APLICACIONES Y DESARROLLOS ACTUALES

Izquierdo Neyra, Harry Hamilton Jara Llanos, Luis Francisco Javier Gmez, Jeannette Cinthia

CELDAS SOLARESOrgenes / DefinicinUna celda solar o celda fotovoltaica es un instrumento que genera electricidad directamente de la luz visible, debido al efecto fotovoltaico.

Qu son las celdas solares?

celda fotovoltaica El efecto fotovoltaico (FV) es la base del proceso mediante el cual una clula FV convierte la luz solar en electricidad.

celda fotovoltaicaLa cantidad de energa generada por una celda solar es determinada por la cantidad de luz que cae directamente sobre ella

ORIGENES DE LAS CELDAS SOLARES

Las celdas solares eficientes han estado disponibles desde mediados de los aos 50.

La investigacin cientfica del efecto fotovoltaico comenz en 1839.

Finalmente en 1954 fue desarrollada por Chapin, Pearson y Fuller una clula solar de silicio que converta el 6% de la luz solar que incida sobre ella en electricidad.

ORIGENES DE LAS CELDAS SOLARESLas celdas solares de silicio disponibles comercialmente en la actualidad tienen una eficiencia de conversin en electricidad de la luz solar que cae sobre ellas de cerca del 18%.

En la actualidad existen una gran variedad de mtodos para la produccin prctica de celdas solares de silicio (amorfas, monocristalinas o policristalinas).

MANUFACTURA DE CELDAS SOLARES

Una celda solar tpica est compuesta de capas. Primero hay una capa de contacto posterior, y luego, dos capas de silicio. En la parte superior se encuentran los contactos de metal frontales con una capa de antireflexin, lo que le da su tpico color azul.La construccin bsica de una celda solar de unin p-n de silicio se presenta en la siguiente figura:

Como se muestra en la vista superior (b), se hace todo tipo de esfuerzos para asegurar que el rea superficial perpendicular al sol sea mxima. Adems ntese que la capa metlica conectada al material tipo n (material negativo) y el grosor del mismo son tales que aseguran que un nmero mximo de fotones de energa luminosa alcancen la unin. Un fotn de energa luminosa en esta regin puede chocar con un electrn de valencia e impartirle suficiente energa para que abandone el tomo padre. El resultado es una generacin de electrones libres y huecos. Este fenmeno ocurrir a cada lado de la unin. En el material tipo n los nuevos huecos generados son portadores minoritarios y se movern con bastante libertad a travs de la unin, como en el caso de la unin p-n bsica sin polarizacin aplicada. Un argumento similar se cumple para los electrones generados en el material tipo p. El resultado es un aumento en el flujo de portadores minoritarios, cuya direccin es opuesta a la de la corriente directa convencional de la unin p-n.Caractersticas en el diseo de una celda solarPanel de celdas solares, formado por un conjunto de celdas individuales agrupadas en mdulos.

Controlador o regulador de carga, su funcin en mantener el banco de bateras en ptimas condiciones, controlando:Desconexin por alto voltajeDesconexin por bajo voltajeProteccin para polaridad invertidaProteccin contra retorno de corrienteConexin y desconexin por presencia o ausencia de luz solarMedir el voltaje y corriente de las bateras.

Banco de bateras, son el tanque de combustible del convertidor. Mientras ms grande el banco de bateras, mayor tiempo podr operar el convertidor sin que sea necesario la recarga.

Convertidor, es el dispositivo que se encarga del manejo de la alimentacin a la carga ya sea de corriente directa o alterna.Inversor, las caractersticas propias para elegir un inversor son:Tipo de cargaForma de onda de salidaVoltaje de entrada y salidaProteccin contra sobrecargasEficiencia de operacinFactor de potencia

Diagrama del proceso fotovltico

Fundamento del proceso fotovlticoEn primer lugar la luz incide sobre los paneles o mdulos fotovlticos formados por un material semiconductor de silicio cristalino que posee efecto fotoelctrico (transforma, con un rendimiento aproximado del 12%, la luz solar en energa elctrica continua de 12V). Posteriormente esa electricidad debe acumularse en una batera para disponer de energa durante periodos nocturnos o de poca irradiacin solar. Entre los paneles solares y las batera es necesario incluir un regulador de carga de modo que cuando la batera este cargada el regulador cierre el aporte de energa desde los paneles solares hacia la batera, para impedir la sobrecarga de esta y por consiguiente el acortamiento de su vida til.Finalmente la energa acumulada en la batera puede emplearse como tal en iluminarias y otros equipos.

APLICACIONES Y DESARROLLOS ACTUALES

Inicialmente solo era utilizado como fuente de alimentacin para reas remotas y en productos como relojes, juguetes, calculadoras.

Luego se desarrollaron paneles integrados en la construccin de edificios. Un ejemplo de esto es la utilizacin del tejado voltaico en Japn, Europa y EE.UU as como tambin las granjas solares conectadas a red.

16Sistemas de proteccin catdicos.Cercas Elctricas.Sistemas de Iluminacin.Telecomunicaciones y sistemas de monitoreo remotos.Bombas de agua accionadas por energa solar.Electrificacin rural.Sistemas de tratamientos de agua.Otros.

Usos de sistemas fotovoltaicos:

La proteccin catdica es un mtodo utilizado para proteger las estructuras de metal contra la corrosin.Aplicable a puentes, tuberas, edificios, estanques, lneas ferroviarias, etc.Se utilizan las celdas catdicas en lugares remotos para proporcionar el voltaje requerido en la proteccin catdica.

Sistemas de proteccin catdicos

Las cercas elctricas se utilizan extensamente en agricultura para evitar que el ganado o los depredadores entren o deje un campo cerrado.Estas cercas constan de alambres que se mantienen con cerca de 500 voltios de Corriente Continua.Requieren de un alto voltaje pero muy poca corriente y a menudo estn situadas en reas alejadas donde el costo de energa elctrica es alto.

CERCAS ELECTRICAS

Se requiere iluminacin en lugares remotos donde el costo de emplear energa es demasiado alto.Tales aplicaciones incluyen la iluminacin de seguridad, ayudas a la navegacin (ej. boyas y faros), seales iluminadas en los caminos, seales en cruces ferroviarios y la iluminacin en poblados alejados.Las clulas solares pueden satisfacer tales usos, aunque siempre se requerir de una batera de almacenaje.Sistemas de Iluminacin

Las buenas comunicaciones son esenciales para mejorar la calidad de vida en reas alejadas. Los sistemas fotovoltaicos han proporcionado una solucin rentable a este problema.Consisten en: un receptor, un transmisor y un sistema basado en una fuente de alimentacin fotovoltaica. Principios similares se aplican a radios, televisiones, telfonos de emergencia y los sistemas de monitoreo.Telecomunicaciones y sistemas de monitoreo remotos

Utilizadas extensamente en granjas para proveer de agua al ganado.Tpico sistema de bombeo consiste en un conjunto de paneles fotovoltaicos y un motor elctrico.Alternativa rentable para el abastecimiento de agua en reas alejadas.

Bombas de agua accionadas por energa solar

Se utilizan en rea alejadas para proporcionar corriente elctrica para iluminacin y comunicacin.Son necesarias las bateras de almacenaje de energa. Electrificacin rural

En reas alejadas a menudo se utiliza la energa elctrica para desinfectar o purificar el agua para consumo humano.Las celdas fotovoltaicas se utilizan para alimentar una fuente de luz ultravioleta utilizada para matar bacterias en el agua.Adems se puede realizar la desalinizacin del agua.

Sistemas de tratamientos de agua

25Productos de consumo como relojes, calculadoras, juguetes, etc.Sistemas de energa de emergencia.Fuentes de alimentacin porttiles para camping, excursiones, pesca, etc.Otros usos de las celdas solares

Logitech ha presentado el primer teclado de la compaa que funciona con energa solar. Se carga con cualquier luz, natural o artificial. Una vez cargado se podra trabajar en la oscuridad durante tres meses.

Existen distintas marcascomo ECO WATS que traen al mercado artculos amigables con el medio ambiente, uno de ellos son maletas con paneles solares. Estas maletas no solo cumplen con la funcin principal sino que tambin funcionan como fuente de energa para cargar distintos artculos electrnicos como celulares, reproductores de audio y video, laptops, etc.

El selenio y el silicio son los materiales ms usados en las celdas solares, aunque tambin se usan, entre otros, el arseniuro de galio y el sulfuro de cadmio.Los sistemas fotovoltaicos han proporcionado una solucin rentable debido a su costo relativamente bajo.La cantidad de energa generada por una celda solar es determinada por la cantidad de luz que cae directamente sobre ella.Generalmente, la cantidad de poder que se genera con un panel solar es de 12 voltios.Sin duda, debe continuarse la investigacin de las celdas solares de silicio por su alta eficiencia.

CONCLUSIONES