Célula fotovoltaica ou solar

Definición

Unha célula fotovoltaica (PV) é un dispositivo semiconductivo que converte a luz en enerxía eléctrica. A tensión inducida pola célula PV depende da intensidade da luz incidente. O termo "fotovoltaico" orixinase da súa capacidade de xerar tensión ("voltaico") a través da luz ("foto").

Nos materiais semiconductores, os electróns están ligados por enlaces covalentes. A radiación electromagnética consiste en partículas de enerxía diminutas chamadas fótons. Cando os fótons impactan no material semiconductor, os electróns comezan a emitir.

Estes electróns energizados coñécese como fotoelectróns, e o fenómeno da emisión de electróns chámase efecto fotoeléctrico. O funcionamento dunha célula fotovoltaica basease no efecto fotoeléctrico.

Construción da Célula Fotovoltaica

Materiais semiconductores como arseniuro, indio, cádmio, silicio, selénio e galio úsanse para fabricar células PV. O silicio e o selénio usanse principalmente para construír as células.

Toma como exemplo a estrutura dunha célula fotovoltaica de silicio mostrada a continuación:

• A superficie superior da célula está feita dunha capa fina de material p-tipo para que a luz poida entrar facilmente no material.

• Colócanse aneis metálicos arredor dos materiais p-tipo e n-tipo, que actúan como seus terminais de saída positivos e negativos, respectivamente.

As células PV individuais fanse de materiais semiconductores monocristalinos ou policristalinos.

As células monocristalinas cortánse dun único lingote de cristal, mentres que as células policristalinas producense a partir de materiais con múltiples estructuras cristalinas.

A tensión e corrente de saída dunha célula individual son bastante baixas, típicamente ao redor de 0,6V e 0,8A, respectivamente. Para aumentar a eficiencia, as células combinan en varias configuracións. Hai tres métodos principais para conectar células PV:

Combinación Paralela de Células PV

Nunha configuración paralela, a tensión a través das células permanece inalterada, mentres que a corrente total dobra (ou aumenta proporcionalmente ao número de células). A curva característica de células PV conectadas en paralelo móstrase a continuación.

Combinación Serie-Paralela de Células PV

Nunha configuración serie-paralela, tanto a tensión como a corrente aumentan proporcionalmente. Os paneis solares xeralmente constrúense usando esta combinación de células para lograr unha maior potencia de saída.

Un módulo solar crea-se conectando células solares individuais. A montaxe de múltiples módulos solares denomínase panel solar.

Funcionamento da Célula PV

Cando a luz incide nun material semiconductor, pode atravesalo ou refletirse. As células PV fanse de semiconductores, materiais que non son perfectos conductores nin aislantes. Esta propiedade fálles as moi eficientes na conversión da enerxía lumínica en enerxía eléctrica.

Cando o semiconductor absorbe luz, os seus electróns comezan a emitir. Isto ocorre porque a luz consiste en paquetes diminutos de enerxía chamados fótons. Cando os electróns absorben fótons, energízanse e comezan a moverse dentro do material. Un campo eléctrico interno forza estas partículas a moverse en unha dirección, xerando unha corrente. Os electrodos metálicos no semiconductor permiten que a corrente flua fóra.

A figura a seguir mostra unha célula PV de silicio conectada a unha carga resistiva. A célula compónese de capas de semiconductores tipo P e N unidas para formar unha xunción PN.

A xunción é a interface entre os materiais p-tipo e n-tipo. Cando a luz incide na xunción, os electróns comezan a moverse dunha rexión a outra.
Como se Instalan as Células Solares nunha Central Solar?
Dispositivos como rastreadores do punto de máxima potencia (MPPT), inversores, controladores de carga e baterías úsanse para converter a radiación solar en tensión eléctrica.

Rastreador do Punto de Máxima Potencia (MPPT)

O MPPT é un controlador digital especializado que rastrea a posición do sol. Xa que a eficiencia das células PV depende da intensidade da luz solar, que varía ao longo do día debido á rotación da Terra, os MPPT axustan a orientación do panel para maximizar a absorción de luz e a potencia de saída.

Controlador de Carga

O controlador de carga regula a tensión do panel solar e prevén a sobrecarga ou a sobretensión da batería, asegurando un almacenamento de enerxía seguro e eficiente.

Inversor

O inversor converte a corrente continua (CC) dende os paneis en corrente alternativa (CA) para uso con electrodomésticos estándar, que xeralmente requiren CA.