Energía Solar Fotovoltaica

solar fotovoltaica

Se estima que en las latitudes de Francia, alrededor de 45 °, la energía potencialmente utilizable del sol es de 1500kwh / m² por año.

Ver el mapa del sol francés y elDNI radiación solar de Francia.

Con los rendimientos actuales, aproximadamente a 10 15% se obtiene en 150 225kwh / m².an.


Paneles solares llamados "no integrados".

PV Principio de funcionamiento

Una célula fotovoltaica está hecha de materiales semiconductores. Estos son capaces de transformar la energía suministrada por el sol en una carga eléctrica, por lo tanto, en electricidad porque la luz solar excita los electrones de estos materiales. La curva de absorción de estos materiales comienza desde longitudes de onda cortas hasta una longitud de onda límite que es 1,1 micrómetros para silicio.

El silicio es el componente principal de una célula fotovoltaica.

Física de una célula fotoeléctrica (tomada del sitio web de CEA)


Diagrama de funcionamiento de una célula fotoeléctrica.

El silicio fue elegido para fabricar células solares fotovoltaicas por sus propiedades electrónicas, caracterizadas por la presencia de cuatro electrones en su capa periférica (columna IV de la tabla de Mendeleiev). En el silicio sólido, cada átomo está unido a cuatro vecinos, y todos los electrones de la capa periférica participan en los enlaces. Si un átomo de silicio se reemplaza por un átomo de la columna V (fósforo, por ejemplo), uno de los electrones no participa en los enlaces; Por lo tanto, puede moverse a través de la red. Hay una conducción por un electrón, y se dice que el semiconductor está dopado de tipo n. Si, por el contrario, un átomo de silicio se reemplaza por un átomo de la columna III (boro, por ejemplo), se pierde un electrón para llevar a cabo todas las conexiones, y un electrón puede llenar esta falta. Luego decimos que hay conducción a través de un agujero, y se dice que el semiconductor está dopado tipo p. Los átomos como el boro o el fósforo son dopantes de silicio.

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Cuando un semiconductor de tipo n se pone en contacto con un semiconductor de tipo p, el exceso de electrones en el material n se difunde en el material p. El área n dopada inicialmente se carga positivamente, y el área dopada inicialmente p se carga negativamente. Por lo tanto, se crea un campo eléctrico entre las zonas nyp, que tiende a repeler los electrones en la zona ny se establece un equilibrio. Se ha creado una unión, y al agregar contactos metálicos en las áreas n y p, se obtiene un diodo.
Cuando se ilumina este LED, los fotones son absorbidos por el material y cada fotón da lugar a un electrón y un agujero (conocido como par electrón-hueco). El diodo de unión separa los electrones y los huecos, creando una diferencia de potencial entre los contactos de N y P, y fluye una corriente si una resistencia se coloca entre los contactos del diodo (Figura).

las tecnologías disponibles.

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Los módulos actuales difieren según el tipo de silicio que usan:

  • de silicio de cristal único: las células fotovoltaicas se basan en los cristales de silicio encapsulados en un sobre de plástico.
  • de silicio policristalino: Las células fotovoltaicas se basan en policristales de silicio, menos caros de fabricar que los de silicio monocristalino, sino que también tienen un rendimiento algo menor. Estos policristales se obtienen por fusión de la chatarra de silicio de grado electrónico.
  • silicio amorfo: los paneles "extendidos" están hechos de silicio amorfo con alto poder energizante y se presentan en tiras flexibles que permiten una integración arquitectónica perfecta.

los fabricantes de células.

Las cinco empresas más grandes que fabrican células fotovoltaicas comparten el 60% del mercado mundial. Estas son las compañías japonesas Sharp y Kyocera, las compañías estadounidenses BP Solar y Astropower, y la alemana RWE Schott Solar. Japón produce casi la mitad de las células fotovoltaicas del mundo.

Aplicaciones de la energía eléctrica solar.

Actualmente, las principales áreas de uso son viviendas aisladas, pero también para dispositivos científicos como los sismógrafos.

El primer dominio que ha usado esta energía es el dominio espacial. De hecho, casi toda la energía eléctrica de los satélites es suministrada por energía fotovoltaica (algunos satélites tendrían pequeños motores stirling).

Ventajas

  • La energía eléctrica no contaminante está en uso y está en línea con el principio del desarrollo sostenible,
  • Fuente de energía renovable porque inagotable a escala humana,
  • Se puede utilizar en países en desarrollo sin una red eléctrica importante o en sitios aislados, como en las montañas, donde no es posible conectarse a la red eléctrica nacional.


Ejemplo de suministro de sitio aislado, un sismógrafo alimentado por un panel fotovoltaico del volcán Soufriere en Guadalupe.

desventajas

  • PV costo es alto, ya que proviene de la alta tecnología,
  • el costo depende de la potencia máxima, el costo actual del vatio máximo es de alrededor de 3,5 € o alrededor de 550 € / m² de células solares,
  • El rendimiento actual de las células fotovoltaicas sigue siendo bastante bajo (alrededor del 10% para el público en general) y, por lo tanto, solo ofrece una baja potencia,
  • muy limitado, pero creciente mercado
  • la electricidad se produce solo durante el día, mientras que la mayor demanda se realiza por la noche,
  • El almacenamiento de electricidad es algo muy difícil con las tecnologías actuales (muy alto costo económico de las baterías),
  • vida útil: 20 a 25 años, después de que el silicio "cristaliza" y deja la celda inutilizable,
  • contaminación durante la fabricación: algunos estudios afirman que la energía utilizada para fabricar las células nunca es rentable durante los 20 años de producción,
  • El mismo extremo del reciclaje vida de las células plantea problemas medioambientales.

Saber más:
- balance energético de la energía solar fotovoltaica
- mapa francés del campo solar
- En los sistemas fotovoltaicos integrados en edificios (documento CEA)

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