¿Cuáles son los tipos de células solares? Trabajo, Aplicación (PDF)

En este artículo, aprenderá acerca de las celdas solares y su principio de funcionamiento , diferentes tipos de células solares , Su construcción y aplicación de células solares. Además, descargar el PDF gratuito archivo de este artículo.

Células solares y tipos

¿Qué es la célula solar?

En la conversión fotovoltaica (PV), la radiación solar cae sobre dispositivos semiconductores llamados células solares. que convierten la luz del sol directamente en electricidad.

En la figura se muestra un diagrama esquemático de una celda fotovoltaica (celda PV) o celda solar.

Se basa en el efecto que tiene la luz en la unión entre dos tipos de semiconductores llamados tipo p y tipo n. El tipo N tiene un exceso de electrones y el tipo p tiene escasez de electrones.

Cuando una luz brillante incide sobre una célula, la energía de la luz, es decir, el fotón, permite que los electrones se liberen de la unión entre ellos.

Esto se denomina fotoeléctrico. Para el silicio monocristalino (4 electrones de valencia), 'p' se obtiene dopando el silicio con boro (3 electrones de valencia) y normalmente tiene un espesor de 1 um; 'n' se obtiene dopando con arsénico o fósforo (5 electrones de valencia) y normalmente tiene un espesor de 800 um.

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Tipos de celdas solares

Los siguientes son los diferentes tipos de células solares utilizado en los paneles solares:

1. Células solares de silicio amorfo (a-Si).
2. Célula solar biohíbrida.
3. Célula solar de contacto enterrada.
4. Célula solar de telururo de cadmio (Cd Te).
5. Célula fotovoltaica concentrada (CVP y HCVP).
6. Células solares de seleniuro de cobre, indio y galio (CI(G)S).
7. Célula solar de silicio cristalino (C-Si).
8. Célula solar sensibilizada por colorante.
9. Célula solar híbrida.
10. Célula solar multiunión.
11. Célula solar monocristalina.
12. Célula solar de nanocristal.
13. Célula fotoelectroquímica.
14. Célula solar de estado sólido.
15. Célula solar de película delgada.
16. Células solares basadas en obleas.

#1 Células solares de silicio amorfo (a-Si)

Estas son versiones modificadas de células solares de película delgada. Este tipo de celda solar utiliza tres capas de silicio amorfo para que cada una tenga una energía de banda prohibida diferente. Los diferentes intervalos de banda permiten que cada capa responda a una parte diferente del espectro de energía del Sol como una forma de aumentar la eficiencia de conversión.

Las células amorfas ofrecen una mayor eficiencia que otros tipos y están fácilmente disponibles. Pero requieren el doble de superficie para producir la misma energía que una célula solar monocristalina.

#2 Célula solar biohíbrida

Las células solares biohíbridas están compuestas de materia orgánica (que contiene carbono) que es fotosistema y materia inorgánica (no carbono). Varias capas del fotosistema recolectan energía fotónica, la convierten en energía química y crean una corriente que pasa a través de la célula.

La principal ventaja de una celda solar biohíbrida es que convierte la energía solar en electricidad con una eficiencia del 100%. Esto significa que se pierde poca o ninguna energía a través del cambio de energía química a energía eléctrica.

Célula solar de contacto enterrada n.º 3

La celda solar de contacto enterrada es una tecnología de celda solar de alta eficiencia. Estos tipos funcionan con base en un contacto de metal enchapado dentro de una ranura formada con láser.

Pueden dar un mejor rendimiento de alrededor del 25% en comparación con las células solares comerciales serigrafiadas. Las ganancias de eficiencia en la tecnología de contactos enterrados brindan beneficios sustanciales de costo y rendimiento.

Célula solar de telururo de cadmio n.º 4 (Cd Te)

Este tipo de celda solar utiliza telururo de cadmio en una delgada capa semiconductora que está diseñada para absorber y convertir la luz solar en electricidad. Estos actúan como la capa principal de fotoconversión y absorben la luz más visible dentro de la primera micra del material.

En el que la capa TCO crea un campo eléctrico que convierte la luz absorbida en la capa CdTe en corriente y tensión. Estos sistemas son mucho más eficientes que el silicio cristalino comparable.

#5 Célula fotovoltaica concentrada (CVP y HCVP)

Las células fotovoltaicas concentradas generan energía eléctrica de la misma manera que los sistemas fotovoltaicos convencionales. CVP generalmente usa espejos curvos para enfocar la luz solar en células solares pequeñas, altamente eficientes y de múltiples uniones. Estos pueden proporcionar una mayor eficiencia de alrededor del 40% y también son más baratos.

Células solares de seleniuro de cobre, indio y galio n.º 6 (CI(G)S)

Se utiliza una celda solar de seleniuro de cobre, indio y galio para convertir la energía solar en energía eléctrica. Por lo general, se fabrica depositando una capa delgada de cobre, indio, galio y selenio sobre un respaldo de vidrio o plástico, junto con electrodos de un lado a otro para almacenar la corriente.

Dado que el material tiene un alto coeficiente de absorción y absorbe mucho la luz solar, se requiere una película mucho más delgada. Estos materiales pueden absorber una porción significativa del espectro solar, lo que les permite lograr la mayor eficiencia.

Célula solar de silicio cristalino n.º 7 (C-Si)

El silicio cristalino es el principal material semiconductor utilizado en la tecnología fotovoltaica para producir células solares. Estas células solares están compuestas de partículas de silicio unidas entre sí para formar una red cristalina.

Esta red cristalina proporciona un sistema organizado que hace que la conversión de luz en electricidad sea más eficiente. Al tener alta eficiencia, reduce el costo de la instalación final.

Célula solar sensibilizada por colorante n.° 8

Es una celda solar de película delgada de bajo costo basada en un semiconductor formado entre un ánodo fotosensible y un electrolito, un sistema fotoelectroquímico. Estos dispositivos se utilizan para convertir la energía luminosa en energía eléctrica mediante el uso de colorantes orgánicos y semiconductores.

En comparación con otros tipos de células solares, actúan mejor en condiciones de alta temperatura y luz difusa. Además, es rentable, fácil de fabricar y fácil de manipular.

Célula solar híbrida n.º 9

Estos tipos de células solares se componen de dos materiales, semiconductores orgánicos e inorgánicos. El material orgánico consiste en polímeros conjugados que absorben la luz como donantes y poros de transporte.

Por otro lado, los materiales inorgánicos se utilizan como aceptores y transportadores de electrones en la estructura. La ventaja de los sistemas solares híbridos es que almacenan energía solar y electricidad de bajo costo. Se ha hecho posible el uso de energía solar durante el tiempo máximo de uso.

Célula solar de unión múltiple n.º 10

Estas son células solares con múltiples uniones p-n hechas de varios materiales semiconductores. En este, la unión p-n de cada material generará una corriente eléctrica en respuesta a diferentes longitudes de onda de luz.

Estos pueden absorber diferentes longitudes de onda de la luz solar entrante utilizando capas separadas. Esto los hace más eficientes para convertir la luz solar en electricidad que las celdas de unión única.

#11 Célula solar monocristalina

Este tipo de celda solar está compuesta por una barra cilíndrica de silicio hecha de un solo cristal de silicio de alta pureza similar a la de un semiconductor. Funciona como una célula solar policristalina.

Cuando la luz del sol cae sobre las células solares monocristalinas, absorben la energía y, a través de un proceso complejo, crean un campo eléctrico. Este campo eléctrico incluye el voltaje y la corriente que generan electricidad. Las células solares monocristalinas tienen una eficiencia relativamente alta.

Célula solar de nanocristal #12

Las células solares de nanocristales están hechas de un material recubierto con nanocristales. Los nanocristales son de silicio, CdTe o SiG y los sustratos suelen ser silicio o varios semiconductores orgánicos.

Estos nanocristales se forman mediante un proceso de recubrimiento por rotación que consiste en colocar un volumen de solución de puntos cuánticos sobre una superficie plana. La solución se esparce uniformemente y la superficie se voltea hasta lograr el espesor requerido.

#13 Célula fotoelectroquímica

Estas celdas solares absorben una fuente de luz solar en un semiconductor o fotosensibilizador para producir energía eléctrica, similar a una celda solar sensibilizada por colorante.

En este, cada celda consta de uno o dos fotoelectrodos semiconductores y también un electrodo de referencia y de metal adicional sumergido en un electrolito. Estos son de bajo costo y un proceso bastante fácil, lo cual es una de sus ventajas.

#14 Célula solar de estado sólido

Las células solares de estado sólido se utilizan normalmente para equipos semiconductores similares a diodos semiconductores y circuitos integrados. También se utilizan en la electrónica de semiconductores sin partes móviles que reemplacen dispositivos con partes móviles.

Consiste en dos cristales, uno dopado con un semiconductor de tipo n que amplifica los electrones adicionales de la banda de conducción libre. Y el otro está dopado con un semiconductor tipo p que agrega más huecos para electrones.

Célula solar de película fina n.º 15

Estos tipos están diseñados para convertir la energía solar en energía eléctrica mediante el uso de un efecto fotovoltaico. Las células solares de película delgada se fabrican depositando una o más capas delgadas sobre un sustrato flexible, como vidrio, plástico o metal.

Hoy en día, se utilizan varios tipos de células solares de película delgada debido a su costo relativamente bajo y su eficiencia en la generación de energía. Además, estos se utilizan en varias tecnologías, incluido el telururo de cadmio, el diseleniuro de cobre, indio y galio y el silicio amorfo de película delgada.

#16 Células solares basadas en obleas

Como sugiere el nombre, las células de silicio basadas en obleas están hechas de rebanadas de silicio monocristalino o multicristalino. Pueden alcanzar la mayor eficiencia de cualquier tipo de tecnología fotovoltaica. En esta celda solar, todas las capas funcionales se depositan sobre el sustrato y se transcriben para separar las subceldas conectadas eléctricamente.

Funcionamiento de la célula solar

Los fotones del sol golpean la célula en el lado p microdelgado y penetran hasta la unión para generar los pares electrón-hueco. Cuando la celda está conectada a una carga, como se muestra, los electrones se difundirán desde n arriba. La dirección de la corriente (I) es en dirección opuesta a la de los electrones.

Las características típicas de voltaje-corriente se muestran en la figura en dos niveles diferentes de radiación solar, para cada uno de los cuales Voc =voltaje de circuito abierto, Isc =corriente de cortocircuito. La potencia ideal de la celda es Vo.Isc. La potencia útil máxima es el área del rectángulo más grande que se puede formar bajo la curva I-V.

Si el voltaje y la corriente correspondientes a esta situación se denotan por Vm y I'm y entonces la potencia útil máxima es VmIm. La relación entre la potencia útil máxima y la potencia ideal se denomina factor completo (k). Los valores típicos de estos factores para una celda de silicio son:

Voc =450 a 400 mV; Ioc =30 a 50 mA/cm ² , K =0,65 a 0,80.

Las celdas solares en forma de películas delgadas u obleas convierten del 3 % a menos del 30 % de la energía solar incidente en corriente continua. electricidad. La conexión de tales celdas en configuraciones en serie-paralelo permite el diseño de paneles solares con altos voltajes de varios kilovoltios.

En combinación con el almacenamiento de energía y el equipo de acondicionamiento de energía, estas celdas se pueden usar como parte integral de un sistema completo de conversión solar-eléctrica.

Aplicaciones de las células solares

Hay muchas aplicaciones prácticas para el uso de paneles solares o fotovoltaicos. Se utiliza por primera vez en la agricultura como fuente de energía para el riego. En el cuidado de la salud, los paneles solares se pueden usar para refrigerar suministros médicos. Los módulos fotovoltaicos se utilizan en sistemas fotovoltaicos e incluyen un gran tipo de dispositivos eléctricos:

La siguiente es la lista diferente de aplicaciones de las células solares:

1. Centrales fotovoltaicas.
2. Sistemas fotovoltaicos solares en azoteas.
3. Sistemas fotovoltaicos independientes.
4. Sistemas de energía híbridos solares.
5. Energía fotovoltaica concentrada.
6. Paneles solares.
7. En láseres de bombeo solar.
8. Vehículos solares.
9. Utilizado en paneles solares en naves espaciales y estaciones espaciales.

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