans=or0arse en energ(a elctrica o tr0ica. Es una de las lla0adas energ(as

renovables o energ(as li0pias1 /ue podr(an a&udar a resolver algunos de los proble0as

0As urgentes /ue a=ronta la @u0anidad.

Las di=erentes tecnolog(as solares se pueden clasi=icar en pasivas o activas según

có0o capturan1 convierten & distribu&en la energ(a solar. Las tecnolog(as activas

inclu&en el uso de paneles =otovoltaicos & colectores solar tr0icos para recolectar la

energ(a. Entre las tcnicas pasivas1 se encuentran di=erentes tcnicas en0arcadas en

la ar/uitectura biocli0Atica$ la orientación de los edi=icios al Sol1 la selección de

0ateriales con una 0asa tr0ica =avorable o /ue tengan propiedades para la

dispersión de luz1 as( co0o el diseo de espacios 0ediante ventilación natural.

En ,2++1 la )gencia :nternacional de la Energ(a se e8presó as($ El desarrollo de

tecnolog(as solares li0pias1 baratas e inagotables supondrA un enor0e bene=icio a

largo plazo. )u0entarA la seguridad energtica de los pa(ses 0ediante el uso de una

=uente de energ(a local1 inagotable &1 aún 0As i0portante1 independiente0ente de

http://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_solar_fotovoltaica#cite_note-pvmagazine2014forecast-10http://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_solar_fotovoltaica#cite_note-pvmagazine2014forecast-10


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i0portaciones1 au0entarA la sostenibilidad1 reducirA la conta0inación1 dis0inuirA los

costes de la 0itigación del ca0bio cli0Atico1 & evitarA la subida e8cesiva de los precios

de los co0bustibles =ósiles. Estas venta5as son globales. 7e esta 0anera1 los costes

para su incentivo & desarrollo deben ser considerados inversiones6 deben ser realizadasde =or0a correcta & a0plia0ente di=undidas.

<

La =uente de energ(a solar 0As desarrollada en la actualidad es la energ(a solar

=otovoltaica. Según in=or0es de la organización ecologista "reenpeace1 la energ(a solar

=otovoltaica podr(a su0inistrar electricidad a dos tercios de la población 0undial en

,2-2.

"racias a los avances tecnológicos1 la so=isticación & la econo0(a de escala1 el coste

de la energ(a solar =otovoltaica se @a reducido de =or0a constante desde /ue se

=abricaron las pri0eras clulas solares co0erciales1 au0entando a su vez la e=iciencia1

& su coste 0edio de generación elctrica &a es co0petitivo con las energ(as no

renovables en un creciente nú0ero de regiones geogrA=icas1 alcanzando la paridad de

red. Jtras tecnolog(as solares1 co0o la energ(a solar ter0oelctrica estA reduciendo

sus costes ta0bin de =or0a considerable.

Panel Solar

Un panel solar Go 0ódulo solarH es un dispositivo /ue aprovec@a la energ(a de la

radiación solar. El tr0ino co0prende a los colectores solares utilizados para producir

agua caliente Gusual0ente do0sticaH 0ediante energ(a solar tr0ica & a los paneles

=otovoltaicos utilizados para generar electricidad 0ediante energ(a solar =otovoltaica.

Planta Fotovoltaica

La energ(a solar =otovoltaica es una =uente de energ(a /ue produce electricidad de

origen renovable1 obtenida directa0ente a partir de la radiación solar 0ediante un

dispositivo se0iconductor deno0inado clula =otovoltaica1 o bien 0ediante una

deposición de 0etales sobre un sustrato deno0inada clula solar de pel(cula =ina.


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Este tipo de energ(a se usa para ali0entar innu0erables aplicaciones & aparatos

autóno0os1 para abastecer re=ugios o viviendas aisladas de la red elctrica & para

producir electricidad a gran escala a travs de redes de distribución. 7ebido a la

creciente de0anda de energ(as renovables1 la =abricación de clulas solares einstalaciones =otovoltaicas @a avanzado considerable0ente en los últi0os aos.

>

Entre los aos ,22+ & ,2+3 se @a producido un creci0iento e8ponencial de la

producción de energ(a =otovoltaica1 doblAndose apro8i0ada0ente cada dos aos. La

potencia total =otovoltaica instalada en el 0undo Gconectada a redH ascend(a a +! "K

en ,22>1 ;2 "K en ,2+21 +22 "K en ,2+, & +;2 "K en ,2+-. ) =inales de ,2+;1 se@ab(an instalado en todo el 0undo cerca de +>2 "K de potencia =otovoltaica.

"racias a ello la energ(a solar =otovoltaica se @a convertido en la tercera =uente de

energ(a renovable 0As i0portante en tr0inos de capacidad instalada a nivel global1

despus de las energ(as @idroelctrica & eólica1 & supone &a una =racción signi=icativa

del 0i8 elctrico en la Unión Europea1 cubriendo de 0edia el -13 de la de0anda de

electricidad & alcanzando el < en los per(odos de 0a&or producción. En algunos

pa(ses1 co0o )le0ania1 :taliano Espaa1 alcanza 0A8i0os superiores al +2 1 al igual/ue en algunos estados soleados de Estados Unidos1 co0o Cali=ornia. La producción

anual de energ(a elctrica generada 0ediante esta =uente de energ(a a nivel 0undial

e/uival(a en ,2+3 a cerca de +>; 'K@ G'eravatios por @oraH1 su=iciente para abastecer

las necesidades energticas de 0illones de @ogares & cubriendo apro8i0ada0ente un

+ de la de0anda 0undial de electricidad.

"racias a los avances tecnológicos1 la so=isticación & la econo0(a de escala1 el costo

de la energ(a solar =otovoltaica se @a reducido de =or0a constante desde /ue se

=abricaron las pri0eras clulas solares co0erciales1 au0entando a su vez la e=iciencia1

& logrando /ue su coste 0edio de generación elctrica sea &a co0petitivo con las

=uentes de energ(a convencionales en un creciente nú0ero de regiones geogrA=icas1

alcanzando la paridad de red. Progra0as de incentivos econó0icos1 pri0ero1 &

posterior0ente siste0as de autoconsu0o =otovoltaico & balance neto sin subsidios1 @an


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apo&ado la instalación de la =otovoltaica en un gran nú0ero de pa(ses1 contribu&endo a

evitar la e0isión de una 0a&or cantidad de gases de e=ecto invernadero. La tasa de

retorno energtico de esta tecnolog(a1 por su parte1 es cada vez 0a&or. Con la

tecnolog(a actual1 los paneles =otovoltaicos recuperan la energ(a necesaria para su=abricación en un per(odo co0prendido entre ! 0eses & + ao & 0edio6 teniendo en

cuenta /ue su

?

vida útil 0edia es superior a -2 aos1 producen electricidad li0pia durante 0As del

?3 de su ciclo de vida.

El tr0ino =otovoltaico se co0enzó a usar en Reino Unido en el ao +>;?. Proviene

del griego NO$ phos1 /ue signi=ica luz1 & de -voltaico1 /ue proviene del A0bito de la

electricidad1 en @onor al =(sico italiano )le5andro Volta.

El e=ecto =otovoltaico =ue reconocido por pri0era vez unos diez aos antes1 en +>-?1

por el =(sico =rancs )le8andreEd0ond Bec/uerel1 pero la pri0era clula solar no se

=abricó @asta +>>-. Su creador =ue C@arles Qritts1 /uien recubrió una 0uestra de selenio

se0iconductor con pan de oro para =or0ar la unión. Este pri0itivo dispositivo

presentaba una e=iciencia 0enor del + 1 pero de0ostró de =or0a prActica /ue1

e=ectiva0ente1 producir electricidad con luz era posible. Los estudios realizados en el

siglo : por Mic@ael Qarada&1 a0es Cler Ma8Tell1 %iola 'esla & einric@ ertz

sobre inducción electro0agntica1 =uerzas elctricas & ondas electro0agnticas1 &

sobre todo los de )lbert Einstein en +?231 proporcionaron la base teórica al e=ecto

=otoelctrico1 /ue es el =unda0ento de la conversión de energ(a solar a electricidad.

Principio de =unciona0iento

En un se0iconductor e8puesto a la luz1 un =otón de energ(a arranca un electrón1

creando a la vez un @uecoF en el Ato0o e8citado. %or0al0ente1 el electrón encuentra

rApida0ente otro @ueco para volver a llenarlo1 & la energ(a proporcionada por el =otón1

por tanto1 se disipa en =or0a de calor. El principio de una clula =otovoltaica es obligar a

los electrones & a los huecos a avanzar @acia el lado opuesto del 0aterial en lugar de


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si0ple0ente reco0binarse en l$ as(1 se producirA una di=erencia de potencial & por lo

tanto tensión entre las dos partes del 0aterial1 co0o ocurre en una pila.

Para ello1 se crea un ca0po elctrico per0anente1 a travs de una unión pn1 entre dos

capas dopadas respectiva0ente1 p & n. En las clulas de silicio1 /ue son

0a&oritaria0ente utilizadas1 se encuentran por tanto$

+2

• La capa superior de la celda1 /ue se co0pone de silicio dopado de tipo n. En

esta capa1 @a& un nú0ero de electrones libres 0a&or /ue en una capa de silicio

puro1 de a@( el no0bre del dopa5e n1 negativo. El 0aterial per0anece

elctrica0ente neutro1 &a /ue tanto los Ato0os de silicio co0o los del 0aterial

dopante son neutros$ pero la red cristalina tiene global0ente una 0a&or

presencia de electrones /ue en una red de silicio puro.

• La capa in=erior de la celda1 /ue se co0pone de silicio dopado de tipo p. Esta

capa tiene por lo tanto una cantidad 0edia de electrones libres 0enor /ue una

capa de silicio puro. Los electrones estAn ligados a la red cristalina /ue1 en

consecuencia1 es elctrica0ente neutra pero presenta huecos1 positivos GpH. Laconducción elctrica estA asegurada por estos portadores de carga1 /ue se

desplazan por todo el 0aterial.

En el 0o0ento de la creación de la unión pn1 los electrones libres de la capa n entran

instantAnea0ente en la capa p & se reco0binan con los @uecos en la región p. E8istirA

as( durante toda la vida de la unión1 una carga positiva en la región n a lo largo de la

unión Gpor/ue =altan electronesH & una carga negativa en la región en p a lo largo de la

unión Gpor/ue los huecos @an desaparecidoH6 el con5unto =or0a la Wona de Carga de

EspacioF GWCEH & e8iste un ca0po elctrico entre las dos1 de n @acia p. Este ca0po

elctrico @ace de la WCE un diodo1 /ue solo per0ite el =lu5o de corriente en una

dirección$ los electrones pueden 0overse de la región p a la n1 pero no en la dirección

opuesta & por el contrario los huecos no pasan 0As /ue de n @acia p.

http://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_solar_fotovoltaica#cite_note-33http://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_solar_fotovoltaica#cite_note-33


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En =unciona0iento1 cuando un =otón arranca un electrón a la 0atriz1 creando un

electrón libre & un hueco1 ba5o el e=ecto de este ca0po elctrico cada uno va en

dirección opuesta$ los electrones se acu0ulan en la región n Gpara convertirse en polo

negativoH1 0ientras /ue los huecos se acu0ulan en la región dopada p G/ue seconvierte en el polo positivoH. Este =enó0eno es 0As e=icaz en la WCE1 donde casi no

@a& portadores de carga Gelectrones o huecosH1 &a /ue son anulados1 o en la cercan(a

in0ediata a la WCE$ cuando un =otón crea un par electrón@ueco1 se separaron & es

++

i0probable /ue encuentren a su opuesto1 pero si la creación tiene lugar en un sitio 0As

ale5ado de la unión1 el electrón Gconvertido en huecoH 0antiene una gran oportunidadpara reco0binarse antes de llegar a la zona n. Pero la WCE es necesaria0ente 0u&

delgada1 as( /ue no es útil dar un gran espesor a la clula. E=ectiva0ente1 el grosor de

la capa n es 0u& pe/ueo1 &a /ue esta capa sólo se necesita bAsica0ente para crear

la WCE /ue @ace =uncionar la clula. En ca0bio1 el grosor de la capa p es 0a&or$

depende de un co0pro0iso entre la necesidad de 0ini0izar las reco0binaciones

electrón-hueco1 & por el contrario per0itir la captación del 0a&or nú0ero de =otones

posible1 para lo /ue se re/uiere cierto 0(ni0o espesor.

En resu0en1 una clula =otovoltaica es el e/uivalente de un generador de energ(a a la

/ue se @a aadido un diodo. Para lograr una clula solar prActica1 ade0As es preciso

aadir contactos elctricos G/ue per0itan e8traer la energ(a generadaH1 una capa /ue

prote5a la clula pero de5e pasar la luz1 una capa antire=lectante para garantizar la

correcta absorción de los =otones1 & otros ele0entos /ue au0enten la e=iciencia del

0is0a.

Pri0era clula solar 0oderna

El ingeniero estadounidense Russell J@l patentó la clula solar 0oderna en el ao

+?;!1 aun/ue otros investigadores @ab(an avanzado en su desarrollado con

anterioridad$ el =(sico sueco Sven )son Berglund @ab(a patentado en +?+; un 0todo

/ue trataba de incre0entar la capacidad de las clulas =otosensibles1 0ientras /ue en


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+?-+1 el ingeniero ale0An Bruno Lange @ab(a desarrollado una =otoclula usando

seleniuro de plata en lugar de ó8ido de cobre.

La era 0oderna de la tecnolog(a solar no llegó @asta el ao +?3;1 cuando los

investigadores estadounidenses "erald Pearson1 Calvin S. Quller & 7ar&l C@apin1 de los

Laboratorios Bell1 descubrieron de 0anera accidental /ue los se0iconductores de silicio

dopado con ciertas i0purezas eran 0u& sensibles a la luz. Estos avances contribu&eron

a la =abricación de la pri0era clula solar co0ercial. E0plearon una unión di=usa de

+,

silicio pDn1 con una conversión de la energ(a solar de apro8i0ada0ente ! 1 un logro

co0parado con las clulas de selenio /ue di=(cil0ente alcanzaban el 213 .

Posterior0ente el estadounidense Les o==0an1 presidente de la co0pa(a Hoffman

Electronics1 a travs de su división de se0iconductores =ue uno de los pioneros en la

=abricación & producción a gran escala de clulas solares. Entre +?3; & +?!21 o==0an

logró 0e5orar la e=iciencia de las clulas =otovoltaicas @asta el +; 1 reduciendo los

costes de =abricación para conseguir un producto /ue pudiera ser co0ercializado

Pri0eras aplicaciones$ energ(a solar espacial

)l principio1 las clulas =otovoltaicas se e0plearon de =or0a 0inoritaria para ali0entar

elctrica0ente 5uguetes & en otros usos 0enores1 dado /ue el coste de producción de

electricidad 0ediante estas clulas pri0itivas era de0asiado elevado$ en tr0inos

relativos1 una clula /ue produ5era un vatio de energ(a 0ediante luz solar pod(a costar

,32 dólares1 en co0paración con los , o - dólares /ue costaba un vatio procedente de

una central ter0oelctrica de carbón.

Las clulas =otovoltaicas =ueron rescatadas del olvido gracias a la carrera espacial & a la

sugerencia de utilizarlas en uno de los pri0eros satlites puestos en órbita alrededor de

la 'ierra. La Unión Sovitica lanzó su pri0er satlite espacial en el ao +?3 G@o& en d(a el

satlite 0As antiguo aún en órbitaH. En el diseo de ste se usaron clulas solares


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creadas por Peter :les en un es=uerzo encabezado por la co0pa(a o==0an

Electronics. El siste0a =otovoltaico le per0itió seguir trans0itiendo durante siete aos

0ientras /ue las bater(as /u(0icas se agotaron en sólo ,2 d(as.

En +?3?1 Estados Unidos lanzó el E8plorer !. Este satlite llevaba instalada una serie

de 0ódulos solares1 soportados en unas estructuras e8ternas si0ilares a unas alas1

=or0ados por ?!22 clulas solares de la e0presa o==0an. Este tipo de dispositivos se

convirtió posterior0ente en una caracter(stica co0ún de 0uc@os satlites. ab(a cierto

+-

'e0or sobre el =unciona0iento del siste0a1 pero en la prActica las clulas solares

de0ostraron ser un gran 8ito1 & pronto se incorporaron al diseo de nuevos satlites.

Pocos aos despus1 en +?!,1 el 'elstar se convirtió en el pri0er satlite de

co0unicaciones e/uipado con clulas solares1 capaces de proporcionar una potencia

de +; K. Este @ito generó un gran inters en la producción & lanza0iento de satlites

geoestacionarios para el desarrollo de las co0unicaciones1 en los /ue la energ(a +-

provendr(a de un dispositivo de captación de la luz solar. Que un desarrollo crucial /ue

esti0uló la investigación por parte de algunos gobiernos & /ue i0pulsó la 0e5ora de los

paneles =otovoltaicos. "radual0ente1 la industria espacial se decantó por el uso de

clulas solares de arseniuro de galio G"a)sH1 debido a su 0a&or e=iciencia =rente a las

clulas de silicio. En +?


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0ediante satlites espaciales. En +?


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Planta fotovoltaica casera

Materiales:

)sido de cobre Pasta dental Pintura Ma&a de 0etal

Li0ón )la0bre de cobre )lu0inio

Clavos "o0a Ca5a de cartón

+3

Procediiento:

Cubrir la ca5a de cartón con alu0inioPintar la ca5a de cartón en =or0a de una =ran5a

7oblar el ala0bre de cobre en =or0a de zic zacCubrir el ala0bre de cobre con una solución de Acido de cobre con aguaXa seco cubrir el ala0bre con una solución de pasta dental con li0ónX por últi0o des@acer la 0a&a de 0etal enci0a de la planta =otovoltaica


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+!

Conclusión

Con este traba5o concluir /ue la celda =otovoltaica es un invento /ue revoluciono al0undo por/ue gracias a ella la conta0inación dis0inu&e &a /ue se aprovec@a la luzsolar /ue es una =uente energ(a natural & produce energ(a para abastecer a una casa1la cual es buena para el 0edio a0biente.


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+<

!i"liografía

• @ttp$YYes.Tiipedia.orgYTiiYEnergC-)7aZsolarZ=otovoltaica*istoria• @ttp$YYes.Tiipedia.orgYTiiYPanelZsolar • @ttp$YYes.Tiipedia.orgYTiiYLuz• @ttp$YYes.Tiipedia.orgYTiiYEnergC-)7a• @ttp$YYes.Tiipedia.orgYTiiYEnergC-)7aZsolar • @ttp$YYes.Tiipedia.orgYTiiYElectricidad


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#ne$os


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