¿Cómo hacer una celda solar simple? Funcionamiento de las Celdas Fotovoltaicas

 ¿Cómo construir una celda solar simple? (Paso a Paso) | Principio básico de funcionamiento de la celda fotovoltaica

Introducción a las celdas solares o celdas fotovoltaicas

Una célula solar (o célula fotovoltaica ) es un dispositivo que produce corriente eléctrica ya sea por acción química o convirtiendo la luz en corriente eléctrica cuando se expone a la luz solar. Por el bien de este artículo, se prestará atención únicamente a las células solares.

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Una celda solar También se conoce como célula fotovoltaica a la que produce corriente eléctrica cuando la superficie se expone a la luz solar. En el transcurso de este artículo, haremos referencia a la luz solar como radiación electromagnética (radiación EM).

En las celdas solares, la cantidad de energía eléctrica generada por las celdas depende de la intensidad de la radiación em que llega a la superficie de la celda. La celda solar convierte la radiación em en corriente continua. Así podemos decir que una celda solar es un dispositivo de unión semiconductor que convierte la radiación electromagnética que nos llega del sol en energía eléctrica. Como se indicó anteriormente, la corriente generada es CC.

Principio básico de funcionamiento de una célula fotovoltaica/solar

El funcionamiento principal de una celda solar es similar a la conducción en un semiconductor como el silicio. Como se ve en la imagen, la superficie oscura es la parte que está expuesta a la luz solar. Cuando la radiación EM golpea la superficie de la celda, excita los electrones y, como tal, hace que salten de un nivel de energía (órbita) a otro, dejando agujeros atrás.

Estos huecos sirven como portadores de carga positiva mientras que los electrones sirven como portadores de carga negativa. No se confunda, los electrones o huecos no constituyen para dar las cargas eléctricas. Solo llevan los cargos. Al hacerlo, la radiación EM se convierte en energía eléctrica. Las células solares están hechas básicamente de semiconductores como el silicio y el selenio, siendo los más utilizados.

Para entender esto mejor, veamos los diferentes tipos de material semiconductor, ya que los materiales ampliamente utilizados en la producción de células solares son los semiconductores.

Tipos de Semiconductores

Tenemos dos tipos de semiconductores que son semiconductores intrínsecos y extrínsecos.

Semiconductores intrínsecos :

Estos son semiconductores que son puros en su propia forma. No se añade ninguna impureza para mejorar su conductividad. Los semiconductores de este tipo a cero grados Celsius tienen muy pocos o ningún hueco libre y electrones para la conducción.

Semiconductores extrínsecos :

Estos tipos de semiconductores no son puros porque están dopados (se agregan sustancias que sirven como impurezas para mejorar su conductividad). Cuando se dopa un semiconductor, se encuentran los siguientes materiales:

• Semiconductores tipo P

  Este tipo de semiconductor se forma cuando un silicio, selenio o germanio se dopa con un elemento trivalente (elemento con tres electrones de valencia) como el boro. Los agujeros (portadores de carga positiva) son los principales portadores de carga en este tipo de semiconductores.

• Semiconductores tipo N

  Los electrones son los principales portadores de carga en este tipo de semiconductores. Llevan cargas negativas. Se forman cuando el silicio o cualquier otro semiconductor se dopa con un elemento pentavalente (elemento con cinco electrones de valencia en la capa exterior).

• PN:tipo semiconductores

  Cuando los semiconductores de tipo P y N se unen al fundirlos, es decir, sometiendo las superficies en contacto a una alta temperatura (sin fundirlas completamente para que formen una sola entidad), se forma entre ellas un límite o una unión que es del orden 10 ^-3 milímetro Esa unión formada se llama unión PN. La alta concentración de huecos en un lado de una unión y la alta concentración de electrones en el otro lado hacen que los dos portadores de carga se difundan respectivamente al otro lado de la unión.

¿Cómo construir una celda fotovoltaica/solar simple?

El silicio y el selenio son los semiconductores más utilizados en la producción de células solares. También se utilizan galio, arseniuro, arseniuro de indio y sulfuro de cadmio, etc., pero el silicio y el selenio son los más utilizados.

Sabiendo que los materiales semiconductores como el silicio y el selenio pueden ser bastante costosos, hablaremos sobre cómo construir una celda solar usando materiales como el silicio y también cómo construir una celda solar usando materiales baratos que se pueden conseguir a nuestro alrededor.

Tenga en cuenta que el uso de materiales baratos no dará una salida de potencia equivalente en comparación con si va a usar silicio o selenio y, en segundo lugar, cuanto mayor sea la superficie del material expuesto a Radiación EM, más energía se producirá.

Construcción de una celda solar utilizando semiconductores de silicio

Como se dijo anteriormente, la superficie es un material tipo P. El material de tipo P debe ser delgado para que la energía de la luz (radiación EM) pueda penetrar la unión y alcanzar el material de tipo N para permitir la difusión de electrones y huecos.

El anillo niquelado alrededor del material tipo P sirve como terminal de salida positiva, mientras que el revestimiento en la parte inferior del material tipo N sirve como terminal de salida negativa.

¿Cómo construir una celda solar simple? (Paso a paso)

Ahora que sabe cómo se producen las células solares con silicio, veamos cómo podemos producir una célula fotovoltaica con diferentes materiales. En lugar de usar óxido cuproso, usaremos diferentes materiales. Los materiales necesarios son los siguientes;

• Placas de vidrio (cubiertas de portaobjetos de microscopio, por ejemplo)
• Agua desionizada
• Multímetro
• Cinta transparente
• Plato poco profundo
• Placa calefactora eléctrica (1100W si es posible)
• Solución de dióxido de titanio
• Carbono (lápiz de grafito o lubricante de grafito)
• Solución de yoduro
• Clips de carpeta
• Pinzas de cocodrilo

En nuestro último trabajo, el material de tipo P miraba hacia el sol y es más conductivo en comparación con el material de tipo N. El vidrio es un semiconductor con una conductividad parcial. Para que una de las placas de vidrio actúe como material tipo P mientras que la otra material tipo N, debe tratarlas con productos químicos para que al final, una de ellas sea más conductora que la otra. Los pasos son los siguientes.

1. Limpie bien las superficies de las dos placas de vidrio con etanol. No toque la superficie de las placas de vidrio con la mano después de limpiarlas.
2. Usando milímetros, pruebe qué tan conductoras son las superficies de las placas y observe la superficie más conductora de cada una de las placas. Coloque las placas una al lado de la otra con la superficie conductora de cualquiera de las placas hacia abajo mientras que la otra superficie conductora hacia arriba.
3. Después del paso 2, aplique una cinta transparente para unir las placas de vidrio. La cinta debe aplicarse a lo largo de cualquiera de los lados largos de las placas. La cinta debe superponerse aproximadamente 1 mm de los bordes. También coloque una cinta en el exterior de la placa de vidrio hacia arriba de 4 mm a 5 mm.
4. Aplique gotas de dióxido de titanio uniformemente en la superficie de las placas de vidrio y distribuya la solución de manera uniforme. Permita que la solución cubra la superficie conductora que mira hacia abajo.
5. Cuando termine de aplicar dióxido de titanio, quite las cintas que mantienen unidas las placas.
6. Coloque la superficie conductora que mira hacia arriba en una placa caliente eléctrica durante la noche para hornear el dióxido de titanio sobre las placas. Limpie el dióxido de titanio que está en la superficie conductora mirando hacia abajo y colóquelo en un lugar limpio.
7. Tome un plato poco profundo y llénelo con tinte hecho con jugo de mora, frambuesa o granada, etc. Remoje el plato recubierto de dióxido de titanio que está hacia abajo durante al menos 10 minutos.
8. Limpie la otra placa con etanol mientras la placa de dióxido de titanio se sumerge en el tinte. Pruebe la conductividad de su superficie después de la limpieza. Marque el lado que no conduce la corriente eléctrica como positivo. Aplique lubricante de grafito de lápiz de grafito sobre el lado conductor y cubra toda la superficie.
9. Retire la placa que está recubierta con dióxido de titanio del tinte. Enjuáguelo primero con agua desionizada y luego con etanol. Limpie el etanol de la placa con un pañuelo limpio.
10. Ensamble las dos placas juntas de manera que los revestimientos se toquen entre sí con las placas ligeramente desplazadas. Sostenga las placas en su lugar con la ayuda de clips de encuadernación. Deben compensarse porque los bordes servirán como terminales.
11. Aplique gotas de solución de yoduro en el recubrimiento que está expuesto a la luz solar. Permita que los recubrimientos se empapen completamente en la solución. La esencia de la solución de yoduro es ayudar a que los electrones fluyan desde la placa recubierta de dióxido de titanio a la placa recubierta de carbono cuando se exponen a la radiación EM. Si la solución de yoduro está en exceso, limpie la solución de la superficie que se va a exponer a la luz solar.
12. Adjunte una pinza de cocodrilo o una pinza de cocodrilo a las secciones de la superficie recubierta a ambos lados de la celda. Un clip adherido a la superficie recubierta con grafito que sirve como soporte mientras que el clip de cocodrilo se une a la superficie recubierta con dióxido de titanio. Esto por supuesto es el cátodo. Conecte los cables conductores a los clips y colóquelos en una posición en la que la luz caiga sobre la superficie de la placa. Su celda solar ahora está lista para usar. Puede probar la cantidad de voltaje y corriente que produce la celda solar usando el multímetro. Obviamente, el voltaje no es suficiente para cargar tu teléfono, ¡pero puedes hacer una cadena de estas células solares para hacerlo!

Ventajas de usar Célula Solar

Las siguientes son las ventajas de usar celdas solares:

• No produce ruido
• No requiere combustible para encenderlo
• Su poder impulsor es de naturaleza gratuita
• Requiere poco mantenimiento

Desventajas de usar celdas solares

Las desventajas de usar celdas solares son

• La superficie de la celda debe ser grande para producir una cantidad razonable de energía eléctrica.
• Cuando el sol se oculte en las nubes, se reducirá la cantidad de energía generada.
• No pueden emplearse como fuente de energía debido a las fluctuaciones en la cantidad de energía generada.

Aplicaciones y usos de las células solares

Células solares tienen numerosas aplicaciones a pesar de sus desventajas que son las siguientes:

• Grupo de series:las celdas solares conectadas en paralelo se pueden usar como cargador de batería
• Se utilizan ampliamente como fuente de energía para satélites
• Los dispositivos fotovoltaicos de silicio de unidades múltiples se pueden usar para detectar la luz en aplicaciones como la lectura de tarjetas perforadas en la industria de procesamiento de datos
• Oro:las células de germanio dopadas con característica de respuesta espectral controlada se pueden usar como detectores de infrarrojos.

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