Energía Solar Fotovoltaica

solar fotovoltaica

Se estima que en latitudes de Francia, alrededor de los 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.


Los denominados paneles solares "no integrados".

PV Principio de funcionamiento

Una celda fotovoltaica está hecha de materiales semiconductores. Estos son capaces de transformar la energía suministrada por el sol en una carga eléctrica y por 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 bajas hasta una longitud de onda límite que es de 1,1 micrómetros para el silicio.

El silicio es el componente principal de una célula fotovoltaica.

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


Diagrama funcional 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 es reemplazado por un átomo de la columna V (fósforo por ejemplo), uno de los electrones no participa en los enlaces; por lo tanto, puede moverse por la red. Hay conducción por un electrón y se dice que el semiconductor está dopado de tipo n. Si, por el contrario, un átomo de silicio es reemplazado por un átomo de la columna III (boro por ejemplo), falta un electrón para hacer todos los enlaces, y un electrón puede venir y llenar este vacío. 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. La zona inicialmente dopada con n se carga positivamente y la zona inicialmente dopada con p se carga negativamente. Por lo tanto, se crea un campo eléctrico entre las zonas ny p, que tiende a empujar a los electrones hacia la zona n y se establece un equilibrio. Se creó una unión y, al agregar contactos metálicos en las áreas ny 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 se distinguen por el tipo de silicio que utilizan:

  • 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 realizados con silicio amorfo de alto poder energizante y presentados en bandas flexibles que permiten una perfecta integración arquitectónica.

los fabricantes de células.

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

Aplicaciones de energía eléctrica solar

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

El primer dominio que ha utilizado esta energía es el dominio espacial. De hecho, casi toda la energía eléctrica de los satélites es proporcionada por energía fotovoltaica (algunos satélites tienen pequeños motores Stirling).

Ventajas

  • Energía eléctrica no contaminante en uso y es parte del principio de desarrollo sostenible,
  • Fuente de energía renovable porque es inagotable a escala humana,
  • Puede usarse 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 un sitio aislado, un sismógrafo alimentado por un panel fotovoltaico del volcán Soufriere en Guadalupe.

Inconvenientes

  • PV costo es alto, ya que proviene de la alta tecnología,
  • el coste depende de la potencia máxima, el coste actual del vatio máximo es de unos 3,5 € o unos 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 poca potencia,
  • muy limitado, pero creciente mercado
  • La producción de electricidad solo se realiza durante el día mientras que la mayor demanda es por la noche,
  • almacenar electricidad es muy difícil con las tecnologías actuales (costo ecológico de las baterías muy alto),
  • vida útil: 20 a 25 años, después de que el silicio "cristalice" y deje la célula inutilizable,
  • contaminación durante la fabricación: algunos estudios afirman que la energía utilizada para fabricar 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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