Cèl·la fotovoltaica o solar
Definició
Una cèl·lula fotovoltaica (PV) és un dispositiu de semiconductors que converteix la llum en energia elèctrica. La tensió induïda per la cèl·lula PV depèn de la intensitat de la llum incident. El terme "fotovoltaic" prové de la seva capacitat de generar tensió ("voltaic") a través de la llum ("photo").
Els materials semiconductors tenen els electrons lligats per enllaços covalents. La radiació electromagnètica consta de petites partícules d'energia anomenades fòtons. Quan els fòtons impacten el material semiconductor, els electrons s'energetitzen i comencen a emitir.
Aquests electrons energitzats s'anomenen fotoelectrons, i el fenomen de l'emissió d'electrons es coneix com a efecte fotoelèctric. L'operació d'una cèl·lula fotovoltaica depèn de l'efecte fotoelèctric.
Construcció de la Cèl·lula Fotovoltaica
Es fan servir materials semiconductors com l'arseni, l'indi, el cadmi, el silici, el seleni i el galet per fabricar cèl·lules PV. El silici i el seleni són els més utilitzats per construir les cèl·lules.
Preneu com a exemple la estructura d'una cèl·lula fotovoltaica de silici mostrada a continuació:
Les cèl·lules PV individuals es fan de materials semiconductors monocristal·lins o policristal·lins.
Les cèl·lules monocristal·lines són tallades d'un sol lingot de cristall, mentre que les cèl·lules policristal·lines es produeixen a partir de materials amb múltiples estructures cristallines.
La tensió i la corrent de sortida d'una sola cèl·lula són bastant baixes, típicament al voltant de 0,6V i 0,8A respectivament. Per augmentar l'eficiència, les cèl·lules es combinen en diverses configuracions. Hi ha tres mètodes principals per connectar cèl·lules PV:
Combinació Paral·lela de Cèl·lules PV
En una configuració paral·lela, la tensió a través de les cèl·lules roman invariable, mentre que la corrent total es dobla (o augmenta proporcionalment amb el nombre de cèl·lules). La corba característica de les cèl·lules PV connectades en paral·lel es mostra a continuació.
Combinació Sèrie-Paral·lela de Cèl·lules PV
En una configuració sèrie-paral·lela, tant la tensió com la corrent augmenten proporcionalment. Les panells solars solen construir-se utilitzant aquesta combinació de cèl·lules per aconseguir una potència de sortida més alta.
Un mòdul solar es crea connectant cèl·lules solars individuals. L'assemblea de diversos mòduls solars s'anomena panell solar.
Funcionament de la Cèl·lula PV
Quan la llum impacta un material semiconductor, pot passar a través o reflectir-se. Les cèl·lules PV estan fetes de semiconductors—materials que no són ni conductors perfectes ni aïllants. Aquesta propietat els fa molt eficients a convertir l'energia de la llum en energia elèctrica.
Quan el semiconductor absorbeix la llum, els seus electrons comencen a emitir. Això ocorre perquè la llum consta de paquets d'energia minúsculs anomenats fòtons. Quan els electrons absorbeixen fòtons, s'energetitzen i comencen a moure's dins el material. Un camp elèctric intern força aquestes partícules a moure's en una direcció, generant una corrent. Electrodes metàl·lics en el semiconductor permeten que la corrent surti.
La figura següent mostra una cèl·lula PV de silici connectada a una càrrega resistiva. La cèl·lula consta de capes de semiconductors de tipus P i N unides per formar una junta PN.
La junta és la interfície entre els materials de tipus P i N. Quan la llum cau sobre la junta, els electrons comencen a moure's d'una regió a una altra.
Com es Instalen les Cèl·lules Solars en una Planta d'Energia Solar?
Dispositius com els rastreadors de punt de màxima potència (MPPT), inversors, controladors de càrrega i bateries es fan servir per convertir la radiació solar en tensió elèctrica.
Rastreador de Punt de Màxima Potència (MPPT)
Un MPPT és un controlador digital especialitzat que rastreja la posició del sol. Com que l'eficiència de la cèl·lula PV depèn de la intensitat de la llum solar, que varia a lo llarg del dia degut a la rotació de la Terra, els MPPT ajusten l'orientació del panell per maximitzar l'absorció de llum i la potència de sortida.
Controlador de Càrrega
Un controlador de càrrega regula la tensió del panell solar i evita la sobrecàrrega o la sobretensió de la bateria, assegurant un emmagatzematge d'energia segur i eficient.
Inversor
Un inversor converteix la corrent contínua (CC) dels panells en corrent alternada (CA) per a l'ús amb electrodomèstics estàndard, que normalment requereixen energia CA.
