Célulares solars de panell fotovoltaic

Les cèl·lules fotovoltaiques són l’element bàsic per a la producció d’energia elèctrica.

Un sistema fotovoltaic es compon d’un conjunt de panells solars, connectats en sèrie o en paral·lel, i en la base dels panells es troben les cèl·lules fotovoltaiques.

A continuació, explorarem junts què són i com funcionen els elements bàsics d’un sistema fotovoltaic.

El disseny d’un sistema fotovoltaic és una tasca molt delicada que ha de realitzar-se amb cura i atenció. Per a evitar cometre errors que puguin costar-te car després de la instal·lació del sistema, et recomiendamos que confiïs en un programari fotovoltaic eficaç per a dissenyar sistemes de manera segura i guiada.

Què és una cèl·lula fotovoltaica

Les cèl·lules fotovoltaiques són l’element bàsic en la producció d’energia elèctrica a través de l’energia solar. Les cèl·lules poden estar compostes de diversos materials; el semiconductor més utilitzat i eficient és el silici.

El silici té una característica important: es necessita una quantitat mínima d’energia perquè els electrons de valència puguin ser utilitzats per a generar un corrent elèctric.

Per a aprofitar el pas dels electrons de la banda de valència a la banda de conducció, s’aplica el dopatge, el fenomen pel qual s’insereixen impureses dins del semiconductor: bor (càrrega negativa) i fòsfor (càrrega positiva).

cargas eléctricas

Després de la solidificació, aquests sistemes es col·loquen un al costat de l’altre mitjançant una unió neutral, una part positiva amb una negativa, i en el punt on hi ha la connexió, es té una càrrega nul·la. Amb aquest mecanisme es crea un sistema carregat positivament en una part i negativament en una altra, obtenint una pila.

Tipus de cèl·lules solars

Tipus de cèl·lules solars

Les cèl·lules solars varien segons el cristall que les caracteritza:

  • cèl·lules monocristalinas;
  • cèl·lules policristalinas;
  • cèl·lules amorfes.

Tipus de cèl·lules fotovoltaiques

Existeixen diferents tipus de cèl·lules fotovoltaiques disponibles en el mercat, com ara:

  • Cèl·lules fotovoltaiques de silici monocristalino: Les cèl·lules de silici monocristalino són de color blau fosc, que tendeix al negre. Els dispositius estan composts per cristalls de silici monocristalino i es caracteritzen per estar compostes per un únic cristall, orientat en la mateixa direcció. Aquesta característica permet aprofitar al màxim l’energia solar que la cèl·lula pot captar.

    procés Czochralski

    El sistema utilitzat per a produir cèl·lules monocristalinas és el procés Czochralski. Es tracta d’un procés en el qual s’introdueix una llavor de cristall en un bany de silici, dins del qual la llavor gira lentament en sentit antihorari i, submergint-se molt lentament, fa que el bany es cristal·litzi de manera ordenada sobre la llavor que s’està submergint. Els panells solars fabricats amb aquesta mena de cèl·lules ofereixen una eficiència energètica del 18-21% en presència de llum perpendicular.

    lingot de silici

  • Cèl·lules fotovoltaiques de silici policristalino: Les cèl·lules fotovoltaiques de silici policristalino estan compostes per cristalls de silici amb diferents orientacions. Els mòduls solars que utilitzen aquestes cèl·lules tenen una eficiència inferior en comparació amb les cèl·lules de silici monocristalino, però aprofiten millor el rendiment durant el dia.
  • Cèl·lules fotovoltaiques de silici amorf hidrogenat: Les cèl·lules solars de silici amorf hidrogenat pertanyen als dispositius de segona generació. Els panells solars fabricats amb aquest material ofereixen un rendiment major i una degradació del mòdul més baixa. D’aquesta manera, els panells solars garanteixen una major eficiència.
  • Cèl·lules fotovoltaiques de telururo de cadmi: El telururo de cadmi és un excel·lent semiconductor per a la fabricació de panells solars, encara que inicialment es considerava un material de rebuig en l’extracció de minerals. Les cèl·lules fotovoltaiques d’aquest tipus tenen una major capacitat d’absorció de llum i suporten una exposició prolongada a temperatures elevades. No obstant això, el telururo de cadmi és una substància tòxica que ha de manipular-se amb cura i mesures precises de contenció.
  • Cèl·lules fotovoltaiques de seleniur de coure, indi i gal·li: Les cèl·lules de seleniur de coure, indi i gal·li són un dels millors productes de recerca per a l’energia solar. Aquest material es caracteritza per tenir el coeficient d’absorció més alt entre els semiconductors utilitzats per a cèl·lules fotovoltaiques. L’eficiència dels panells fabricats amb aquestes cèl·lules solars supera el 21%.
  • Cèl·lules fotovoltaiques de perovskita: La perovskita és un mineral de diòxid de titani de calci que es distingeix per la seva estructura cristal·lina extremadament regular. Les cèl·lules de perovskita han estat objecte d’una intensa activitat de recerca, considerant els baixos costos de producció i l’alt coeficient d’eficiència. No obstant això, la fabricació de cèl·lules de perovskita requereix l’ús de plom, una substància contaminant.

Com funcionen les cèl·lules fotovoltaiques

Per a comprovar el rendiment d’una cèl·lula fotovoltaica, és necessari connectar-la a dos instruments de mesura: l’amperímetre, que mesura el corrent elèctric, i el voltímetre, que mesura la tensió.

En un circuit elèctric, els dos instruments es col·loquen en paral·lel per a evitar que l’amperímetre mesuri la resistència elèctrica dins del propi voltímetre i per a garantir que el rendiment de la cèl·lula es mesura independentment dels sistemes externs.

Dins del circuit, també es col·loca una càrrega elèctrica que influeix en el rendiment de la cèl·lula: en funció de la càrrega, varien tant la intensitat com la tensió del corrent elèctric produït.

Depenent de la càrrega connectada, també es pot distingir entre circuit obert i circuit tancat. A aquestes dues condicions s’associen dos valors de referència que s’utilitzen per a entendre el rendiment de la cèl·lula.

Per al circuit obert, l’amperímetre mesura un corrent nul, ja que no hi ha cap contacte elèctric, mentre que el voltatge tindrà el valor màxim que la cèl·lula pot produir. Aquest valor es diu voltatge de circuit obert (Voc).

En el circuit tancat, la càrrega és mínima i el corrent és màxim, ja que és inversament proporcional a la càrrega elèctrica. El corrent màxim que es pot produir en aquests casos es defineix com a corrent de curtcircuit (Isc); a aquest corrent se l’associa un voltatge nul.

En representar aquests valors en un diagrama anomenat “CORBA V-I”, corba característica d’una cèl·lula fotovoltaica o corba voltamperométrica, és possible entendre l’eficiència d’una cèl·lula fotovoltaica i, per tant, d’un panell solar, a través de 4 paràmetres fonamentals:

  • intensitat de pic;
  • voltatge de pic;
  • potència de pic;
  • factor d’ompliment.

Més precisament, els valors de voltatge es disposen en l’eix horitzontal i els valors d’intensitat elèctrica en l’eix vertical.

Funcionament de les cèl·lules segons les disposicions

Les cèl·lules fotovoltaiques són díodes i es comporten com a piles. Poden ser connectades en sèrie o en paral·lel. La connexió en sèrie, aconseguida en connectar el costat positiu d’una cèl·lula amb el negatiu d’una altra cèl·lula, genera una tensió doble (suma de totes dues), mentre que el corrent elèctric roman constant.

El mateix ocorre en la corba amperométrica: en connectar les cèl·lules en sèrie, la corba presenta un augment de les abscisses (tensió).

Per a variar la intensitat de corrent, és necessari connectar les cèl·lules en paral·lel; d’aquesta manera, en connectar els elèctrodes positius entre si i els negatius entre si, s’obté una tensió constant, mentre que la intensitat de corrent augmenta i la corba amperométrica es desplaça cap amunt.

Les cèl·lules fotovoltaiques també es veuen afectades per la temperatura, que pot comprometre el seu rendiment. Específicament, si la temperatura aconsegueix uns certs valors, es produeix una brusca disminució de la tensió. Les temperatures elevades poden comprometre l’eficiència dels enllaços i disminuir el rendiment.

També en variar la radiació solar incident, es produeix una variació en la corba. Específicament, en disminuir la radiació solar incident, la intensitat elèctrica disminueix significativament i la corba tendeix a aplanar-se, mentre que els valors de tensió no canvien molt.

Per tant, en les anàlisis prèvies a la instal·lació de panells fotovoltaics, és fonamental fer referència a les dades climàtiques concretes obtinguts d’atles solars o mesuraments en el camp, possiblement utilitzant un programari fotovoltaic específic que proporcioni les dades reals d’irradiació solar extrets de les principals bases de dades climàtiques de referència.

Les cèl·lules fotovoltaiques en els panells solars

Les cèl·lules fotovoltaiques es connecten entre si per a formar panells solars, que al seu torn es connecten entre si per a formar un sistema fotovoltaic. En aquesta connexió, els panells poden ser disposats en diferents cadenes, que eventualment es connecten en paral·lel entre si.

Una vegada determinada la potència a instal·lar, es pot decidir produir-la amb un nombre variable de panells. L’elecció de la disposició i la potència pot ser determinada segons el valor de la radiació solar del lloc i l’exposició del panell.

Este sitio web utiliza cookies para que usted tenga la mejor experiencia de usuario. Si continúa navegando está dando su consentimiento para la aceptación de las mencionadas cookies y la aceptación de nuestra política de cookies, pinche el enlace para mayor información.plugin cookies

ACEPTAR
Aviso de cookies