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CÉLULAS SOLARES FOTOVOLTAICAS
TIPOLOGÍA Y CARACTERÍSTICAS QUE LAS DEFINEN.
CÉLULAS SOLARES FOTOVOLTAICAS.
DEFINICIÓN. La célula solar fotovoltaica es el dispositivo capaz de capturar la
energía del Sol y convertir parte de esa energía en electricidad.
Los problemas que presenta el aprovechamiento de la energía son:
-La radiación solar se caracteriza por su INTERMITENCIA, DISPERSIÓN Y BAJA
DENSIDAD. Además, la radiación solar que llega a la superficie de la Tierra es
aproximadamente el 50% de la irradiación emitida por el Sol. Por tanto, la
energía captada no es constante ni de buena calidad.
-EL RENDIMIENTO/EFICIENCIA DEL MATERIAL SE DEFINE POR LA CANTIDAD DE
ENERGÍA PROCEDENTE DE LA RADIACIÓN SOLAR QUE ES CAPAZ DE
TRANSFORMAR EN ENERGÍA ELÉCTRICA. Para que haya mayor transformación, la
superficie del material de cara a la radiación solar, debería ser lo mayor posible.
CÉLULAS SOLARES FOTOVOLTAICAS.
Los valores que identifican las curvas de una célula fotovoltaica son:
-Una tensión en vacío o TENSIÓN EN CIRCUITO ABIERTO (VOC) u OPEN CIRCUIT
VOLTAGE. Corresponde a la máxima tensión que puede proporcionar o generar una
célula (o módulo o campo fotovoltaico). Es la tensión cuando la corriente de la célula
es nula (ICELL=0 A) al dejar los terminales al aire (sin conectarlos a nada).
-Una INTENSIDAD DE CORTOCIRCUITO (ISC) o SHORT CIRCUIT CURRENT. Corresponde a
la máxima corriente que puede generar una célula (o módulo o campo fotovoltaico).
Es la corriente cuando la tensión de la célula (VCELL=0 V). Se obtiene uniendo
mediante un cable, de sección adecuada, los dos terminales de una célula o módulo
o campo fotovoltaico.
Suele tener un valor entre un 5% y un 15% mayor que la corriente en el punto de
máxima potencia.
CÉLULAS SOLARES FOTOVOLTAICAS.
-Un PUNTO MÁXIMO DE POTENCIA (PMP o MPP de maximum power point) donde
se entrega la potencia de pico (PPK), o PMPP definido por la corriente en el punto de
máxima potencia (IMPP) y por la tensión en el punto de máxima potencia (VMPP).
Para poder efectuar comparaciones entre las células fotovoltaicas de diversas
tecnologías y de diversos fabricantes, los valores anteriores se obtienen para los
Condiciones Estándar de Medida, C.E.M. :
-Irradiancia de 1.000 w/m2.
-Temperatura de la célula: 25ºC con una tolerancia de ± 2ºC
-Masa de Aire (Air Mass): 1,5
CÉLULAS SOLARES FOTOVOLTAICAS.
-TENSIÓN EN EL PUNTO DE POTENCIA MÁXIMA. (VMPP) Es la tensión correspondiente a
la potencia máxima medida en condiciones estándar (C.E.M./S.T.C.).
-INTENSIDAD EN EL PUNTO DE MÁXIMA POTENCIA. (IMPP) Es la intensidad de corriente
que genera la célula fotovoltaica, en el punto de potencia y medida en condiciones
estándar (C.E.M./S.T.C.).
-POTENCIA ELÉCTRICA MÁXIMA O DE PICO (PEAK POWER). (PMPP) Es la potencia
máxima que puede generar el panel o módulo en condiciones C.E.M./S.T.C. y se
define por el punto de la curva I-V donde el producto de la intensidad generada y la
tensión es máximo. El nombre de “pico” hace referencia a que, en realidad, una
intensidad de 1.000w/m2 es difícil de “captar”.
CÉLULAS SOLARES FOTOVOLTAICAS.
CURVA CTCA. DE UNA CÉLULA SOLAR FOTOVOLTAICA.
CÉLULAS SOLARES FOTOVOLTAICAS
RENDIMIENTO ENERGÉTICO DE UNA CÉLULA FOTOVOLTAICA. (ɳ)
Es el rendimiento máximo medido en condiciones estándar que, si no se
especifica, puede calcularse a partir de la siguiente ecuación puesto que
calculado en tanto por uno, viene dado por:
ɳ 𝒎 =
𝑽 𝑴𝑷𝑷 × 𝑰 𝑴𝑷𝑷
𝑷 𝑰𝑵𝑪𝑰𝑫𝑬𝑵𝑻𝑬
=
𝑽 𝑴𝑷𝑷 × 𝑰 𝑴𝑷𝑷
𝑮 × 𝑺
-VMPP viene dada en V.
-IMPP en A
-S es la superficie efectiva de la célula o elemento fotovoltaico en m2.
-G es la Irradiancia en w/m2
CÉLULAS SOLARES FOTOVOLTAICAS
∆T>0
∆ISC>0
∆VOC<0
∆ɳ<0
INFLUENCIA DE LA Tª SOBRE LOS PARÁMETROS BÁSICOS DE UNA CÉLULA.
CÉLULAS SOLARES FOTOVOLTAICAS.
EXPLICACIÓN DE LA EXPRESIÓN DEL RENDIMIENTO DE LA CÉLULA F.V.
-En la expresión del rendimiento de una célula la PINCIDENTE es la energía
luminosa que llega a la célula por unidad de tiempo y lo que obtenemos
es la potencia eléctrica (VMPP·IMPP) máxima para dichas condiciones de
trabajo.
-Aproximadamente entre un 13% a un 20% de la energía solar es
transformada en energía eléctrica en los módulos actuales de silicio
policristalino y monocristalino.
-Debido a esta baja eficiencia en la conversión de la luz solar en
electricidad es por lo que se precisan grandes superficies de módulos
fotovoltaicos para conseguir potencias elevadas.
CÉLULAS SOLARES FOTOVOLTAICAS.
FACTOR DE FORMA (FILL FACTOR).
-Se define como el cociente entre la potencia máxima que se puede entregar a
una carga por parte de una célula y el producto de la tensión de circuito abierto
y la intensidad de cortocircuito (C.E.M./S.T.C.).
𝑭. 𝑭. =
𝑽 𝑴𝑷𝑷 × 𝑰 𝑴𝑷𝑷
𝑽 𝑶𝑪 × 𝑰 𝑺𝑪
=
𝑷 𝑴𝑷𝑷
𝑽 𝑶𝑪 × 𝑰 𝑺𝑪
-Los valores habituales del factor de forma (F.F.) oscilan entre 0,7 y 0,8.
-También se puede definir como el cociente entre el área del rectángulo formado
por el origen de coordenadas y el punto de máxima potencia del rectángulo de
lados ISC y VOC.
CÉLULAS SOLARES FOTOVOLTAICAS
Panel NT181EH de SHARP de 57.2 Wp
CÉLULAS SOLARES FOTOVOLTAICAS.
PRINCIPALES TIPOS DE CÉLULAS SOLARES FOTOVOLTAICAS:
-MONOCRISTALINAS. La tecnología monocristalina ha ocupado durante
años el primer lugar en porcentaje de implantación en la instalación de
estructuras fotovoltaicas. El silicio monocristalino está formado por
cristales orientados de la misma forma, por lo que la red cristalina es
uniforme en todo el material y tiene muy pocas imperfecciones.
Su principal ventaja es la eficiencia (14-20%), muy superior a la del silicio
policristalino y a la del Silicio Amorfo.
-Tienen una duración media de vida de 20-25 años.
CÉLULAS SOLARES FOTOVOLTAICAS.
-Así pues, se trata de una estructura completamente ordenada y
periódica de átomos, de forma que todos tienen una orientación
cristalina, es decir, todos los átomos están dispuestos de manera
asimétrica y uniforme.
-Presentan una monocromía con un color azulado oscuro y con un cierto
brillo metálico.
-El Silicio monocristalino presenta prestaciones y duración en el tiempo
superiores a cualquier otro tipo de Silicio. Por su rentabilidad energética
son las células más utilizadas.
CÉLULAS SOLARES FOTOVOLTAICAS.
Los módulos monocristalinos están compuestos de un solo cristal de silicio. En
estado puro, los átomos de silicio están perfectamente alineados. Gracias a
esta estructura pura se garantiza la máxima eficiencia.
CÉLULAS SOLARES FOTOVOLTAICAS.
El mayor problema reside en el comportamiento frente a la temperatura
(coeficiente térmico), entre otras causas por su color más oscuro, por lo que
finalmente la producción se asemeja bastante a la de un panel
policristalino.
CÉLULAS SOLARES FOTOVOLTAICAS.
PRINCIPALES TIPOS DE CÉLULAS SOLARES FOTOVOLTAICAS:
-POLICRISTALINAS. Los cristales no están orientados de la misma manera
y, por tanto, la red cristalina no es uniforme en todo el material,
apreciándose las zonas donde los cristales tienen la misma orientación.
La eficiencia de este tipo de cristales es similar a la tecnología
monocristalina (15%).
En condiciones de altas temperaturas, los paneles solares policristalinos
pueden ser algo mas productivos. Ello es debido a que los incrementos de
Tª les afectan menos .
CÉLULAS SOLARES FOTOVOLTAICAS.
-Son visualmente muy reconocibles por presentar su superficie un aspecto
granulado, composición de diferentes cristales azulados y grises metálicos.
Por las características físicas del silicio cristalizado, los paneles fabricados
siguiendo esta tecnología presentan un grosor considerable.
-La diferencia fundamental con respecto al silicio monocristalino es que
presentan un forma totalmente cuadrada, esto que se aproveche mejor el
espacio entre las células que componen el panel solar.
-También presenta la ventaja de que el coste por módulo o panel es menor,
ya que se aplica menos silicio en su fabricación y su proceso es menos
silicio en su fabricación y su proceso es menos complicado.
CÉLULAS SOLARES FOTOVOLTAICAS.
Los lingotes de silicio policristalino tienen cristales desalineados y distintos tonos
azulados. La célula policristalina es menos pura que la célula monocristalina pero con
menos fases de cristalización aunque se ahorra en costes de fabricación.
CÉLULAS SOLARES FOTOVOLTAICAS.
COMPARATIVA SILICIO MONO/POLICRISTALINO:
-Respecto al rendimiento, las células monocristalinas tienen un rendimiento
teórico (en el laboratorio) mayor . Sin embargo, la práctica llega a
demostrarnos que esa ventaja teórica no sólo no existe, sino que las
policristalinas suelen estar a la par e incluso mejorar en prestaciones a las
monocristalinas.
-El rendimiento de una célula suele medirse en condiciones ideales de
radiación solar y de temperatura, condiciones C.E.M./S.T.C. .En base a estos
datos los fabricantes informan del rendimiento de sus paneles. Pero el
funcionamiento diario es muy distinto, ya que las célula trabajan a bastante
más temperatura.
CÉLULAS SOLARES FOTOVOLTAICAS.
COMPARATIVA SILICIO MONO/POLICRISTALINO:
-La célula monocristalina tiene peor coeficiente térmico, es decir, ante un
aumento de temperatura, las células monocristalinas disminuyen más su
rendimiento que las policristalinas.
-Por otro lado hemos de tener en cuenta el color de la célula, que en las
policristalinas es más claro que el de las monocristalinas que son muy
oscuras. Esto provoca un mayor absorción de calor y el consiguiente
aumento de temperatura.
CÉLULAS SOLARES FOTOVOLTAICAS.
PRINCIPALES TIPOS DE CÉLULAS SOLARES FOTOVOLTAICAS:
-SILICIO AMORFO (a-Si). No hay red cristalina, obteniendo rendimientos
máximos alrededor de un 9% inferiores a los de silicio monocristalino. Por
tratarse de un material muy absorbente de la luz solar tan solo se precisan
capas delgadas de material semiconductor. Para una potencia similar se
utiliza alrededor del 3% de lo que se usaría en silicio cristalino.
Presenta el inconveniente de una alta degradación respecto a la potencia
eléctrica generada en las primeras semanas de funcionamiento, lo que ha
frenado su comercialización masiva hasta el momento actual.
CÉLULAS SOLARES FOTOVOLTAICAS.
LA MALEABILIDAD ES UNA DE LAS PROPIEDADES DE LAS CÉLULAS DE a-Si
CÉLULAS SOLARES FOTOVOLTAICAS.
ASPECTOS SINGULARES (VENTAJAS) DE ESTA TECNOLOGÍA SON:
-Facilidad para realizar módulos flexibles.
-Reducción de gasto energético o coste de fabricación.
-Facilidad para realizar módulos flexibles.
-Mejor comportamiento en condiciones de luz difusa (días nublados).
-Alto grado de maleabilidad (propiedad que presentan algunos materiales de
poder ser descompuestos en láminas sin que el material en cuestión se
rompa).
-Son muy eficientes bajo iluminación artificial (con eficiencia –en este caso-
superior a la del Silicio Cristalino.
CÉLULAS SOLARES FOTOVOLTAICAS.
ASPECTOS SINGULARES DE (VENTAJAS) DE ESTA TECNOLOGÍA SON:
-Presentan otra ventaja y es la reducción del espacio. Las láminas de Silicio
Amorfo son realmente muy delgadas, y si encontramos un substrato sobre
el cual aplicarlas que resulta cómodo podremos llegar a obtener un panel
solar realmente versátil.
-Su mayor ventaja es su gran adaptabilidad. Ya que este tipo de células
funciona como si las imprimiésemos en un sustrato, podemos ver que sus
características posibilitan la fabricación de paneles curvos y su aplicación a
lugares inaccesibles.
-Esta tecnología tiene un rendimiento comprendido entre un 5 y un 10%
para las células comercializadas y hasta un 13% en laboratorio.
CÉLULAS SOLARES FOTOVOLTAICAS.
Las células y módulos fotovoltaicos de a-Si (Silicio Amorfo) se suelen emplear
cuando el espacio no es problema o aprovechando su maleabilidad para
integrarlo en la arquitectura, si bien su baja eficiencia obliga a una mayor
superficie para una misma producción.
CÉLULAS SOLARES FOTOVOLTAICAS.
Algunos de sus usos más comunes son:
-Instalación en tejados y superficies de edificios de oficinas donde se
aplica en tamaños considerables por su adaptabilidad.
CÉLULAS SOLARES FOTOVOLTAICAS.
LAS TEJAS SOLARES PERMITEN LA CONFIGURACIÓN DE PANELES FLEXIBLES Y
ADAPTARSE A CUALQUIER FORMA (a-Si).
CÉLULAS SOLARES FOTOVOLTAICAS.
-Utilización en relojes y calculadoras solares así como su uso en interiores,
en atmósferas con mucho polvo, etc…
CÉLULA SOLAR DE SILICIO AMORFO. MÓDULO F.V. DE 12V y 4w
CÉLULAS SOLARES FOTOVOLTAICAS.
CALCULADORA DE BOLSILLO ALIMENTADA POR CÉLULAS DE SILICIO AMORFO.
CONCEPTOS BÁSICOS SOBRE BATERÍAS DE USO SOLAR
CÉLULAS DE TELURURO DE CADMIO (CdTe):
PROPIEDADES:
-Tiene un rendimiento del 17-18% y en módulos comerciales del 8%. Es un
material policristalino, formado por pequeños cristales de varias micras de
tamaño.
-Trabaja mejor que el silicio a altas temperaturas, hecho de gran
importancia para células que trabajan en sistemas concentradores de
radiación
-Uno de sus problemas es su elevada resistividad eléctrica, solventada
mediante la adición de una capa de ZnTe entre el CdTe y el contacto.
CÉLULAS SOLARES FOTOVOLTAICAS.
CÉLULAS/TELURURO DE CADMIO (CdTe). INCONVENIENTES PARA SU USO.
-Las reservas existentes en la Tierra son suficientes para permitir un
crecimiento exponencial de esta tecnología, pero aún está por determinar si
estas reservas serán fácilmente explotables, y como afectará su extracción al
precio del teluro y de los módulos CdTe.
-El principal inconveniente radica en la toxicidad producida por el Cadmio. La
unión CdTe no es tóxica y sí muy estable. Los riesgos medioambientales y de
salud, solo aparecen cuando está en estado gaseoso, pero nunca se dan el
proceso de elaboración en una planta de producción.
-El punto de fusión del CdTe es de 1.050ºC, demasiado elevado en el caso de
incendios en edificios residenciales pero no en fuegos industriales donde
existen otro tipo de combustibles y puede fundirse el Cadmio.
CÉLULAS SOLARES FOTOVOLTAICAS.
ARSENIURO DE GALIO (GaAs).
-Material que presenta alto rendimiento, siendo el material más indicado
para la fabricación de paneles, presentando unos rendimientos en
laboratorio del 25,7% y en las células comerciales un 20%. Con poco
material se obtiene una eficacia muy elevada, a diferencia de las células de
silicio cristalino que son de mayor espesor ya que tienen un coeficiente de
absorción de la luz incidente muy reducido. Por este motivo, es un material
muy apto para tecnologías aeroespaciales. El problema que presenta esta
tecnología es la escasez de material, encareciendo mucho el precio.
-Trabaja mejor que el Silicio. a altas temperaturas, importante para células
que trabajan en sistemas concentradores de radiación.
CÉLULAS SOLARES FOTOVOLTAICAS.
POR SU ALTO COEFICIENTE DE ABSORCIÓN, EL GaAs ES UN MATERIAL MUY
ADECUADO PARA SU USO EN TECNOLOGÍAS AEROESPACIALES.
CÉLULAS SOLARES FOTOVOLTAICAS.
COBRE INDIO GALIO.
-Presenta rendimientos en laboratorios próximos al 17% y en módulos
comerciales del 9%.
-Su tecnología de fabricación es completamente distinta, basadas en una o
varias capas delgadas de material fotovoltaico sobre un soporte
semirrígido.
-Su maleabilidad unida a que las altas temperaturas y sombras tienen un
impacto menor convierte a este tipo de células en una alternativa válida
para su integración arquitectónica, si bien su baja eficiencia obliga a una
mayor superficie para una misma producción.
CÉLULAS SOLARES FOTOVOLTAICAS.
EFECTO DE LAS CONDICIONES EXTERIORES: IRRADIANCIA.
-Las condiciones de funcionamiento de una célula solar vienen referidas a
condiciones estándar que raramente se reproducen: G= 1000 W/m2
-Las variaciones en la intensidad de la irradiación influyen en la corriente
fotogenerada, y con ello de forma decisiva en la intensidad de
Cortocircuito ISC mientras que la VOC se ve muy poco afectada.
-La ISC para una irradiancia G distinta de las condiciones estándar se
obtiene mediante la expresión:
𝑰 𝒔𝒄 (𝑮) = 𝑰 𝒔𝒄 (𝑪.𝑬.𝑴.) ∙
𝑮
𝒘
𝒎 𝟐
𝟏. 𝟎𝟎𝟎
𝒘
𝒎 𝟐
CÉLULAS SOLARES FOTOVOLTAICAS.
EFECTO DE LAS CONDICIONES EXTERIORES: TEMPERATURA.
-El punto de trabajo ideal de una célula se sitúa en las condiciones estándar (Tª
25ºC), a partir de los cuales la temperatura exterior afecta a la temperatura de
la célula modificando los valores de trabajo de Intensidad y sobre todo
tensión. La temperatura de trabajo de la célula TCELL se obtiene en función de:
-TAMB: Temperatura ambiente (ºC)
-T.O.N.C.: Temperatura de Operación Nominal de Célula (ºC).
-E (w/m2): Valor suministrado por el fabricante (puede tomarse 47ºC).
𝑻 𝑪𝑬𝑳𝑳 = 𝑻 𝑨𝑴𝑩 +
𝑻. 𝑶. 𝑵. 𝑪.−𝟐𝟎
𝟏. 𝟎𝟎𝟎
∙ 𝑬
CÉLULAS SOLARES FOTOVOLTAICAS.
FACTORES DE CORRECCIÓN POR TEMPERATURA.
Los fabricantes suelen proporcionar tres factores de corrección, ya sea en
valor absoluto o porcentual:
-α Coeficiente Intensidad-Temperatura (A/ºC o %/ºC) Especifica el aumento
de la ISC por grado de aumento de temperatura.
-β Coeficiente de Tensión-Temperatura (V/ºC o %/ºC). Especifica la
disminución de la VOC por grado de aumento de temperatura.
-δ Coeficiente Potencia-Temperatura (W/ºC o %/ºC). Especifica la
disminución de la Potencia por grado de aumento de temperatura.
CÉLULAS SOLARES FOTOVOLTAICAS.
Dado un modulo fotovoltaico de VOC=44V en condiciones C.E.M. (25ºC) con
un coeficiente Tensión Temperatura de -0,34%/ºC, establecer su VOC de
funcionamiento para una temperatura de célula de 50ºC (aprox. 25ºC
ambiente).
𝜷 =
𝜷(%)
𝟏𝟎𝟎
∙ 𝑽 𝒐𝒄
𝜷 =
−𝟎, 𝟑𝟒
𝟏𝟎𝟎
∙ 𝟒𝟒 = 𝟎, 𝟏𝟒𝟗𝟔𝑽
𝑽 𝒐𝒄 𝟓𝟎º𝑪 = 𝑽 𝒐𝒄 + 𝜷 𝑻 𝑪𝑬𝑳𝑳 − 𝟐𝟓 = 𝟒𝟒 − 𝟎, 𝟏𝟓 𝟐𝟓
𝑽 𝒐𝒄 𝟓𝟎º𝑪 = 𝟒𝟎, 𝟐𝟓𝑽

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Celulas solares fotovoltaicas

  • 1. CÉLULAS SOLARES FOTOVOLTAICAS TIPOLOGÍA Y CARACTERÍSTICAS QUE LAS DEFINEN.
  • 2. CÉLULAS SOLARES FOTOVOLTAICAS. DEFINICIÓN. La célula solar fotovoltaica es el dispositivo capaz de capturar la energía del Sol y convertir parte de esa energía en electricidad. Los problemas que presenta el aprovechamiento de la energía son: -La radiación solar se caracteriza por su INTERMITENCIA, DISPERSIÓN Y BAJA DENSIDAD. Además, la radiación solar que llega a la superficie de la Tierra es aproximadamente el 50% de la irradiación emitida por el Sol. Por tanto, la energía captada no es constante ni de buena calidad. -EL RENDIMIENTO/EFICIENCIA DEL MATERIAL SE DEFINE POR LA CANTIDAD DE ENERGÍA PROCEDENTE DE LA RADIACIÓN SOLAR QUE ES CAPAZ DE TRANSFORMAR EN ENERGÍA ELÉCTRICA. Para que haya mayor transformación, la superficie del material de cara a la radiación solar, debería ser lo mayor posible.
  • 3. CÉLULAS SOLARES FOTOVOLTAICAS. Los valores que identifican las curvas de una célula fotovoltaica son: -Una tensión en vacío o TENSIÓN EN CIRCUITO ABIERTO (VOC) u OPEN CIRCUIT VOLTAGE. Corresponde a la máxima tensión que puede proporcionar o generar una célula (o módulo o campo fotovoltaico). Es la tensión cuando la corriente de la célula es nula (ICELL=0 A) al dejar los terminales al aire (sin conectarlos a nada). -Una INTENSIDAD DE CORTOCIRCUITO (ISC) o SHORT CIRCUIT CURRENT. Corresponde a la máxima corriente que puede generar una célula (o módulo o campo fotovoltaico). Es la corriente cuando la tensión de la célula (VCELL=0 V). Se obtiene uniendo mediante un cable, de sección adecuada, los dos terminales de una célula o módulo o campo fotovoltaico. Suele tener un valor entre un 5% y un 15% mayor que la corriente en el punto de máxima potencia.
  • 4. CÉLULAS SOLARES FOTOVOLTAICAS. -Un PUNTO MÁXIMO DE POTENCIA (PMP o MPP de maximum power point) donde se entrega la potencia de pico (PPK), o PMPP definido por la corriente en el punto de máxima potencia (IMPP) y por la tensión en el punto de máxima potencia (VMPP). Para poder efectuar comparaciones entre las células fotovoltaicas de diversas tecnologías y de diversos fabricantes, los valores anteriores se obtienen para los Condiciones Estándar de Medida, C.E.M. : -Irradiancia de 1.000 w/m2. -Temperatura de la célula: 25ºC con una tolerancia de ± 2ºC -Masa de Aire (Air Mass): 1,5
  • 5. CÉLULAS SOLARES FOTOVOLTAICAS. -TENSIÓN EN EL PUNTO DE POTENCIA MÁXIMA. (VMPP) Es la tensión correspondiente a la potencia máxima medida en condiciones estándar (C.E.M./S.T.C.). -INTENSIDAD EN EL PUNTO DE MÁXIMA POTENCIA. (IMPP) Es la intensidad de corriente que genera la célula fotovoltaica, en el punto de potencia y medida en condiciones estándar (C.E.M./S.T.C.). -POTENCIA ELÉCTRICA MÁXIMA O DE PICO (PEAK POWER). (PMPP) Es la potencia máxima que puede generar el panel o módulo en condiciones C.E.M./S.T.C. y se define por el punto de la curva I-V donde el producto de la intensidad generada y la tensión es máximo. El nombre de “pico” hace referencia a que, en realidad, una intensidad de 1.000w/m2 es difícil de “captar”.
  • 6. CÉLULAS SOLARES FOTOVOLTAICAS. CURVA CTCA. DE UNA CÉLULA SOLAR FOTOVOLTAICA.
  • 7. CÉLULAS SOLARES FOTOVOLTAICAS RENDIMIENTO ENERGÉTICO DE UNA CÉLULA FOTOVOLTAICA. (ɳ) Es el rendimiento máximo medido en condiciones estándar que, si no se especifica, puede calcularse a partir de la siguiente ecuación puesto que calculado en tanto por uno, viene dado por: ɳ 𝒎 = 𝑽 𝑴𝑷𝑷 × 𝑰 𝑴𝑷𝑷 𝑷 𝑰𝑵𝑪𝑰𝑫𝑬𝑵𝑻𝑬 = 𝑽 𝑴𝑷𝑷 × 𝑰 𝑴𝑷𝑷 𝑮 × 𝑺 -VMPP viene dada en V. -IMPP en A -S es la superficie efectiva de la célula o elemento fotovoltaico en m2. -G es la Irradiancia en w/m2
  • 8. CÉLULAS SOLARES FOTOVOLTAICAS ∆T>0 ∆ISC>0 ∆VOC<0 ∆ɳ<0 INFLUENCIA DE LA Tª SOBRE LOS PARÁMETROS BÁSICOS DE UNA CÉLULA.
  • 9. CÉLULAS SOLARES FOTOVOLTAICAS. EXPLICACIÓN DE LA EXPRESIÓN DEL RENDIMIENTO DE LA CÉLULA F.V. -En la expresión del rendimiento de una célula la PINCIDENTE es la energía luminosa que llega a la célula por unidad de tiempo y lo que obtenemos es la potencia eléctrica (VMPP·IMPP) máxima para dichas condiciones de trabajo. -Aproximadamente entre un 13% a un 20% de la energía solar es transformada en energía eléctrica en los módulos actuales de silicio policristalino y monocristalino. -Debido a esta baja eficiencia en la conversión de la luz solar en electricidad es por lo que se precisan grandes superficies de módulos fotovoltaicos para conseguir potencias elevadas.
  • 10. CÉLULAS SOLARES FOTOVOLTAICAS. FACTOR DE FORMA (FILL FACTOR). -Se define como el cociente entre la potencia máxima que se puede entregar a una carga por parte de una célula y el producto de la tensión de circuito abierto y la intensidad de cortocircuito (C.E.M./S.T.C.). 𝑭. 𝑭. = 𝑽 𝑴𝑷𝑷 × 𝑰 𝑴𝑷𝑷 𝑽 𝑶𝑪 × 𝑰 𝑺𝑪 = 𝑷 𝑴𝑷𝑷 𝑽 𝑶𝑪 × 𝑰 𝑺𝑪 -Los valores habituales del factor de forma (F.F.) oscilan entre 0,7 y 0,8. -También se puede definir como el cociente entre el área del rectángulo formado por el origen de coordenadas y el punto de máxima potencia del rectángulo de lados ISC y VOC.
  • 11. CÉLULAS SOLARES FOTOVOLTAICAS Panel NT181EH de SHARP de 57.2 Wp
  • 12. CÉLULAS SOLARES FOTOVOLTAICAS. PRINCIPALES TIPOS DE CÉLULAS SOLARES FOTOVOLTAICAS: -MONOCRISTALINAS. La tecnología monocristalina ha ocupado durante años el primer lugar en porcentaje de implantación en la instalación de estructuras fotovoltaicas. El silicio monocristalino está formado por cristales orientados de la misma forma, por lo que la red cristalina es uniforme en todo el material y tiene muy pocas imperfecciones. Su principal ventaja es la eficiencia (14-20%), muy superior a la del silicio policristalino y a la del Silicio Amorfo. -Tienen una duración media de vida de 20-25 años.
  • 13. CÉLULAS SOLARES FOTOVOLTAICAS. -Así pues, se trata de una estructura completamente ordenada y periódica de átomos, de forma que todos tienen una orientación cristalina, es decir, todos los átomos están dispuestos de manera asimétrica y uniforme. -Presentan una monocromía con un color azulado oscuro y con un cierto brillo metálico. -El Silicio monocristalino presenta prestaciones y duración en el tiempo superiores a cualquier otro tipo de Silicio. Por su rentabilidad energética son las células más utilizadas.
  • 14. CÉLULAS SOLARES FOTOVOLTAICAS. Los módulos monocristalinos están compuestos de un solo cristal de silicio. En estado puro, los átomos de silicio están perfectamente alineados. Gracias a esta estructura pura se garantiza la máxima eficiencia.
  • 15. CÉLULAS SOLARES FOTOVOLTAICAS. El mayor problema reside en el comportamiento frente a la temperatura (coeficiente térmico), entre otras causas por su color más oscuro, por lo que finalmente la producción se asemeja bastante a la de un panel policristalino.
  • 16. CÉLULAS SOLARES FOTOVOLTAICAS. PRINCIPALES TIPOS DE CÉLULAS SOLARES FOTOVOLTAICAS: -POLICRISTALINAS. Los cristales no están orientados de la misma manera y, por tanto, la red cristalina no es uniforme en todo el material, apreciándose las zonas donde los cristales tienen la misma orientación. La eficiencia de este tipo de cristales es similar a la tecnología monocristalina (15%). En condiciones de altas temperaturas, los paneles solares policristalinos pueden ser algo mas productivos. Ello es debido a que los incrementos de Tª les afectan menos .
  • 17. CÉLULAS SOLARES FOTOVOLTAICAS. -Son visualmente muy reconocibles por presentar su superficie un aspecto granulado, composición de diferentes cristales azulados y grises metálicos. Por las características físicas del silicio cristalizado, los paneles fabricados siguiendo esta tecnología presentan un grosor considerable. -La diferencia fundamental con respecto al silicio monocristalino es que presentan un forma totalmente cuadrada, esto que se aproveche mejor el espacio entre las células que componen el panel solar. -También presenta la ventaja de que el coste por módulo o panel es menor, ya que se aplica menos silicio en su fabricación y su proceso es menos silicio en su fabricación y su proceso es menos complicado.
  • 18. CÉLULAS SOLARES FOTOVOLTAICAS. Los lingotes de silicio policristalino tienen cristales desalineados y distintos tonos azulados. La célula policristalina es menos pura que la célula monocristalina pero con menos fases de cristalización aunque se ahorra en costes de fabricación.
  • 19. CÉLULAS SOLARES FOTOVOLTAICAS. COMPARATIVA SILICIO MONO/POLICRISTALINO: -Respecto al rendimiento, las células monocristalinas tienen un rendimiento teórico (en el laboratorio) mayor . Sin embargo, la práctica llega a demostrarnos que esa ventaja teórica no sólo no existe, sino que las policristalinas suelen estar a la par e incluso mejorar en prestaciones a las monocristalinas. -El rendimiento de una célula suele medirse en condiciones ideales de radiación solar y de temperatura, condiciones C.E.M./S.T.C. .En base a estos datos los fabricantes informan del rendimiento de sus paneles. Pero el funcionamiento diario es muy distinto, ya que las célula trabajan a bastante más temperatura.
  • 20. CÉLULAS SOLARES FOTOVOLTAICAS. COMPARATIVA SILICIO MONO/POLICRISTALINO: -La célula monocristalina tiene peor coeficiente térmico, es decir, ante un aumento de temperatura, las células monocristalinas disminuyen más su rendimiento que las policristalinas. -Por otro lado hemos de tener en cuenta el color de la célula, que en las policristalinas es más claro que el de las monocristalinas que son muy oscuras. Esto provoca un mayor absorción de calor y el consiguiente aumento de temperatura.
  • 21. CÉLULAS SOLARES FOTOVOLTAICAS. PRINCIPALES TIPOS DE CÉLULAS SOLARES FOTOVOLTAICAS: -SILICIO AMORFO (a-Si). No hay red cristalina, obteniendo rendimientos máximos alrededor de un 9% inferiores a los de silicio monocristalino. Por tratarse de un material muy absorbente de la luz solar tan solo se precisan capas delgadas de material semiconductor. Para una potencia similar se utiliza alrededor del 3% de lo que se usaría en silicio cristalino. Presenta el inconveniente de una alta degradación respecto a la potencia eléctrica generada en las primeras semanas de funcionamiento, lo que ha frenado su comercialización masiva hasta el momento actual.
  • 22. CÉLULAS SOLARES FOTOVOLTAICAS. LA MALEABILIDAD ES UNA DE LAS PROPIEDADES DE LAS CÉLULAS DE a-Si
  • 23. CÉLULAS SOLARES FOTOVOLTAICAS. ASPECTOS SINGULARES (VENTAJAS) DE ESTA TECNOLOGÍA SON: -Facilidad para realizar módulos flexibles. -Reducción de gasto energético o coste de fabricación. -Facilidad para realizar módulos flexibles. -Mejor comportamiento en condiciones de luz difusa (días nublados). -Alto grado de maleabilidad (propiedad que presentan algunos materiales de poder ser descompuestos en láminas sin que el material en cuestión se rompa). -Son muy eficientes bajo iluminación artificial (con eficiencia –en este caso- superior a la del Silicio Cristalino.
  • 24. CÉLULAS SOLARES FOTOVOLTAICAS. ASPECTOS SINGULARES DE (VENTAJAS) DE ESTA TECNOLOGÍA SON: -Presentan otra ventaja y es la reducción del espacio. Las láminas de Silicio Amorfo son realmente muy delgadas, y si encontramos un substrato sobre el cual aplicarlas que resulta cómodo podremos llegar a obtener un panel solar realmente versátil. -Su mayor ventaja es su gran adaptabilidad. Ya que este tipo de células funciona como si las imprimiésemos en un sustrato, podemos ver que sus características posibilitan la fabricación de paneles curvos y su aplicación a lugares inaccesibles. -Esta tecnología tiene un rendimiento comprendido entre un 5 y un 10% para las células comercializadas y hasta un 13% en laboratorio.
  • 25. CÉLULAS SOLARES FOTOVOLTAICAS. Las células y módulos fotovoltaicos de a-Si (Silicio Amorfo) se suelen emplear cuando el espacio no es problema o aprovechando su maleabilidad para integrarlo en la arquitectura, si bien su baja eficiencia obliga a una mayor superficie para una misma producción.
  • 26. CÉLULAS SOLARES FOTOVOLTAICAS. Algunos de sus usos más comunes son: -Instalación en tejados y superficies de edificios de oficinas donde se aplica en tamaños considerables por su adaptabilidad.
  • 27. CÉLULAS SOLARES FOTOVOLTAICAS. LAS TEJAS SOLARES PERMITEN LA CONFIGURACIÓN DE PANELES FLEXIBLES Y ADAPTARSE A CUALQUIER FORMA (a-Si).
  • 28. CÉLULAS SOLARES FOTOVOLTAICAS. -Utilización en relojes y calculadoras solares así como su uso en interiores, en atmósferas con mucho polvo, etc… CÉLULA SOLAR DE SILICIO AMORFO. MÓDULO F.V. DE 12V y 4w
  • 29. CÉLULAS SOLARES FOTOVOLTAICAS. CALCULADORA DE BOLSILLO ALIMENTADA POR CÉLULAS DE SILICIO AMORFO.
  • 30. CONCEPTOS BÁSICOS SOBRE BATERÍAS DE USO SOLAR CÉLULAS DE TELURURO DE CADMIO (CdTe): PROPIEDADES: -Tiene un rendimiento del 17-18% y en módulos comerciales del 8%. Es un material policristalino, formado por pequeños cristales de varias micras de tamaño. -Trabaja mejor que el silicio a altas temperaturas, hecho de gran importancia para células que trabajan en sistemas concentradores de radiación -Uno de sus problemas es su elevada resistividad eléctrica, solventada mediante la adición de una capa de ZnTe entre el CdTe y el contacto.
  • 31. CÉLULAS SOLARES FOTOVOLTAICAS. CÉLULAS/TELURURO DE CADMIO (CdTe). INCONVENIENTES PARA SU USO. -Las reservas existentes en la Tierra son suficientes para permitir un crecimiento exponencial de esta tecnología, pero aún está por determinar si estas reservas serán fácilmente explotables, y como afectará su extracción al precio del teluro y de los módulos CdTe. -El principal inconveniente radica en la toxicidad producida por el Cadmio. La unión CdTe no es tóxica y sí muy estable. Los riesgos medioambientales y de salud, solo aparecen cuando está en estado gaseoso, pero nunca se dan el proceso de elaboración en una planta de producción. -El punto de fusión del CdTe es de 1.050ºC, demasiado elevado en el caso de incendios en edificios residenciales pero no en fuegos industriales donde existen otro tipo de combustibles y puede fundirse el Cadmio.
  • 32. CÉLULAS SOLARES FOTOVOLTAICAS. ARSENIURO DE GALIO (GaAs). -Material que presenta alto rendimiento, siendo el material más indicado para la fabricación de paneles, presentando unos rendimientos en laboratorio del 25,7% y en las células comerciales un 20%. Con poco material se obtiene una eficacia muy elevada, a diferencia de las células de silicio cristalino que son de mayor espesor ya que tienen un coeficiente de absorción de la luz incidente muy reducido. Por este motivo, es un material muy apto para tecnologías aeroespaciales. El problema que presenta esta tecnología es la escasez de material, encareciendo mucho el precio. -Trabaja mejor que el Silicio. a altas temperaturas, importante para células que trabajan en sistemas concentradores de radiación.
  • 33. CÉLULAS SOLARES FOTOVOLTAICAS. POR SU ALTO COEFICIENTE DE ABSORCIÓN, EL GaAs ES UN MATERIAL MUY ADECUADO PARA SU USO EN TECNOLOGÍAS AEROESPACIALES.
  • 34. CÉLULAS SOLARES FOTOVOLTAICAS. COBRE INDIO GALIO. -Presenta rendimientos en laboratorios próximos al 17% y en módulos comerciales del 9%. -Su tecnología de fabricación es completamente distinta, basadas en una o varias capas delgadas de material fotovoltaico sobre un soporte semirrígido. -Su maleabilidad unida a que las altas temperaturas y sombras tienen un impacto menor convierte a este tipo de células en una alternativa válida para su integración arquitectónica, si bien su baja eficiencia obliga a una mayor superficie para una misma producción.
  • 35. CÉLULAS SOLARES FOTOVOLTAICAS. EFECTO DE LAS CONDICIONES EXTERIORES: IRRADIANCIA. -Las condiciones de funcionamiento de una célula solar vienen referidas a condiciones estándar que raramente se reproducen: G= 1000 W/m2 -Las variaciones en la intensidad de la irradiación influyen en la corriente fotogenerada, y con ello de forma decisiva en la intensidad de Cortocircuito ISC mientras que la VOC se ve muy poco afectada. -La ISC para una irradiancia G distinta de las condiciones estándar se obtiene mediante la expresión: 𝑰 𝒔𝒄 (𝑮) = 𝑰 𝒔𝒄 (𝑪.𝑬.𝑴.) ∙ 𝑮 𝒘 𝒎 𝟐 𝟏. 𝟎𝟎𝟎 𝒘 𝒎 𝟐
  • 36. CÉLULAS SOLARES FOTOVOLTAICAS. EFECTO DE LAS CONDICIONES EXTERIORES: TEMPERATURA. -El punto de trabajo ideal de una célula se sitúa en las condiciones estándar (Tª 25ºC), a partir de los cuales la temperatura exterior afecta a la temperatura de la célula modificando los valores de trabajo de Intensidad y sobre todo tensión. La temperatura de trabajo de la célula TCELL se obtiene en función de: -TAMB: Temperatura ambiente (ºC) -T.O.N.C.: Temperatura de Operación Nominal de Célula (ºC). -E (w/m2): Valor suministrado por el fabricante (puede tomarse 47ºC). 𝑻 𝑪𝑬𝑳𝑳 = 𝑻 𝑨𝑴𝑩 + 𝑻. 𝑶. 𝑵. 𝑪.−𝟐𝟎 𝟏. 𝟎𝟎𝟎 ∙ 𝑬
  • 37. CÉLULAS SOLARES FOTOVOLTAICAS. FACTORES DE CORRECCIÓN POR TEMPERATURA. Los fabricantes suelen proporcionar tres factores de corrección, ya sea en valor absoluto o porcentual: -α Coeficiente Intensidad-Temperatura (A/ºC o %/ºC) Especifica el aumento de la ISC por grado de aumento de temperatura. -β Coeficiente de Tensión-Temperatura (V/ºC o %/ºC). Especifica la disminución de la VOC por grado de aumento de temperatura. -δ Coeficiente Potencia-Temperatura (W/ºC o %/ºC). Especifica la disminución de la Potencia por grado de aumento de temperatura.
  • 38. CÉLULAS SOLARES FOTOVOLTAICAS. Dado un modulo fotovoltaico de VOC=44V en condiciones C.E.M. (25ºC) con un coeficiente Tensión Temperatura de -0,34%/ºC, establecer su VOC de funcionamiento para una temperatura de célula de 50ºC (aprox. 25ºC ambiente). 𝜷 = 𝜷(%) 𝟏𝟎𝟎 ∙ 𝑽 𝒐𝒄 𝜷 = −𝟎, 𝟑𝟒 𝟏𝟎𝟎 ∙ 𝟒𝟒 = 𝟎, 𝟏𝟒𝟗𝟔𝑽 𝑽 𝒐𝒄 𝟓𝟎º𝑪 = 𝑽 𝒐𝒄 + 𝜷 𝑻 𝑪𝑬𝑳𝑳 − 𝟐𝟓 = 𝟒𝟒 − 𝟎, 𝟏𝟓 𝟐𝟓 𝑽 𝒐𝒄 𝟓𝟎º𝑪 = 𝟒𝟎, 𝟐𝟓𝑽